Capteur combiné à montage orthogonal de la série CMS390

Le CMS390 est conçu pour un montage orthogonal sur le côté, et non à plat. Dans cette orientation, son axe Z de mesure de vitesse angulaire et son axe X de mesure d’accélération sont parallèles au circuit imprimé assemblé (PCBA), tandis que l’axe Y de mesure d’accélération est perpendiculaire à la carte. Cette configuration peut simplifier la réalisation d’un ensemble de capteurs couvrant tous les axes lorsque le composant est associé à un CMS300 monté à plat sur le même circuit. Le défaut d’alignement maximal spécifié pour les capteurs de vitesse angulaire et d’accélération est de ±3 % par rapport au boîtier ou à la face de montage. Les conceptions exigeant un alignement plus précis doivent prévoir des gabarits de positionnement, un contrôle de l’assemblage et une correction par le processeur de l’erreur résiduelle entre axes.

Le choix des réglages dépend des mouvements maximaux attendus et de la résolution requise pour le signal. La plage de vitesse angulaire de ±150 °/s offre une résolution typique de 0,005 °/s, tandis que la plage de ±300 °/s offre une résolution de 0,01 °/s et une marge de mesure supérieure pour les rotations plus rapides. La plage d’accélération peut être réglée sur ±2,5 g, avec une résolution typique de 0,079 mg, ou sur ±10 g, avec une résolution typique de 0,313 mg. Les bandes passantes nominales du gyroscope sont de 45, 55, 90 et 110 Hz ; les voies d’accélération proposent quant à elles des réglages de 45, 62, 95 et 190 Hz. Chaque voie peut être configurée indépendamment, ce qui permet de limiter la bande passante lorsque la réduction du bruit prime sur la rapidité de réponse aux transitoires.

Le capteur fonctionne sous une tension de 2,7 à 3,6 V, mais l’ensemble des performances spécifiées ne s’applique qu’entre 3,15 et 3,45 V. Le courant maximal spécifié est de 8 mA, au démarrage comme en régime établi, hors courant nécessaire à la charge des composants de découplage externes. Les performances nominales sont atteintes après 150 ms en valeur typique et 300 ms au maximum. La fréquence d’horloge SPI peut aller de 100 kHz à 7 MHz, avec des fréquences de transmission des messages de 1 Hz à 10 kHz. Le processeur hôte doit attendre la fin de la phase de démarrage avant d’exploiter les données étalonnées et sélectionner une fréquence de mise à jour compatible avec la bande passante configurée du capteur.

Le CMS390 fonctionne de −40 °C à +125 °C, mais certaines limites détaillées du biais de l’accéléromètre sont spécifiées sur la plage plus restreinte de −40 °C à +85 °C. La variation du biais du gyroscope en fonction de la température est de ±1,0 °/s en valeur typique et de ±1,75 °/s au maximum, tandis que la variation du facteur d’échelle reste inférieure à ±1 % en valeur typique et à ±2,0 % au maximum. La voie de température intégrée présente un facteur d’échelle typique de 11 LSB/°C, avec des limites de décalage et de répétabilité respectivement de ±20 °C et de ±5 °C. La sortie de température convient donc à la compensation plutôt qu’à une mesure précise de la température ambiante. Pour les applications exigeant une grande précision d’attitude ou de navigation, il convient de caractériser l’ensemble complet une fois monté et d’appliquer une correction au niveau du processeur hôte sur tout le profil thermique prévu.

Le gyroscope présente un bruit efficace (RMS) typique de 0,06 °/s dans la bande de mesure jusqu’à 45 Hz, avec un maximum de 0,1 °/s et une marche aléatoire angulaire de 0,40 °/√h. Son instabilité de biais spécifiée est de 10 °/h : l’intégration sans compensation entraîne donc une accumulation de l’erreur angulaire au fil du temps. Les voies d’accélération présentent un bruit efficace de 1 mg typique et de 2 mg au maximum dans une bande passante de 45 Hz, ainsi qu’une marche aléatoire en vitesse inférieure à 0,05 m/s/√h. Ces caractéristiques conviennent à la mesure de mouvement, à la stabilisation, à la détection d’inclinaison et aux systèmes d’attitude à moindre coût, mais le filtrage et l’étalonnage restent nécessaires. L’erreur finale du système dépend également de la bande passante, de la fréquence d’échantillonnage, de l’alignement au montage, des vibrations et de l’algorithme de fusion utilisé par le processeur hôte.

Le boîtier mesure 10,4 × 6,7 × 2,7 mm et pèse environ 0,6 g. Le composant étant monté sur le côté, la maîtrise du positionnement est plus critique que pour un composant LCC classique monté à plat, en particulier lorsque la perpendicularité des axes influe sur la précision du système. La plage de fonctionnement s’étend de −40 °C à +125 °C, le stockage est autorisé de −55 °C à +150 °C et l’humidité relative est limitée à 90 % sans condensation. Le capteur est spécifié pour supporter, en fonctionnement, une accélération de 95 g sous forme d’une impulsion demi-sinusoïdale de 6 ms, et pour résister sans dommage, sous tension, à une accélération de 1 000 g pendant 1 ms. Le plan d’intégration doit donc prendre en compte la conception du circuit imprimé, les procédés de brasage, le maintien mécanique et les contrôles d’alignement après assemblage.

L’autotest intégré déclenché sur commande génère des réponses connues sur les voies du gyroscope et de l’accéléromètre. Le processeur hôte peut ainsi vérifier que chaque chaîne de mesure fonctionne dans la plage attendue. À +25 °C, la réponse typique du gyroscope est de +64 °/s pour la plage de ±150 °/s et de +107 °/s pour la plage de ±300 °/s. La réponse typique de l’accéléromètre est de +1,25 g pour la plage de ±2,5 g et de +6,2 g pour la plage de ±10 g. La variation de la réponse est également spécifiée de −40 °C à +125 °C, ce qui permet de définir des seuils de réussite et d’échec tenant compte de la température. L’autotest intégré est utile au démarrage et lors des opérations de maintenance, mais ne remplace ni l’étalonnage propre à l’application ni la vérification de l’alignement mécanique.