[发明专利]一种运动姿态传感器芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种运动姿态传感器芯片。属于惯性技术智能融合传感器。

背景技术

近年来，惯性技术在传统行业的应用程度与规模不断提升，包括MEMS惯性器件(加速度计、陀螺仪)，微惯性测量单元(3轴、6轴、9轴MIMU)和姿态航向参考系统(AHRS)。并不断应用于新领域、新行业，移动测量、智能交通、汽车电子、工业自动化、精细农业、大型医疗设备、机器人、仪器仪表、工程机械、卫星及无线通信系统、摄影摄像平台稳定、安全/监控设备等领域都将大量应用惯性技术，惯性产品需求规模呈现加速增长的趋势。

惯性传感器和微处理器结合、具有各种功能的单片集成化智能传感器(AHRS)成为主要发展方向。智能化传感器与传统传感器相比，具有很多鲜明的特点，比如有自诊断和自校准功能，有判断和信息处理功能，可以对测量值进行修正、误差补偿，从而提高测量精度，还可以实现多传感器多参数测量。

目前，在民用市场上，运动姿态传感器被国外产品垄断，价格高昴，部分用户为了节约成本，买来惯性器件自己做数据融合，由于算法落后，制造工艺限制，不仅性能达不到，还体积大功耗高；在军工市场上，一方面军工科研长期以来以研究和发展高精尖装备为主要任务，缺乏低成本装备的科研经验和机制，另一方面出于保密需要，不能使用国外产品，国内合格的低成本姿态传感器选择余地极小。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能达到国外同类标准，体积更小、功耗更低、成本更少、速度更快的芯片型运动姿态传感器，解决用户的痛点。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

1、一种运动姿态传感器芯片，其特征在于：包括角速度计、加速度计、磁力计、微处理器、电源管理单元、基板、邦定线、管脚、封装体；

所述角速度计，用于监测运动物体角速度，可以测量并向微处理器输出宿主X、Y、Z三个轴向的角速度数据；

所述加速度计，用于监测运动物体加速度，可以测量并向微处理器输出宿主X、Y、Z三个轴向的加速度数据；

所述磁力计，用于监测地球磁场和环境磁场，可以测量并向微处理器输出宿主X、Y、Z三个轴向的复合磁场强度数据；

所述微处理器，用于存贮控制程序和算法，并对获取的宿主X、Y、Z三个轴向的角速度、加速度、复合磁场强度进行多维数据融合、数据滤波、修正和补偿，并输出姿态数据；

所述电源管理单元，用于对输入运动姿态传感器芯片的电源进行电压和电流分配；

所述基板为印刷电路板，用于承载角速度计、加速度计、磁力计、微处理器、电源管理单元、保密电路，进行电力输送、信号传输和管脚输出；

所述邦定线为金属线，用于角速度计、加速度计、磁力计、电源管理单元和基板之间的连接，即运动姿态传感器芯片的内引线焊接；

所述管脚为金属丝或金属压焊点，焊接或涂敷在基板周边，用于运动姿态传感器芯片与外部器件的信号交互和电力输入；

所述封装体为高分子材料、金属材料或陶瓷材料，用于包裹角速度计、加速度计、磁力计、微处理器、电源管理单元、保密电路、基板、邦定线等元件，防止氧化和水、尘、导电离子进入，提高防护性与可靠性。

2、一种运动姿态传感器芯片，其特征在于：通信接口在管脚上定义，包括UART接口、USART接口、SPI总线接口、CAN总线接口和I²C总线接口中至少一种。

3、其中的角速度计、加速度计、磁力计、微处理器、电源管理单元均为裸片，即集成电路晶圆经过切割测试后没有经过封装的芯片。

4、其中的微处理器输出的姿态数据为经过解算和处理的宿主姿态角数据，包括航向角、俯仰角、横滚角、倾斜角、运动距离，经过融合但未经处理的宿主四元数数据和宿主原始X、Y、Z三个轴向的角速度、加速度、复合磁场强度ADC数据。

本发明的有益效果在于：

(1)缩小了运动姿态传感器的体积

本发明采用基板、裸片、邦定线、管脚等设计要素，使运动姿态传感器芯片化，使得基于MEMS惯性器件的低成本姿态传感器的体积缩小若干倍，使其运用场合大为增加。

(2)降低了运动姿态传感器的功耗

本发明使运动姿态传感器芯片化，同时实现无源化，所涉及的元器件进一步减少，芯片与外设实现板载通信，以上这些都使得传感器的功耗降低数倍，更适合移动智能设备的使用。

(3)降低了运动姿态传感器的成本

本发明的芯片型封装设计和裸片使用，都使其成本降低很多，相应提高其市场竞争力。