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ADXL327是低功耗的三轴加速度计

2020-9-23 15:13:46  71 ADXL327
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特征
*三轴感应
*小巧低调的包装
*4毫米×4毫米×1.45毫米LFCSP
*低功耗:典型350μA
*电源操作:1.8 V至3.6 V
*10000克电击存活
*优异的温度稳定性
*每轴带一个电容器的带宽调整
*符合RoHS/WEEE无铅标准
应用
*成本敏感、低功耗、运动和倾斜传感应用
*移动设备
*游戏系统
*磁盘驱动器保护
*图像稳定
*运动和健康设备
一般说明
ADXL327是一个小型、低功耗、完整的三轴加速度计,具有信号调节电压输出。该产品测量加速度的最小满标度范围为±2g。它可以测量倾斜传感应用中的静态重力加速度,以及运动、冲击或振动产生的动态加速度。
用户使用XOUT、YOUT和ZOUT引脚上的CX、CY和CZ电容选择加速计的带宽。可以选择带宽以适合X和Y轴为0.5 Hz至1600 Hz范围和Z轴为0.5 Hz至550 Hz范围的应用。
ADXL327有4 mm×4 mm×1.45 mm、16引线、塑料引线框架芯片刻度封装(LFCSP_LQ)可供选择。
功能框图

引脚配置和功能说明

典型性能特征
N>1000,除非另有说明。

操作理论
ADXL327是一个完整的三轴加速度测量系统。ADXL327的最小测量范围为±2 g。它包含多晶硅表面微机械传感器和信号调理电路,以实现开环加速度测量架构。输出信号是与加速度成比例的模拟电压。加速度计可以测量倾斜传感应用中重力的静态加速度,以及运动、冲击或振动产生的动态加速度。
该传感器是一种多晶硅表面微机械结构,建立在硅片上。多晶硅弹簧将结构悬挂在晶圆表面上,并提供对加速力的阻力。结构的挠度是用一个差动电容器来测量的,该电容器由独立的固定板和附着在移动质量上的板组成。固定板由180°异相方波驱动。加速度使移动质量偏移,使差动电容失去平衡,从而产生振幅与加速度成比例的传感器输出。然后使用相位敏感解调技术来确定加速度的大小和方向。
解调器的输出通过一个32 kΩ的电阻被放大并带离芯片。然后,用户通过添加电容器来设置设备的信号带宽。此过滤可提高测量分辨率并有助于防止混叠。
机械传感器
ADXL327使用单一结构来感应X、Y和Z轴。因此,三轴传感方向高度正交,交叉轴灵敏度很低。传感器模具与封装的机械偏差是交叉轴灵敏度的主要来源。当然,可以在系统级别校准机械偏差。
性能
创新的设计技术并没有使用额外的温度补偿电路,而是确保ADXL327内置了高性能。结果,既没有量子化误差也没有非单调行为,并且温度滞后非常低(通常在-25°C到+70°C的温度范围内<3 mg)。
应用程序信息
电源去
在大多数应用中,一个0.1μF的电容器Cdc,放置在ADXL327电源引脚附近,足以将加速度计与电源上的噪声分离。然而,在50 kHz内部时钟频率(或其任何谐波)存在噪声的应用中,需要额外注意电源旁路,因为这种噪声可能导致加速度测量误差。如果需要额外的去耦,可以在电源线上插入一个100Ω(或更小)的电阻或铁氧体磁珠。此外,还可以与Cdc并联添加更大的大容量旁路电容器(1μF或更大)。确保从ADXL327接地到电源接地的连接是低阻抗的,因为通过接地传输的噪声与通过Vs传输的噪声具有类似的效果。
使用C、C和C设置带宽十是的Z轴
ADXL327具有限制Xout、Yout和Zout引脚频带的规定。必须在这些管脚处添加电容器,以实现低通滤波以消除混叠和噪声。3db带宽方程是:

或者更简单

内部电阻器(R)的公差通常变化为其标称值(32 kΩ)的±15%,带宽也相应变化。在所有情况下,建议Cx、Cy和Cz的最小电容为0.0047μF。

自测
ST引脚控制自检功能。当该引脚设置为Vs时,静电力施加在加速计梁上。由此产生的光束移动允许用户测试加速计是否正常工作。输出的典型变化是X轴上的-1.08 g(对应于-450 mV),Y轴上的+1.08 g(+450 mV),Z轴上的+1.83 g(+770 mV)。正常使用时,此ST引脚可以保持开路或连接到公共(COM)。
切勿将ST引脚暴露在大于Vs+0.3 V的电压下。如果由于系统设计(例如,存在多个电源电压)而无法保证这一点,则建议在ST和Vs之间使用低Vf箝位二极管
选择滤波器特性的设计权衡:噪声/BW权衡
选定的加速度计带宽最终决定测量分辨率(最小可检测加速度)。滤波可以降低噪声地板,提高加速度计的分辨率。分辨率取决于Xout、Yout和Zout处的模拟滤波器带宽。
ADXL327的输出具有大于500赫兹的典型带宽。用户必须在此时过滤信号以限制混叠错误。模拟带宽不得超过模拟到数字采样频率的一半,以最小化混叠。可以进一步降低模拟带宽以降低噪声并提高分辨率。
ADXL327噪声具有白高斯噪声的特性,在所有频率下,白高斯噪声的贡献相等,并以μg/√Hz(噪声与加速度计带宽的平方根成正比)来描述。用户应将带宽限制在应用程序所需的最低频率,以最大限度地提高加速度计的分辨率和动态范围
利用单极滚降特性,ADXL327的典型噪声由:

通常需要噪声的峰值。峰间噪声只能用统计方法估计。表5有助于估计在给定均方根值的情况下超过各种峰值的概率。

使用3V以外的工作电压
ADXL327在V=3V下进行测试和规定;但是,它可以用低至1.8V或高达3.6V的电压供电。注意,一些性能参数随着电源电压的变化而变化。
ADXL327输出是比率测量的;因此,输出灵敏度(或比例因数)随电源电压成比例变化。在V=3.6 V时,输出灵敏度通常为500 mV/g。在V=2 V时,输出灵敏度通常为289 mV/g。
零g偏置输出也是比率输出;因此,零g输出在所有电源电压下名义上等于V/2。
输出噪声不是比率测量的,而是以伏特为单位的绝对值;因此,噪声密度随着电源电压的增加而降低。这是因为当噪声电压保持恒定时,标度因数(mV/g)增加。在V=3.6v时,X轴和Y axis噪声密度通常为200μg/√Hz,而在V=2v时,X轴和Y轴噪声密度通常为300μg/√Hz。
自测试响应(g)与电源电压的平方大致成正比。然而,当灵敏度的比计量与电源电压相结合时,以伏特为单位的自测试响应与电源电压的立方大致成正比。
例如,在VS=3.6 V时,ADXL327的自检响应对于X轴约为-780 mV,对于Y轴约为+780 mV,对于Z轴约为+1330 mV。在VS=2 V时,X轴的自检响应约为-130 mV,Y轴的自检响应约为+130 mV,Z轴的自检响应约为-220 mV。
随着电源电压的降低,电源电流减小。VS=3.6V时的典型电流消耗为375μA,VS=2V时的典型电流消耗为300μA。

布局和设计建议
推荐的焊接外形如图25所示,然后是表6中外形特征的描述。推荐的PCB布局或焊环图如图26所示。

外形尺寸

[1]定义为任何两个轴之间的耦合。
[2]灵敏度基本上是V的比值。
[3]定义为从环境温度到最高温度或从环境温度到最低温度的输出变化。
[4]由用户提供的外部滤波电容器(C、C、C)控制的实际频率响应。
[5]带外部电容器的带宽=1/(2×π×32 kΩ×C)。对于C,C=0.003μF,带宽=1.6 kHz。对于C=0.01μF,带宽=500 Hz。对于C,C,C=10μF,带宽=0.5 Hz。
[6]自测响应随V呈立体变化。
[7]开启时间取决于C,C,C,约为160×C或C或C+1 ms,其中C,C,C为μF。
[8]Z=符合RoHS的零件。



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