三轴加速度计ADXL330的特点及其应用

　　1 ADXL330 简介

　　ADXL330 是美国模拟器件公司(ADI)新近推出的一款带有信号调理电路, 可提供模拟电压输出的小量程、小尺寸、低功耗 3 轴加速度计。ADXL330 将iMEMS(微机电系统)传感器结构与信号调理结合在一起, 功耗电流降低至 200 μA( 在 2.0 V 电源电压下), 比同类器件的功耗典型值低 50%。考虑到手机和 其 他 便 携 式 消 费 类 电 子 产 品 的 设 计 要 求 ,ADXL330 采用 4 mm ×4 mm ×1.45 mm 小型封装,集成了一个坚固的 3 轴传感器结构及其信号调理电路, 该加速度计的测量动态范围是±3g。单块的硅表面具有微机电传感器和信号处理电路可实现开环加速度测量, 输出的模拟电压信号与加速度成正比, 它不仅可以测量静态加速度(如某个斜坡上的加速度), 还可以测量动态加速度(如物体在移动、震动时产生的加速度), 具有 10 000g 额定耐冲压强度,具有良好的 0g 偏压稳定性和良好的灵敏度。利用 3轴 iMEMS 加速度计可以实现多种功能, 从而改进了用户与便携式电子产品间的互动界面, 但昂贵的价格一直是制约 iMEMS 加速度计大规模应用的瓶颈。

　　ADI推出的 ADXL330 大批量报价低于 2.00 美元/片, 已经接近 1 美元的临界价位, 预计低于 1 美元的 3 轴 MEMS 加 速 度 计 将 在 未 来 两 年 内 面 世 。ADXL330 可应用于蜂窝手机、GPS 导航系统、车辆稳定控制、惯性测量单元、导航控制领域等。

　　2 ADXL330 结构功能

　　ADXL330 的引脚排列如图 1 所示。从图中可以看出, 1、4、9、11、13、16 是预留引脚; 2 引脚是自我检测; 5、6、7 引脚是公共地; 14、15 引脚是电源; 8、10、12 引 脚 是 加 速 度 模 拟 信 号 输 出 。 为 了 使ADXL330 正常工作, 还需要一些简单的外围元件,图 2 是 ADXL330 的内部功能模块图。

　　ADXL330 基本工作过程为: 首先利用微传感器感知三维的加速度, 将得到的三维交流信号放大,然后分别将信号解调, 在输出端分别将三路信号再次放大、滤波后输出和加速度成正比的模拟电压。下面详细介绍其结构功能和使用特点。

　　ADXL330 的微机械传感器集成在一片硅晶体表面, 传感器与硅晶片之间的空隙可以减缓加速度产生的力, 加速度使移动物体变形, 独立固定极板以及粘附在移动物体上形成的电容差是衡量结构变形程度的标准, 固定极板由 180°相位变化的方波驱动。由于物体变形, 导致差分电容失去平衡, 并通过微传感器输出与加速度成正比的电压幅度。解调结果放大后, 通过一个 32 kΩ电阻( 图 2 中的 RFILT)输出, 用户可以通过设置电容 Cx、Cy 和 Cz 的大小控制带通滤波器通带范围, 通带的选择要适合于具体的运用, 对于 X 轴和 Y 轴,带宽可以从 0.5 Hz～1600 Hz, 而对于 Z 轴, 带宽从 0.5 Hz 到 550 Hz, 滤波器的作用是提高分辨率和减少干扰。ADXL330 能够同时测得 X、Y 和 Z 方向上的加速度参量, 并且在这三个方向上的数据是正交的, 传感器的错位是 3 个轴间交叉干扰的主要来源, 可以通过校准来减小这种干扰。ADXL330 采用了新的设计技术, 保证了其高性能, 同时避免了使用额外的温度补偿电路, 这种设计可以最大限度地减少量化误差和测量结果的非线性, 温度的滞后性也很低(- 25℃～70℃时, 温度的影响小于 3mg)。