Murata: New Kid on the block!

Aussergewöhnliche Performance und schnellere Positionierung

Murata hat einen nächsten Wurf gelandet und mit dem 6-DoF Sensor, mit der Bezeichnung SCH16T, einen kombinierten, leistungsstarken 3-Achsen-Gyro- und 3-Achsen-Beschleunigungssensor entwickelt. Der SCH16T wurde für höchste Stabilitäts-, Zuverlässigkeits- und Qualitätsanforderungen entwickelt und verfügt über eine außerordentlich stabile Performance über Temperatur, Feuchtigkeit und Vibrationen. Im Vergleich zum Vorgänger verfügt dieser Sensor nun über mehrere Selbstdiagnosefunktionen. Im Zuge der Änderungen, wurde auch das Gehäuse bzgl. sich bewegender Massen reduziert, um etwaige Einflüsse auf die eigentliche Messung zu reduzieren.

Wer die Daten analysiert wird feststellen, dass sich durch die neue Sensorzelle, die jetzt aus 6 beweglichen Massen besteht, bzgl. Stabilität und Langzeitverhalten erhebliche Verbesserung eingestellt haben. Hinzu kommen weitere Neuerungen durch die Anpassung beim neuen ASIC.

Die erste herausragende Eigenschaft, ist die Verbesserung der Nullpunkt-Stabilität (Bias Instability), des ohnehin schon sehr guten Stabilität des Vorgängers mit der Bezeichnung SCHA63T. So wurde dieser Wert von (1.2°/h) auf jetzt (0.5 °/h) halbiert. Diese Performance liegt im Bereich sehr hochwertiger IMUs oder FOGs, die bei den Kosten schnell einen 4-stelligen Betrag erreichen.

Mit der neu gestaltenten Sensorzelle wurde der Schritt vom größeren «Pre-molded», hin zum kleineren 24-pin SOIC-Gehäuse mit geringer interner Masse möglich. Um für weitere Stabilität zu sorgen wurde der Bereich der Sensoreinheit nach unten gedreht. Bild1: Stabiles SOIC24 Gehäuse Die dann von oben kommenden Anschluss-Pins geben dem Sensorgehäuse hierdurch ein «neutraleres» Verhalten.

Eine weitere Neuerung ist die Umgestaltung des ASICs und damit die Anbindung des Sensors an einen Prozessoreinheit. Acht verschiedene Filtereinstellung von 13Hz bis zu 370Hz Cut-off stehen zur Verfügung. Über Register können die Dynamikbereiche für Gyro (1.5g bis 8g, Head Room bis 25g) und Beschleunigung (52°/s bis 300°/s) ausgewählt werden.

Bild2: Leistungsparameter SCH16T

Waren bisher zwei einzelne ASICs mit jeweils eigenem SPI im 6-DoF Sensor tätig, so gibt es jetzt nur noch eine einzige Einheit. Dafür wird die, aus dem Automobilbereich stammende Schnittstelle, Safe SPI v2.0 mit 20- bzw. 16-bit Worten mit parallelem CRC-Check verwendet. 

Für Applikationen bei denen mehrerer Sensoreinheiten über einen BUS angebunden sind, kann ohne die Verwendung einer individuellen MISO-Leitung das Lesen der Daten länger dauern, als die verfügbare Updatezeit der internen Register hergibt. In bestimmten Fällen kann dies zu einer erheblichen Unstimmigkeit durch das Abtasten verschiedene Zeitmomente der einzelnen Sensoren führen. Für diesen Fall wurde ein SYNC-Pin integriert. Damit sind mehrere Sensoren adressierbar.

Bild 3: Multi- & Single-Timepoint sampling

Wenn der MCU-Takt des Host-Systems als Referenz verwendet wird, kann der Wert des Datenzählers (Data Counter) kann mit dem Wert des Frequenzzählers (Frequency Counters) kombiniert werden, um den genauen Zeitstempel (Time Stamp) einer Messung zu berechnen. Diese Kombination kommt zum Einsatz, wenn Integrationsvorgänge für Sensordaten durchgeführt werden und die Zeitunsicherheit oder der «Daten-Jitter» der interpolierten Daten die Anforderungen an die Systemgenauigkeit nicht erfüllt werden.

In Bezug auf die Sensordaten gibt es beim SCH16T verschiedene Optionen für die Ausgabe der Daten. Zur Verbesserung des oben beschriebenen Daten-Jitter können die Daten für Gyro und Beschleunigung interpoliert ausgegeben werden. Falls Bedarf besteht, die anfallende Datenmenge zu reduzieren, hilft die Option «Decimation» weiter. Für dynamische Systeme ist es wichtig alle anfallenden bzw. verfügbaren Daten zu nutzen, um zum Beispiel Daten von allen Achsen gleichzeitig erfassen. Da die natürliche Ausgangsdatenrate bei nominaler Primärfrequenz 11,8 kHz beträgt, kann dies allerdings zu einer übermäßigen Belastung der MCU führen. Der Zweck der «Decimation» Funktion besteht darin, deshalb die interne Aktualisierungsrate zu verringern, um dem Hostsystem genügend Zeit zu geben, jedes individuelle «Sample» zu lesen. Eine dritte Option ist die interpolierte Ausgabe von Daten, die für kurzfristig auftretende Dynamikbereiche von bis 25g gut geeignet ist.

Bild 4: Interpolation

Die Aufgaben einer Selbst-Test Funktion (STC) übernehmen verschiedene Register, die mit schreiben einer ‘0’ einen kontinuierlichen Selbst-Test von Gyro, Accelerometer und Start-up Routine übernehmen. Die Start-up time liegt bei anliegender stabiler Versorgung bei max. 250ms.

Bild 5: Shaker Platine

Für die Untersuchung des Sensors wird es zwei unterschiedliche Platinen geben. Eine mit dem reinen Sensor auf einer Platine (SCH16T-PCB) für einen Shaker. Die zweite Version (APNM-SCH16T), kann für einen Shaker verwendet werden und eignet sich zur Oberflächenmontage. Diese zweite Platine enthält neben dem Sensor einen leistungsstarken 2xFPU 32-bit Prozessor, der vereint mit einer lizenzier baren Firmware (Algorithmen, CAN) von Nordic Inertial als Evaluation Kit dient und als offene IMU agiert.

Datenblatt

Bild1: Stabiles SOIC24 Gehäuse

Bild2:Leistungsparameter SCH16T

Bild 3: Multi- & Single-Timepoint sampling

Bild 4: Interpolation

Bild 5: Shaker Platine