Kompass plus Beschleunigungssensor Fusion der Sensoren

Im hart umkämpften Markt der Konsumelektronik könnten Mobilgerätehersteller künftig nicht mehr nur einzelne spezifische Sensoren einsetzen. Vielmehr zielen sie auf die Fusionen verschiedener Sensoren zu einem Bauteil, das zusammen mit einer »intelligenten« Software eine Systemlösung einen erheblichen Mehrwert für den Kunden darstellen kann. Nun wurde ein dreiachsiger geomagnetischer Sensor mit einem dreiachsigen Beschleunigungssensor integriert.

Nur 3 mm Kantenlänge und 0,95 mm hoch ist der digitale Kompass »BMC050«, mit dem Bosch Sensortec eine neue Baureihe hochgenauer MEMS-Sensoren für kompass-basierte Funktionen in Mobiltelefonen, Navigationsgeräten und anderen mobilen Geräten gestartet hat. In dem LGA-Gehäuse hat eine Sensorfusion stattgefunden: Auf engstem Raum sind dort zwei Sensoren integriert - ein dreiachsiger geomagnetischer Sensor, der das Erdmagnetfeld messen kann, und ein dreiachsiger Beschleunigungssensor zur Neigungskompensation.

Der Magnetsensor nutzt erstmals das neu entwickelte Messprinzip »FlipCore«. Im Vergleich zu heute verfügbaren Hall-Effekt-basierten Messverfahren braucht dieser Sensor laut Hersteller nur etwa ein Drittel des Stroms, und zugleich wurde das Rauschen um nahezu ein Drittel reduziert. Der sechsachsige BMC050 besitzt eine Empfindlichkeit von 0,3 µT und im Normalbetrieb eine Stromaufnahme von 0,54 mA.

Bosch ist nicht auf Komponenten externer Zulieferer angewiesen ist. Die Sensorentwickler haben dem »eCompass«-Baustein auf den BMC050 abgestimmte Auswertealgorithmen mitgegeben, um aus den Rohdaten der Sensorik die Himmelsrichtung zuverlässig und präzise berechnen zu können. Mit im Paket ist auch die Software für die Integration des eCompass in die Host-Applikation. Sie liegt für alle gängigen Betriebssysteme von Mobiltelefonen vor und reduziert so den Programmier- und Entwicklungsaufwand seitens der Gerätehersteller.

Zusätzlich geben die Ingenieure von Bosch Sensortec Unterstützung bei der Integrationsarbeit des BMC050 und seiner Software. Um die Himmelsrichtung festzustellen, misst der BMC050 die Stärke des Erdmagnetfeldes vektoriell entlang der drei Raumrichtungen. Beim neuen FlipCore-Messprinzip wird eine nur millionstel Millimeter dicke Magnetschicht periodisch ummagnetisiert.

Zum Zeitpunkt jeder Ummagnetisierung gibt eine ebenfalls in MEMS-Dünnschichttechnik gefertigte Detektorspule einen Spannungsimpuls aus. Diese Impulsfolge ist die Rohinformation des Sensors, denn die zeitliche Distanz zwischen anregendem und detektiertem Signal hängt von der Stärke des einwirkenden Erdmagnetfelds ab. Ungefähr 0,5° Winkelauflösung bei 1000 mT Messbereich wird mit dieser Messmethode erreicht.

Ein Digitalkompass kann der mobilen Konsumelektronik neue Dienste erschließen, die weit über die bloße Anzeige der Himmelsrichtung hinausgehen. So kann eine Fußgängernavigation an jedem Ort mit eCompass jede Körperdrehung sofort richtig erfassen. Das bei Verwendung des GPS notwendige Abgehen kurzer Strecken zum Ausrichten der Karte entfällt. Auch Augmented Reality wird durch den Sensor unterstützt: Zeigt ein Reisender mit seinem Mobiltelefon auf eine Sehenswürdigkeit, beispielsweise direkt vor sich, können automatisch passende Hintergrundinformationen am Gerät eingespielt werden.