数据驱动浅析现场总线协议在可穿戴设备与物联网运动跟踪解决方案中的应用

越来越多的可穿戴设备和物联网设计将检测方向和跟踪运动的能力视为重要要求。尽管已经有各种各样的可用运动传感器，但工程师还是不断受到挑战，探索以更低的功耗更快、更高效地集成这些设备，这在额外增加传感器时尤其具有挑战性。为应对这些运动跟踪挑战，设计人员需要集成度更高的加速计、陀螺仪和磁力仪五金件以及更加高效且智能的数据融合算法。

本文将介绍TDKInvenSense提供的同时为硬件和软件提供帮助的解决方案。然后，本文还将介绍设计人员如何着手将该解决方案应用于简化需要复杂的运动感应功能的复杂低功耗多传感器应用开发。

高效运动跟踪的挑战利用传统方法，开发人员可以同时为硬件和软件处理重要集成问题。在硬件方面，开发人员通常会努力在采用单独传感器（包括加速计、陀螺仪和磁力仪）构建设计中最大限度减少其复杂性、尺寸和零件数量。而软件工程师则需要特别注意同步各种各样传感器输出，以创建高级运动跟踪应用中所用传感器融合算法所需的一致数据流。此外，对于硬件与软件开发者而言，在面临额外类型带来的集成难题时，其工作量显著增加。

然而，使用TDKInvenSenseICM-20948，开发者便能够以最少工作量快速实现运动跟踪设计或其他多传感器系统。

现场总线协议TDKInvenSenseICM-20948是一种多芯片模块，它仅占3mmx3mmx1mm空间内置了用于完整運動追蹤解決方案所需傳感器、信号链路、數據處理與接口電路（圖5）。

該模块全面運作時僅需3毫安(mA)左右即能實現所有功能。在功率受限應用中，可关闭部分模块部份，从而將完全休眠模式下各階段電流消耗降至8微安(μA)。產生的功耗取決於工作電壓(VDD)，根據設計要求，這個值可以介於1.71伏特至3.6伏特之間。

單獨信號鏈集成了每個通道支持三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸磁力儀及一溫度傳遞元件，每個信號鏈都包括緩衝放大機及一個專用的16位數轉換機(ADC)，以及對於每種傳感器類型進行特殊處理如霍爾效果磁力儀輸出調節。為提高每種輸出的精確性，並允許進一步調整設定，如匯總平均樣本數目等，可以通過DMP來進行此調整。

DMP核心是專門設計為運動處理算法執行程序，以及自我測試程式碼。此處負責將從專屬傳遞寄存記憶體讀取資料並進行計算後再將結果儲存在FIFO內供主機MCU透過I2C或SPI總線訪問。這樣做不僅減少了主機MCU上的負擔，而且也提高了系統性能，並且可能讓主機MCU暫停更新期間休眠，以減少總共消費電流。

簡單集成ICM-20948結合小封裝、高級別集成功能及無需主机獨立操作等特點，因而特別適合移動設備、新型裝置與物聯網應用中使用。此模組高度積分意味著開發人員只需要使用三顆陶瓷X7R二極子便能夠完成典型運動追蹤設計。一顆0.1μF二極子被放在REGOUT引腳上作為穩壓滤波，而另外兩顆同類二極子則分別放置在VDD與VDDIO引腳上作為旁通作用（圖6）。

雖然ICM-20948已經成為運動追蹤解決方案之一種替代產品，但許多應用仍對其他類型傳感器提出需求。在幫助開發人員簡化這些多重傳染設計時，该模块还提供了一种独立I2C接口并内置支持。这使得开发人士能够通过专用的辅助I2C端口连接到ICM-20948上（图7），并通过它来管理这类外部设备，并读取它们产生的声音数据进行进一步分析处理，并作为输入给整个系统进行综合分析处理。

此处对于一些关键参数配置，可以通过编程定义设置来控制，即使没有任何其他硬盘资源，也可以配置这个扩展端口。这让我们能够根据不同的需求灵活调整我们的行为，同时保持最佳性能。

最后，由于对许多关键参数进行了优化，我们已经证明这一点，这表明这种方式对于某些实际场景来说是非常有效果，因为它允许我们实时调整我们的行为，以确保最佳结果。

因此，我们认为这是一个非常好的选择，为那些寻求一种既易于实施又强大的技术解决方案的人提供了一种简单且经济实惠的手段。如果你正在寻找一种方式来增强你的产品或服务，并希望从根本上改变游戏规则，那么这个技术就是你绝佳选择。