器件連接/參考

ADXL362：Nanopower、三軸、±2 g/±4 g/±8 g數(shù)字輸出MEMS加速度計(jì)

ADP195：采用反向電流阻擋的邏輯控制型高端電源開關(guān)

評(píng)估和設(shè)計(jì)支持

電路評(píng)估板

CN-0274電路評(píng)估板(EVAL-CN0274-SDPZ)

系統(tǒng)演示平臺(tái)(EVAL-SDP-CS1Z)

設(shè)計(jì)和集成文件

原理圖、布局文件、物料清單

電路功能與優(yōu)勢(shì)

圖1所示電路采用一個(gè)三軸ADXL362數(shù)字加速度計(jì)和ADP195高端電源開關(guān)來(lái)構(gòu)建一個(gè)超低功耗、對(duì)運(yùn)動(dòng)敏感的開關(guān)。

圖1. 超低功耗獨(dú)立運(yùn)動(dòng)開關(guān)(原理示意圖：未顯示去耦和所有連接)

ADXL362是一款超低功耗三軸加速度計(jì)，在喚醒模式下的功耗不足100 nA。與使用功率占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)低功耗的加速度計(jì)不同，ADXL362沒有通過(guò)欠采樣混疊輸入信號(hào);它采用全數(shù)據(jù)速率進(jìn)行持續(xù)采樣。還有一個(gè)片內(nèi)、12位溫度傳感器，精度可達(dá)±0.5°。

ADXL362的輸出分辨率為12位支持±2 g、±4 g及±8 g三種工作范圍，±2 g范圍內(nèi)的分辨率為1 mg/LSB。噪聲電平要求低于480 μg/√Hz的應(yīng)用可以選擇兩個(gè)低噪聲模式(低至120 μg/√Hz)之一，電源電流增加極小。

ADXL362的最小額定工作溫度范圍是−40°C至+85°C，并提供16引腳陶瓷基板柵格陣列(LGA)封裝。

ADP195是一款高端負(fù)載開關(guān)，采用1.1 V至3.6 V電源供電，可防止電流反向從輸出端流向輸入端。該器件內(nèi)置一個(gè)低導(dǎo)通電阻P溝道MOSFET，后者支持1.1 A以上的連續(xù)負(fù)載電流并可將功率損耗降至最低。

這種器件組合針對(duì)控制負(fù)載功率的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)開關(guān)提供了業(yè)界領(lǐng)先的低功耗解決方案。

電路描述

ADXL362基本工作原理

ADXL362是一款三軸、超低功耗加速度測(cè)量系統(tǒng)，能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)加速度(由運(yùn)動(dòng)或沖擊導(dǎo)致)和靜態(tài)加速度(即重力)。

傳感器的移動(dòng)元件為多晶硅表面微加工結(jié)構(gòu)(也稱為梁)，置于硅晶圓頂部。多晶硅彈簧懸掛于晶圓表面的結(jié)構(gòu)之上，提供加速度力量阻力。

結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)由差分電容進(jìn)行測(cè)量。每個(gè)電容均由獨(dú)立固定板和活動(dòng)質(zhì)量連接板組成。任何加速度均會(huì)使梁偏轉(zhuǎn)、差分電容失衡，從而使傳感器輸出的幅度與加速度成比例。相敏解調(diào)用于確定加速度的幅度和極性。

工作模式

ADXL362的三種基本工作模式為待機(jī)、測(cè)量和喚醒。

· 將ADXL362置于待機(jī)模式可以暫停測(cè)量，并將功耗降至10 nA。會(huì)保留所有待處理數(shù)據(jù)或中斷，但不會(huì)處理新的信息。ADXL362以待機(jī)模式上電，上電時(shí)所有傳感器功能均關(guān)閉。

· 測(cè)量模式是ADXL362的正常工作模式。在此模式下，器件會(huì)持續(xù)讀取加速度數(shù)據(jù)。采用2.0 V電源供電時(shí)，在輸出數(shù)據(jù)速率高達(dá)400 Hz的整個(gè)范圍內(nèi)，該加速度計(jì)的功耗都低于3 μA。在此模式下工作時(shí)，可以使用介紹的所有功能。作為超低功耗加速度計(jì)，ADXL362能夠以12.5 Hz(最小值)至400 Hz(最大值)的數(shù)據(jù)速率持續(xù)輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)功耗仍然低于3 μA。由于能夠以所有數(shù)據(jù)速率針對(duì)其傳感器的全部帶寬持續(xù)采樣，因此ADXL362不會(huì)出現(xiàn)欠采樣和混疊現(xiàn)象。

· 喚醒模式非常適合以極低功耗(電源電壓為2.0 V時(shí)功耗為270 nA)簡(jiǎn)單地檢測(cè)是否存在運(yùn)動(dòng)。喚醒模式在實(shí)施運(yùn)動(dòng)激活開關(guān)時(shí)尤其有用，可讓系統(tǒng)的其余部分保持關(guān)斷，直至檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)。在喚醒模式下，每秒只進(jìn)行6次加速度測(cè)量，以確定是否存在運(yùn)動(dòng)，這樣可將功耗降至非常低的水平。在喚醒模式下，除了活動(dòng)定時(shí)器，可以使用加速度計(jì)的其它所有功能。可訪問(wèn)所有寄存器，也可從器件中獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

CN0274評(píng)估軟件采用ADXL362的喚醒模式。也就是說(shuō)，檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)之前，ADXL362會(huì)保持休眠狀態(tài)，而一旦檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)就會(huì)進(jìn)入測(cè)量模式。

功率/噪聲權(quán)衡

ADXL362提供了幾個(gè)用于降低噪聲的選項(xiàng)，但使用時(shí)會(huì)造成功耗略微增加。

帶寬為100 Hz時(shí)，ADXL362在正常工作狀態(tài)下的噪聲性能通常為7 LSB rms，這對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用都合適，具體取決于帶寬和所需的分辨率。對(duì)于要求噪聲更低的情況，ADXL362提供了兩種低噪聲工作模式，以略微增加功耗為代價(jià)來(lái)降低噪聲。

表1. ADXL362噪聲與功耗的關(guān)系

表1顯示了正常工作模式以及兩種低噪聲模式下的功耗值和噪聲密度，其中電源電壓典型值為3.3 V。

CN0274評(píng)估軟件采用ADXL362的正常工作噪聲模式。

運(yùn)動(dòng)檢測(cè)

ADXL362的內(nèi)置邏輯可檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)(加速度超過(guò)特定閾值)和非運(yùn)動(dòng)(加速度未超過(guò)特定閾值)。

對(duì)運(yùn)動(dòng)或非運(yùn)動(dòng)事件的檢測(cè)由狀態(tài)寄存器指示，也可配置用于產(chǎn)生中斷。此外，器件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(即器件是在運(yùn)動(dòng)還是靜止)通過(guò)AWAKE bit指示。

加速度計(jì)處于測(cè)量模式或喚醒模式時(shí)，可以使用運(yùn)動(dòng)和非運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。

運(yùn)動(dòng)檢測(cè)

加速度在用戶指定的一段時(shí)間內(nèi)始終高于指定閾值時(shí)，即檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)事件。有兩種運(yùn)動(dòng)檢測(cè)事件：絕對(duì)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和參考運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。

· 使用絕對(duì)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)時(shí)，將加速度樣本與用戶設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，以確定是否存在運(yùn)動(dòng)。例如，如果閾值設(shè)為0.5 g，任意軸上的加速度為1 g并且持續(xù)時(shí)間超過(guò)了用戶定義的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，則置位運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在許多應(yīng)用中，根據(jù)與參考點(diǎn)或方位的偏差進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)優(yōu)于根據(jù)絕對(duì)閾值進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。由于這樣可消除重力導(dǎo)致的靜態(tài)1 g對(duì)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的影響，因此會(huì)特別有用。加速度計(jì)靜止時(shí)，雖然本身沒有在運(yùn)動(dòng)，但其輸出仍然可以達(dá)到1 g。使用絕對(duì)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)時(shí)，如果閾值設(shè)為小于1 g，立刻就能檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)。