Sensorfusion in MEMS-Technik Bosch: erster digitaler Kompass mit neuem Magnetfeld-Messprinzip „FlipCore“

Mit dem digitalen Kompass BMC050 startet die Bosch-Tochter eine neue Baureihe hochgenauer MEMS-Sensoren für kompassbasierte Funktionen in Mobiltelefonen, Navigationsgeräten und anderen mobilen Geräten.

Mit 3 mm Kantenlänge und 0,95 mm Bauhöhe ist das Bauteil laut Unternehmensangabe der weltweit kleinste „eCompass“, der in Großserie produziert wird. In dem LGA-Gehäuse sind zwei Sensoren integriert – ein dreiachsiger geomagnetischer Sensor zur Messung des Erdmagnetfeldes und ein dreiachsiger Beschleunigungssensor zur Neigungskompensation. Der Magnetsensor nutzt erstmals das neue, von Bosch entwickelte Messprinzip „FlipCore“. Im Vergleich zu heute verfügbaren Hall-basierten Messverfahren braucht dieser Sensor nur etwa ein Drittel des Stroms, und zugleich wurde das Rauschen um nahezu ein Drittel reduziert. Der sechsachsige BMC050 besitzt eine hohe Empfindlichkeit von 0,3 µT und im Normalbetrieb mit 0,54 mA eine geringe Stromaufnahme.

Die Sensor-Entwickler haben dem eCompass-Baustein ausgereifte und auf den BMC050 abgestimmte Auswerte-Algorithmen mitgegeben zur zuverlässigen und präzisen Berechnung der Himmelsrichtung aus den Rohdaten der Sensorik – für die Entwickler der Konsumelektronik ist die Präzision ein entscheidendes Kriterium. 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 auf ein Minimum. Zusätzlich geben die Ingenieure von Bosch Sensortec Unterstützung bei der Integrationsarbeit des BMC050 und seiner Software.

Das FlipCore-Messprinzip

Zur Feststellung der Himmelsrichtung 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 Winkelgrad Auflösung bei 1000 µT Messbereich wird mit dieser Messmethode erreicht.