Funktionen, Pinbelegung und Anwendungen des LSM6DSL-Sensors

Moderne Bewegungserkennungsanwendungen erfordern Komponenten, die präzise, energieeffizient und flexibel genug sind, um ein breites Spektrum an Anwendungsfällen zu unterstützen.Der LSM6DSL erfüllt diese Anforderungen.In diesem Artikel werden die Übersicht, Pinbelegungsdetails, Funktionalität, Spezifikationen, Arbeitsschaltung, Anwendungen und mehr des LSM6DSL-Sensors erläutert.

Katalog

Übersicht über den LSM6DSL-Sensor

Die LSM6DSL ist ein kompakter MEMS-Trägheitssensor, der einen digitalen 3-Achsen-Beschleunigungsmesser und ein digitales 3-Achsen-Gyroskop in einem einzigen System-in-Package integriert.Es wurde von STMicroelectronics entwickelt und bietet eine genaue Bewegungserkennung bei gleichzeitig geringem Stromverbrauch.

Dieser Sensor unterstützt erweiterte Bewegungsfunktionen, einschließlich realer, virtueller und Batch-Sensoren, mit integriertem Speicher für eine effiziente Datenstapelung.Seine konfigurierbaren Vollbereichsbereiche ermöglichen eine präzise Messung sowohl der linearen Beschleunigung als auch der Winkelgeschwindigkeit und unterstützen ein breites Spektrum an Bewegungsverfolgungsanforderungen.Der LSM6DSL basiert auf ausgereifter MEMS-Mikrobearbeitung und CMOS-Schnittstellentechnologie und bietet eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Stöße und eine stabile Langzeitleistung.

Verpackt in einem kompakten LGA-Formfaktor ist der LSM6DSL ideal für Designs mit begrenztem Platzangebot, die eine zuverlässige Bewegungserkennung erfordern.Wenn Sie Interesse am Kauf des LSM6DSL haben, kontaktieren Sie uns bitte bezüglich Preis und Verfügbarkeit.

CAD-Modelle des LSM6DSL-Sensors

Details zur Pinbelegung des LSM6DSL-Sensors

Pin #	Pin Name	Modus 1 Funktion	Modus 2 Funktion
1	SDO / SA0	SPI 4-Draht serielle Datenausgabe (SDO);I²C niedrigstwertiges Adressbit (SA0)	SPI 4-Draht serielle Datenausgabe (SDO);I²C niedrigstwertiges Adressbit (SA0)
2	SDx	Stellen Sie eine Verbindung zu VDDIO her oder GND	Serielle I²C-Daten Master (MSDA)
3	SCx	Stellen Sie eine Verbindung zu VDDIO her oder GND	Serieller I²C-Takt Master (MSCL)
4	INT1	Programmierbar unterbrechen 1	Programmierbar unterbrechen 1
5	VDDIO	Netzteil für I/O-Pins	Netzteil für I/O-Pins
6	GND	0-V-Versorgung	0-V-Versorgung
7	GND	0-V-Versorgung	0-V-Versorgung
8	VDD	Stromversorgung	Stromversorgung
9	INT2	Programmierbar Interrupt 2 (INT2) / Datenfreigabe (DEN)	Programmierbar Interrupt 2 (INT2) / Datenfreigabe (DEN) / I²C-Master externe Synchronisation Signal (MDRDY)
10	NC	Geh unverbunden	Geh unverbunden
11	NC	Geh unverbunden	Geh unverbunden
12	CS	I²C/SPI-Modus Auswahl (1: SPI im Leerlauf / I²C aktiviert; 0: SPI aktiviert / I²C deaktiviert)	I²C/SPI-Modus Auswahl (1: SPI im Leerlauf / I²C aktiviert; 0: SPI aktiviert / I²C deaktiviert)
13	SCL	Serieller I²C-Takt (SCL);SPI-Seriell-Port-Uhr (SPC)	Serieller I²C-Takt (SCL);SPI-Seriell-Port-Uhr (SPC)
14	SDA	Serielle I²C-Daten (SDA);SPI serieller Dateneingang (SDI);3-Draht-Schnittstelle, serieller Datenausgang (SDO)	Serielle I²C-Daten (SDA);SPI serieller Dateneingang (SDI);3-Draht-Schnittstelle, serieller Datenausgang (SDO)

Funktionalität des LSM6DSL-Sensors

Der LSM6DSL ist auf ein flexibles Betriebsverhalten ausgelegt, sodass Beschleunigungsmesser und Gyroskop unabhängig voneinander gesteuert werden können.Jedes Sensorelement kann separat ein- oder ausgeschaltet werden, wodurch der Stromverbrauch entsprechend den Anwendungsanforderungen optimiert wird.Das Gerät unterstützt drei Hauptbetriebskonfigurationen: Betrieb nur des Beschleunigungsmessers, während das Gyroskop ausgeschaltet bleibt, Betrieb nur des Gyroskops, während der Beschleunigungsmesser deaktiviert ist, oder Betrieb beider Sensoren gleichzeitig.Wenn beide Sensoren aktiv sind, können sie mit unterschiedlichen Ausgangsdatenraten konfiguriert werden, was eine präzise Abstimmung der Bewegungserkennung ermöglicht, ohne dass die beiden Sensoren das gleiche Abtastverhalten aufweisen müssen.

Die Gyroskop Der LSM6DSL unterstützt mehrere Energiemodi, um Leistung und Energieeffizienz in Einklang zu bringen.Je nach Systemanforderungen kann es im Power-Down-, Low-Power-, Normal- oder High-Performance-Modus betrieben werden.Im Hochleistungsmodus liefert das Gyroskop eine konstante Leistung über einen weiten Bereich von Ausgangsdatenraten und eignet sich daher für schnelle und präzise Rotationsmessungen.Wenn die Energiesparmodi aktiviert sind, reduziert das Gyroskop den Energieverbrauch, indem es den Betrieb auf niedrigere oder moderate Datenraten beschränkt. Dies ist ideal für batteriebetriebene Geräte, die keine kontinuierliche Hochgeschwindigkeitserfassung erfordern.

Die Beschleunigungsmesser verfolgt einen ähnlichen Designansatz und bietet die Betriebsmodi Power-Down, Low-Power, Normal und High-Performance.Der Hochleistungsmodus ermöglicht eine genaue Beschleunigungsmessung über den gesamten unterstützten Datenratenbereich, während der Low-Power- und der Normalmodus für einen reduzierten Energieverbrauch bei Abtastfrequenzen im unteren und mittleren Bereich optimiert sind.Diese Anpassungsfähigkeit ermöglicht dem LSM6DSL eine effiziente Leistung sowohl bei ständig aktiver Bewegungserkennung als auch bei hochpräzisen Erfassungsszenarien.Der von STMicroelectronics entwickelte LSM6DSL bietet eine ausgewogene Kombination aus Flexibilität, Leistung und Energieeffizienz für moderne Bewegungserkennungsanwendungen.

Interne Filter- und Signalverarbeitungsarchitektur

Das erste Diagramm stellt den gesamten internen Signalpfad des LSM6DSL-Sensors dar und zeigt, wie Bewegungsdaten von den Sensorelementen bis zum digitalen Ausgang verarbeitet werden.Das Gyroskop, der Beschleunigungsmesser und der Temperatursensor leiten ihre analogen Signale zunächst durch spezielle Front-End-Schaltkreise.Diese Front-End-Blöcke bereiten die Rohsignale auf, bevor sie durch interne Analog-Digital-Wandler (ADC1 für das Gyroskop und ADC2 für den Beschleunigungsmesser) in digitale Daten umgewandelt werden.

Nach der Umwandlung werden die digitalen Signale durch Tiefpassfilterstufen geleitet, die dabei helfen, Rauschen und unerwünschte Hochfrequenzkomponenten zu reduzieren.Die gefilterten Daten werden dann in internen Registern oder im FIFO-Puffer gespeichert, was eine effiziente Datenverarbeitung und einen reduzierten Kommunikationsaufwand ermöglicht.Schließlich werden die verarbeiteten Daten über die I²C- oder SPI-Schnittstelle an den Host-Prozessor übertragen, während der Interrupt-Management-Block Ereignissignale wie Datenbereitschafts- oder Bewegungserkennungswarnungen generiert.

Das zweite Diagramm konzentriert sich speziell auf die digitale Filterkette des Gyroskops.Sobald das Gyroskopsignal vom ADC digitalisiert wurde, kann es einen optionalen Hochpassfilter durchlaufen, der Niederfrequenzdrift und Offsets entfernt.Darauf folgt eine wählbare Tiefpassfilterstufe, die das Signal glättet und die Bandbreite entsprechend der gewählten Ausgangsdatenrate steuert.

Eine zweite Tiefpassfilterstufe verfeinert die Winkelgeschwindigkeitsdaten weiter, bevor sie an den FIFO oder direkt an die Kommunikationsschnittstelle gesendet werden.Diese mehrstufige Filterstruktur ermöglicht es dem Gyroskop, sowohl hochpräzise Bewegungsverfolgung als auch schnell reagierende Anwendungen zu unterstützen und gleichzeitig stabile und zuverlässige Ausgangsdaten aufrechtzuerhalten.

Das Beschleunigungsmesserdiagramm zeigt den grundlegenden Signalpfad, der zur Verarbeitung von Beschleunigungsdaten im LSM6DSL verwendet wird.Das rohe analoge Signal vom MEMS-Beschleunigungsmesser durchläuft zunächst einen analogen Anti-Aliasing-Tiefpassfilter, der hochfrequentes Rauschen vor der digitalen Umwandlung entfernt.Dieser Schritt ist wichtig, um unerwünschte Signalverzerrungen während der Abtastung zu verhindern.Nach der Filterung wird das Signal vom internen ADC in digitale Form umgewandelt.

Nach der Digitalisierung fließen die Daten durch einen digitalen Tiefpassfilter (LPF1), dessen Bandbreite so konfiguriert werden kann, dass sie der ausgewählten Ausgangsdatenrate entspricht.Diese digitale Filterstufe glättet das Signal weiter und verbessert die Messstabilität.Die gefilterte Ausgabe kann dann in einen zusammengesetzten Filter geleitet werden, der erweiterte Bewegungsverarbeitungsfunktionen ermöglicht, ohne dass zusätzliche Berechnungen vom Host-Prozessor erforderlich sind.

Das vierte Diagramm beschreibt detailliert die interne Struktur des Verbundfilters des Beschleunigungsmessers.Dieser Block kombiniert mehrere Filterpfade, einschließlich Tiefpassfilter, Hochpassfilter und Steigungsfilter, um verschiedene Bewegungserkennungsfunktionen zu unterstützen.Abhängig von der Konfiguration können Beschleunigungsdaten durch diese Filter geleitet werden, um Ereignisse wie freien Fall, Aufwachen, Aktivität oder Inaktivität sowie 6D/4D-Ausrichtungsänderungen zu erkennen.

Der Verbundfilter unterstützt auch intelligente Funktionen wie Schritterkennung und signifikante Bewegungsüberwachung durch selektive Datenverarbeitung bei reduzierten Ausgangsdatenraten.Gefilterte Beschleunigungsdaten werden dann entweder an die Ausgangsregister gesendet oder im FIFO-Puffer gespeichert, um eine effiziente Übertragung an das Hostsystem zu ermöglichen.Durch die interne Handhabung komplexer Filter- und Bewegungsanalysen reduziert der LSM6DSL die MCU-Arbeitsbelastung und bietet gleichzeitig eine genaue und reaktionsschnelle Bewegungserkennung für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch.

Alternativen und gleichwertiges Modell

• LSM6DS3

• LSM6DSOX

• BMI160

• ICM-20602

• MPU-6500

Technische Daten des LSM6DSL-Sensors

Parameter	Beschreibung
Sensortyp	3-Achsen Beschleunigungsmesser und 3-Achsen-Gyroskop
Technologie	MEMS (Mikroelektromechanische Systeme)
Hersteller	STMicroelectronics
Pakettyp	LGA-16
Paket Abmessungen	3 × 3 mm
Betrieb Spannung	1,71 V bis 3,6 V
I/O-Versorgung Spannung	1,62 V bis 3,6 V
Aktuell Verbrauch	Normalmodus: ~1,1 mA;Energiesparmodus: ~0,1 µA;Schlafmodus: ~0 µA
Beschleunigungsmesser Reichweite	±2 g, ±4 g, ±8 g, ±16 g
Beschleunigungsmesser Auflösung	16-Bit
Gyroskop-Reichweite	±125, ±250, ±500, ±1000, ±2000 dps
Gyroskop Auflösung	16-Bit
Ausgabedatenrate (Beschleunigungsmesser)	Bis zu 6,66 kHz
Ausgabedatenrate (Gyroskop)	Bis zu 6,66 kHz
Digital Schnittstellen	I²C (bis zu 400 kHz) und SPI (bis zu 10 MHz)
Unterbrechungsstifte	INT1, INT2
FIFO-Puffer	Smart FIFO bis zu 4 kB
Eingebettet Temperatursensor	Ja
Maschinelles Lernen Kern (MLC)	Unterstützt für Bewegungs- und Aktivitätsanalyse
Endlicher Zustand Maschine (FSM)	Unterstützt für Bewegungserkennung und Schrittzählung
Bewegungserkennung	Freier Fall, Aufwachen, Aktivität/Inaktivität
Tippen Sie auf Erkennung	Einmaliges Tippen und Doppeltippen
Orientierung Erkennung	6D / 4D Orientierung
Sensorfusion Unterstützung	Ja
Leistungsmodi	Ausschalten, Geringer Stromverbrauch, Normal, Hochleistung, Ruhezustand
Lärm Leistung	Geräuscharm für genaue dynamische Messungen
Betrieb Temperaturbereich	−40 °C bis +85 °C
Umweltfreundlich Compliance	RoHS-konform

Funktionen des LSM6DSL-Sensors

• Android M-kompatibel – Vollständig kompatibel mit den Anforderungen des Android M-Sensor-Frameworks, wodurch es für Smartphones, Wearables und Android-basierte Bewegungserkennungsanwendungen geeignet ist.

• Geringer Stromverbrauch – Verbraucht etwa 0,4 mA im kombinierten Normalmodus und 0,65 mA im kombinierten Hochleistungsmodus und trägt so zur Verlängerung der Batterielebensdauer in tragbaren Geräten bei.

• Always-On-Bewegungserlebnis – Entwickelt, um die Bewegungserkennung bei geringem Stromverbrauch aktiv zu halten und eine kontinuierliche Erfassung ohne häufiges Aufwachen der MCU zu ermöglichen.

• Intelligenter FIFO-Puffer (bis zu 4 kB) – Der integrierte FIFO speichert Sensordaten intern, reduziert die Belastung des Host-Prozessors und verbessert die Gesamtstromeffizienz.

• Großer Beschleunigungsmessbereich – Unterstützt Vollausschlagsbereiche von ±2 / ±4 / ±8 / ±16 g und ermöglicht so die genaue Erkennung sowohl subtiler Bewegungen als auch starker Stöße.

• Großer Winkelgeschwindigkeitsmessbereich – Bietet Bereiche von ±125 / ±250 / ±500 / ±1000 / ±2000 dps, geeignet für langsame Rotation und schnelle Bewegungsverfolgung.

• Eingebettete Bewegungsalgorithmen – Beinhaltet Schrittzähler, Schrittdetektor, Schrittzähler, Erkennung signifikanter Bewegungen und Neigungserkennung, wodurch die Softwarekomplexität auf dem Hostsystem reduziert wird.

• Standard-Bewegungsunterbrechungen – Unterstützt Hardware-Unterbrechungen wie Freifall, Aufwecken, 6D/4D-Ausrichtung, Klicken und Doppelklicken für ereignisgesteuerte Anwendungen.

• Unterstützung für externe Magnetometer – Ermöglicht die Korrektur von Harteisen und Weicheisen bei Verbindung mit einem externen Magnetsensor und verbessert so die Genauigkeit der Sensorfusion.

• Duale digitale Kommunikationsschnittstellen – Unterstützt sowohl I²C als auch SPI und bietet flexible Konnektivität mit Mikrocontrollern und Anwendungsprozessoren.

• Integrierter Temperatursensor – Bietet interne Temperaturmessung zur Kompensation und Systemüberwachung.

• Großer Versorgungsspannungsbereich – Betrieb mit einer analogen Versorgung von 1,71 V bis 3,6 V und einer unabhängigen E/A-Versorgung, wodurch die Kompatibilität mit Niederspannungssystemen gewährleistet ist.

• Kompaktes LGA-Gehäuse – Geringer Platzbedarf von ca. 2,5 mm × 3,0 mm × 0,83 mm, ideal für Designs mit begrenztem Platzangebot.

• Hohe mechanische Robustheit – Gebaut, um mechanischen Stößen und Vibrationen standzuhalten und einen zuverlässigen Betrieb in Verbraucher- und Industrieumgebungen zu gewährleisten.

• Umweltkonformität – Vollständig ECOPACK®-, RoHS- und „Green“-konform und erfüllt globale Umweltstandards.

Arbeitskreis des LSM6DSL-Sensors

Der Arbeitsschaltkreis zeigt, wie der LSM6DSL mit Strom versorgt und an einen Host-Controller angeschlossen wird.Der Sensor verwendet separate Versorgungspins für den internen Kern (VDD) und die digitale Schnittstelle (VDDIO).Jeder Versorgungspin ist über einen 100-nF-Entkopplungskondensator mit Masse verbunden, was zur Stabilisierung der Stromversorgung und zur Reduzierung elektrischer Störungen während des Betriebs beiträgt.

Der Sensor kommuniziert mit dem Host über I²C oder SPI.Im I²C-Setup werden den SDA- und SCL-Leitungen Pull-up-Widerstände hinzugefügt, um eine ordnungsgemäße Datenkommunikation sicherzustellen.Der CS-Pin wird zur Auswahl des Kommunikationsmodus verwendet.Die Interrupt-Pins INT1 und INT2 ermöglichen es dem Sensor, den Host zu benachrichtigen, wenn Bewegungsereignisse oder neue Daten verfügbar sind, wodurch die Notwendigkeit einer ständigen Abfrage reduziert wird.

Die Orientierungsdiagramme erklären, wie Bewegung gemessen wird.Der Beschleunigungsmesser erkennt Bewegungen entlang der X-, Y- und Z-Achse, während das Gyroskop die Drehung um diese Achsen misst.Die korrekte Ausrichtung des Sensors auf der Leiterplatte gewährleistet genaue Bewegungs- und Rotationsmessungen.

LSM6DSL-Sensoranwendungen

• Tragbare Geräte

• Smartphones und Tablets

• Fitness-Tracker

• IoT-Geräte

• Gaming-Controller

• Virtual-Reality-Systeme (VR).

• Augmented Reality (AR)-Geräte

• Robotik

• Automobilsysteme

• Industrieausrüstung

• Smart-Home-Geräte

• Medizinische und Gesundheitsüberwachungsgeräte

Mechanische Abmessungen des LSM6DSL

Artikel	Dimension (mm)	Toleranz (mm)
Länge (L)	2,50	±0,1
Breite (B)	3,00	±0,1
Höhe (H)	0,86	MAX

Hersteller

STMicroelectronics nutzt fortschrittliche MEMS-Fertigungsmöglichkeiten, um den LSM6DSL-Sensor mit hoher Präzision und Zuverlässigkeit herzustellen.Das Unternehmen nutzt ausgereifte Mikrobearbeitungsprozesse zur Herstellung der Beschleunigungsmesser- und Gyroskop-Sensorelemente, kombiniert mit CMOS-Technologie für die Signalverarbeitung und Schnittstellenschaltung.Diese Prozesse ermöglichen eine strenge Kontrolle der Sensorgenauigkeit, des Stromverbrauchs und der mechanischen Robustheit und unterstützen gleichzeitig die Massenproduktion.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Muss der LSM6DSL vor der Verwendung kalibriert werden?

Für den Grundbetrieb ist keine Kalibrierung erforderlich, aber die Offset- und Empfindlichkeitskalibrierung kann die Genauigkeit verbessern, insbesondere bei Präzisionsbewegungs- oder Ausrichtungsanwendungen.

2. Kann LSM6DSL ohne Mikrocontroller funktionieren?

Nein, der LSM6DSL benötigt einen Host-Prozessor, um Register zu konfigurieren, Sensordaten zu lesen und die Kommunikation über I²C oder SPI zu verwalten.

3. Welche Bibliotheken stehen für die Verwendung von LSM6DSL mit Mikrocontrollern zur Verfügung?

ST stellt offizielle Treiber bereit und von der Community unterstützte Bibliotheken sind für Plattformen wie Arduino, STM32, ESP32 und Raspberry Pi verfügbar.

4. Wie genau ist der LSM6DSL für die Bewegungsverfolgung?

Der Sensor bietet eine hohe Genauigkeit bei geringem Rauschen und einer 16-Bit-Auflösung und eignet sich für Bewegungsverfolgung, Gestenerkennung und Orientierungserkennung.

5. Kann der LSM6DSL zur Schrittzählung ohne externe Verarbeitung verwendet werden?

Ja, es verfügt über integrierte Schritterkennungs- und Schrittzählfunktionen, die intern arbeiten, wodurch der Bedarf an komplexen hostseitigen Algorithmen verringert wird.

6. Wie hoch ist die typische Datenlatenz des LSM6DSL?

Die Latenz hängt von der gewählten Ausgangsdatenrate und Filterkonfiguration ab, ist jedoch für eine schnelle Reaktion in Echtzeit-Bewegungsanwendungen optimiert.

7. Ist der LSM6DSL stoß- und vibrationsfest?

Ja, es ist auf hohe mechanische Robustheit ausgelegt und ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb in tragbaren, industriellen und Automobilumgebungen.