任务介绍

本项目旨在设计并实现一款小型化、高性能的IMU模块，能够完成加速度、角速度及磁场的测量。该IMU模块拥有稳定可靠的数据输出接口（I2C与SPI）与MCU连接，也具备可扩展的辅助接口以连接其他传感器，同时提供焊盘跳线便于控制上电与通信模式选择。

模块介绍

本模块核心传感器为ICM-20948（DigiKey网址：ICM-20948 TDK InvenSense | 传感器，变送器 | DigiKey）。该传感器集成了三轴加速度计、三轴陀螺仪与三轴磁力计，能够实时提供设备在三维空间中的运动与姿态信息，支持I2C与SPI协议。

为了满足传感器对供电及信号电平的要求，模块在硬件设计上引入了多种功能电路：首先，采用MIC5225-1.8YM5-TR（Digikey网址：MIC5225-1.8YM5-TR Microchip Technology | 集成电路（IC） | DigiKey）作为稳压器将外部输入的3.3V电源稳压为1.8V，为传感器的VDDIO及内部逻辑供电；其次，利用PCA9306DQER（Digikey网址：PCA9306DQER Texas Instruments | 集成电路（IC） | DigiKey）双向电平转换器实现I²C接口在1.8V与3.3V系统间的转换，并在SPI及控制信号路径上配置SN74AVC系列电平转换器（Digikey网址：SN74AVC4T245DYYR Texas Instruments | 集成电路（IC） | DigiKey与SN74AVC1T45DCKR Texas Instruments | 集成电路（IC） | DigiKey 市场）完成方向固定的电平转换，确保与主控MCU的兼容性。

模块接口处，3.3V的电源输入处加入PESD3V3S1UL,315（Digikey网址：PESD3V3S1UL,315 Nexperia USA Inc. | 电路保护 | DigiKey）作为ESD保护器件，有效提升抗静电能力与环境适应性。同时ICM的AUX_CL与AUX_DA引脚直接引出至外部接口，并在1.8V侧提供上拉，以方便用户扩展额外的I2C传感器，兼具了设计的稳定性与扩展性。

原理图与PCB设计

电源部分为了确保其在低功耗、高稳定的供电环境下工作，同时在输入与输出端均布置去耦电容，减小电源纹波与瞬态干扰。

信号接口方面，I2C总线通过PCA9306进行电平翻译，并在两侧分别配置匹配阻值的上拉电阻，确保总线空闲电平和信号完整性；SPI及控制输入信号（SCLK、SDI、CS、FSYNC）采用SN74AVC4T245DYYR四通道方向固定电平转换器，在B侧加入22Ω串联电阻以降低信号反射，SPI及控制输出信号（SDO、INT）则使用SN74AVC1T45DCKR单通道电平转换器，在A侧加入47Ω串联电阻以提升信号边沿控制能力。

焊盘跳线方面，SN74AVC4T245DYYR的两组使能信号通过双端跳线控制，ICM的9、22、23、24复用引脚通过三端跳线控制，具体控制方式见后文“使用方式”一栏。

PCB方面，正面左上角丝印处印有磁力计的三轴方向，左下角丝印处印有加速度计与陀螺仪三轴方向。

性能指标

管脚定义

板上设置与使用方法

上电后，模块内部电源及信号稳定需要短暂延时，确保LDO输出稳定，电平转换器输出正常。

SN74AVC4T245DYYR拥有两组使能信号1OE与2OE，默认状态下使能信号拉高进入Hi-Z状态保持禁止（上电保护），当两侧电源稳定时将跳线SJ1与SJ2相连，此时1OE与2OE接地，电平转换器工作。

模块同时提供I2C与SPI接口（两种模式不能同时工作）——通过三端跳线SJ3、SJ4、SJ5、SJ6进行切换，若要使用I2C模式，四个跳线均桥接1、2脚，确保nCS引脚被拉高，模块I2C总线通过PCA9306与主控MCU连接，地址AD0输入拉高使得初始地址为0x69；若要使用SPI模式，四个跳线均桥接2、3脚，使得SPI总线通过SN74AVC与主控MCN连接。ACLK与ADAT为辅助接口，可用于连接额外I2C传感器，请确保接入的外部设备逻辑电平为1.8V。

INT引脚可配置极性，请配置为开漏模式、低有效，MCU端可使用下降沿触发中断。

eZ-PLM项目

已于eZ-PLM系统中上传了自己的工程文件，方便保存记录各个版本，也可随时查阅，系统里查阅不到的物料也支持手动添加。

心得体会

本次设计不仅锻炼了我的电路设计和PCB绘制能力，也让我对嵌入式设计产生了浓厚的兴趣，很期待后面的活动内容，我也会从模块化的设计开始，慢慢学习复杂板子的设计。