任务介绍
题目要求：设计一款IMU模块
- 设计一款IMU模块，可实现至少三轴的数据检测，例如加速度计、陀螺仪、磁力计等
- 板卡尺寸：小于60mmx40mm
- 包含信号：信号输出口，+3.3V、GND
- 主要器件：需在DigiKey官网上有货且正常售卖
本次使用的芯片ICM-20948：ICM-20948 TDK InvenSense | 传感器，变送器 | DigiKey
其中可以实现
- 产品定位：ICM-20948是TDK（原InvenSense）推出的9轴运动跟踪传感器，号称“全球功耗最低的9轴设备”（仅 2.5 mW），专为低功耗场景设计
集成功能：
3轴加速度计：测量线性加速度（量程±2g至±16g）
3轴陀螺仪：检测角速度（量程±250dps至±2000dps）
3轴磁力计（旭化成AK09916）：感知地磁场（量程±4900µT）
数字运动处理器（DMP）：独立处理运动算法，卸载主控算力
原理图和PCB模块介绍
原理图
PCB图
3D效果图
模块主要性能指标和管脚定义
一、主要性能指标
指标类型 | 参数项 | 规格/范围 | 说明 |
|---|---|---|---|
陀螺仪 | 量程 | ±250/±500/±1000/±2000 dps | 可编程满量程范围，16位ADC输出 |
带宽 | 用户可配置低通滤波器 | 支持动态调节 | |
加速度计 | 量程 | ±2g/±4g/±8g/±16g | 可编程满量程范围，16位ADC输出 |
唤醒中断 | 支持 | 低功耗模式下运动唤醒 | |
磁力计 | 型号 | AK09916（旭化成） | 三轴霍尔效应传感器 |
量程 | ±4900 µT | 宽动态范围，16位分辨率 | |
DMP特性 | 功能 | 运动算法卸载、背景校准 | 降低主控功耗，简化软件架构 |
功耗 | 工作功耗 | 2.5 mW（1.8V供电时约1.4mA） | 全球最低功耗9轴设备 |
接口 | I²C速率 | 100 kHz（标准）/400 kHz（快速） | 支持辅助I²C连接外部传感器 |
SPI速率 | 7 MHz | 高速通信 | |
存储 | FIFO容量 | 512字节 | 缓存传感器数据（实际容量随DMP配置变化） |
环境适应性 | 工作电压 | VDD: 1.71–3.6V, VDDIO: 1.71–1.95V | 双电源设计 |
抗冲击能力 | 20000g | 晶圆级密封封装保障可靠性 | |
温度传感器 | 数字输出 | 辅助校准温度漂移 | |
封装 | 尺寸 | 3×3×1 mm (24-pin QFN) | 超小体积 |
二、管脚定义
管脚号 | 管脚名 | 类型 | 功能描述 |
|---|---|---|---|
电源组 | |||
1, 14 | VDD | 电源 | 核心供电（1.71–3.6V） |
9 | VDDIO | 电源 | I/O电平供电（1.71–1.95V，典型1.8V） |
5, 13, 24 | GND | 地 | 接地 |
通信接口组 | |||
20 | SDA/SDI | I/O | I²C数据线 / SPI数据输入（需上拉电阻） |
19 | SCL/SCLK | 输入 | I²C时钟线 / SPI时钟输入（需上拉电阻） |
18 | AD0/SDO | I/O | I²C地址选择（低=0x68, 高=0x69） / SPI数据输出 |
17 | nCS | 输入 | SPI片选信号（低电平有效） |
中断与辅助 | |||
12 | FSYNC/INT | I/O | 帧同步输入或中断输出（可配置为运动唤醒） |
21 | AUX_DA | I/O | 辅助I²C数据线（连接外部传感器） |
22 | AUX_CL | 输出 | 辅助I²C时钟线 |
专用功能 | |||
15 | RESV | - | 保留引脚（需悬空） |
2-4, 6-8 | RESV | - | 保留引脚（内部未连接） |
传感器接口 | |||
10, 11 | NC | - | 空引脚（不连接） |
物料添加展示图
物料图
项目图
总结
感谢电子森林
Bymyself
南小冰冰冰
wswsr