STMicroelectronics凭借其iNEMO系列惯性测量单元在惯性测量单元（IMU）领域开辟了一片天地。该公司最近发布了一款IMU传感器，该传感器利用人工智能训练在多个应用程序中实现高性能和超低延迟。

 

ISM330IS

ISM330IS尺寸为2.5 x 3.0 x 0.83 mm。图片由意法半导体提供

 

本文介绍了IMU最近发布的一些内容，以及该公司最近宣布与其他行业领导者的合作。

 

首先，快速回顾惯性测量单元

惯性测量单元（IMU）是一种测量角速率、力和磁场的传感器。6轴IMU包括3轴加速度计和3轴陀螺仪。或者，9轴IMU将额外的3轴磁力计与现有的加速度计和陀螺仪集成在一起。

当加速度计测量单个轴上的加速度和重力作为向下的力时，陀螺仪测量x轴、y轴和z轴上的角速度（即分别为俯仰、滚转和偏航）。相反，磁力计利用空气的磁通密度来探测地球磁场的波动。

 

An IMU can offer up to six degrees of freedom

IMU最多可以提供六个自由度。图片（已修改）由CEVA提供

 

在传感器融合软件的帮助下，IMU可以使用加速度计、陀螺仪和磁力计的加速度、角速度和磁场测量值的组合来有效地确定运动、方向和航向。该传感器提供高达六个自由度（DOF），用于增强三维空间内的物体运动检测。

IMU对于一些消费者、汽车和工业应用来说是必不可少的。设计师将这些传感器集成到用于实时定位的全球定位系统（GPS）、用于运动跟踪的消费电子产品以及增强现实/虚拟现实（AR/VR）系统中。将几种基于IMU的技术集成到自动驾驶汽车、智能家居和工业物联网（IIoT）中，可以实现人和物体的室内和室外定位。

 

ST将AI/ML纳入IMU

在最近的一份公告中，意法半导体指出，其最新的ISM330IS始终在线6轴IMU包括一个智能传感器处理单元（ISPU），可以在传感器内进行人工智能（AI）训练。ST声称，这种6轴IMU在智能传感器中集成了模式识别和异常检测。

 

ISPU block diagram

ISPU框图。图像由STMicroelectronics提供

 

数据表显示，由于其先进的运动检测能力，ISM330IS不需要外部微控制器（MCU），其占地面积和功耗最多可减少50%。这种小的封装尺寸可以允许设计者在从传统惯性模块升级时保持既定的电路板布局。

ISM330IS包括一个3轴加速度计和3轴陀螺仪。ST将ISPU集成到该传感器中，以支持机器学习（ML）应用和二进制神经网络。开发人员可以利用ST的NanoEdge AI Studio对ISPU进行人工智能部署编程，并自动生成优化的ML库。该工作室帮助开发人员设计一个简化的基于人工智能学习的异常检测库，并将其纳入ISPU，无论他们的数据科学熟练程度如何。

 

Wacom、ST和CEVA联手增强数码笔

ST、Wacom和CEVA最近合作，为平板电脑、智能手机、笔记本电脑、交互式白板、PC和其他智能显示产品增强数字笔体验。此次合作旨在推出一款数字笔产品，该产品可以为专业人士、学生和其他人简化工作流程。

每家公司都贡献了特定的技术，通过先进的手势、运动和光标控制来扩展数字笔的功能。例如，这种新型数字笔包括有源ES（AES）后部IMU模块，这是Wacom的数字笔技术和STMicroelectronics的低功耗6轴IMU传感器和蓝牙低能耗片上系统（SoC）的改进版本的结合。据称，该IMU模块采用低功耗、高度紧凑的产品设计。

 

Digital pen

Wacom、ST和CEVA合作以增强数字笔体验。图像由STMicroelectronics提供

 

CEVA的MotionEngine Air运动控制软件提供方位补偿和自适应震颤消除技术，为用户提供直观一致的体验。该合作正在发布一个完整的参考设计，以帮助原始设备制造商（OEM）为市场开发品牌运动感应数字笔。

 

嵌入式机器学习IMU增强车辆自主性

ASM330LHHX是ST的另一款ML嵌入式IMU，是一款6轴模块，配有3轴数字加速度计和3轴数字陀螺仪。数据表指出，该设备专为车辆定位和数字稳定应用中的运动和姿态传感而设计。

凭借其ML核心，基于汽车应用程序的IMU可以支持车辆的高级驾驶员辅助系统（ADAS）。ST将传感器与ML核心运行的AI算法直接集成，以实现事件感知和车辆响应之间的超低延迟。与嵌入应用处理器或基于云的人工智能的传统解决方案相比，这种集成导致系统能量和计算能力降低。

 

Embedded machine learning core

ST汽车IMU中的嵌入式机器学习核心。图像由STMicroelectronics提供

 

ASM330LHHX的传感能力可用于高度和航向参考、车辆静止检测、高度估计、车辆静止探测、高度估计和碰撞检测。该传感器提供-40°C至105°C的宽温度范围，无论环境温度和系统温度如何，都能确保始终如一的高精度。

该传感器还具有低功耗模式，适用于防盗系统、远程信息处理、振动监测和补偿、运动激活功能和其他常开应用。ST在ASM330LHHX中加入了一种额外的高性能模式，用于高精度、低延迟的应用，如车辆到一切（V2X）通信、精确定位、碰撞检测和碰撞重建。

 

IMU中人工智能培训的优势和局限性

将人工智能训练纳入IMU的一个重大挑战是这些产品的足迹更大。然而，ST声称通过引入一个小型ISPU减轻了这一挑战，该ISPU消除了对额外外部MCU的需求，减少了模块的占地面积和功耗。

将人工智能训练融入传感器：

  • 提高模式识别和异常检测的效率和性能
  • 为信号处理执行提供超低功耗可编程内核
  • 利用边缘的高性能人工智能算法

ST的人工智能IMU据说可以优化物联网和工业解决方案中的运动结果，并为Industry 5.0应用程序提供实时算法，如资产跟踪、异常检测和工厂自动化。