带数字输出的加速度计电路ADXL210E

1、带数字输出的加速度计电路ADXL210E             带数字输出的加速度计电路ADXL210E 邱振民，李月国，杨建法 （沂光电子股份有限公司，山东临沂276017） 1引言      ADXL210E是美国模拟器件公司生产的含有用多晶硅表面微机械加工技术制作的传感器的两坐标轴加速度计单片集成电路。该电路可以测量诸如振动这样的动态加速度和重力之类的静态加速度，测量范围为±10g。ADXL210E的占空因数输出在没有

2、A/D转换器或胶着逻辑（Gluelogic）的情况下，可通过微处理器直接测量。事实上，器件的占空因数（即脉冲宽度与周期之比值）正比于加速度。2封装、引脚功能及主要特点    ADXL210E采用尺寸为5mm×5mm×2mm的8引脚LCC型封装，引脚排列如图1所示。各个引脚的功能见表1。图1  ADXL210E的引脚排列                   &

3、#160;       表1   ADXL210E的引脚功能 引脚 符号 功能 引脚 符号 功能 1 ST 自测试,通过开路或接地 5 XOUT X通道占空因数输出 2 T2 外接电阻器RSET设定占空因数 6 YFILT Y通道滤波器引脚 3 COM 公共端 7 XFILT X通道滤波器引脚 4 YOUT Y通道占空因数输出 8 VDD 外加3V5.25V的电源电压     ADXL210E加速度计电路的主要特点如下：（1）利用3V5.25V的单电源工作，电源电流低于0.6mA；（2

4、）集成了两坐标轴采用多晶硅精细机械加工技术制作的传感器；（3）经占空因数输出端可直接与低成本的微控制器接口；（4）加速度计的带宽可由引脚XFILT和引脚YFILT上的电容器（CX、CY）设定；（5）满度测量范围为±10g，在60Hz下的分辨力是2mg；（6）占空因数周期T2由引脚2上的电阻器RSET设定（T2=RXET（）/125M）。（7）有专门设计的数字输出，通过占空因数滤波或者利用引脚XFILT与引脚YFILT输出，也可提供模拟输出。3工作原理    ADXL210E是一种带两坐标轴传感器的加速度计电路，内部结构框图及外部元件和与微控制器的连接如图

5、2所示。 图2   ADXL210E的工作原理图     为了进行开环加速度测量，ADXL210E内含2个用多晶硅微机械加工技术制作的传感器和信号调节电路。在每1个坐标轴上，输出电路将模拟信号转换成占空因数调制（DCM）数字信号，并通过带计数器/定时器端口的微处理器译码。加速度计可以测量像重力这样的静态加速度，允许其作为倾斜传感器使用。    器件的传感器是1种制造在硅晶片上面的、采用表面微机械加工技术制作的多晶硅结构。在晶片表面上，多晶硅弯曲（springs）悬置该结构，为加速度提供1个电阻器。结构的偏转用1个由

6、独立固定片和依附于运动质量的中心片所组成的差分电容器来测量，固定片由相位差为180°的方波驱动。1个加速度将使波束（beam）偏移并使差分电容器失衡，结果导致输出方波幅值与加速度成正比。利用相位敏感的解调技术，对信号进行整流，可确定加速度方向。解调器输出经过1个32k的内部电阻器驱动占空因数调制（DCM）级电路。器件带宽可由引脚XFILT和引脚YFILT上的外部电容器（CX、CY）确定。在低通滤波之后，通过DCM级将模拟信号转换为占空因数调制信号。引脚T2的外部电阻器RSET设定总的周期时间T2（通常为0.5ms10ms）。若周期内的开通时间T1，占空比D=T1/T2。1个0g的加速

7、度可产生50的占空比。利用计数器/计时器或低价的微控制器，通过测量T1和T2则可确定加速度信号。4应用说明    为了正确应用ADXL210E，应了解以下几方面的要求及器件性能。4.1电源及其退耦    ADXL210E的电源电压VDD=3V5.25V，在引脚VDD与引脚COM之间的退耦电容器CDC容值可选择0.1F。若在VDD输入线上串联1支100的电阻器和1只磁珠，退耦效果更佳。4.2带宽设定    电路内部每个通道上的32k的电阻器与引脚XFILT和引脚YFILT上的外部电容器CX与CY组成低通滤波

8、器。其3dB带宽fbw由公式(1)确定:    (1)    若C（X，Y）=0.47F，fbw10Hz;若C（X，Y）=0.05F,fbw=100Hz。不同CX和CY下的带宽如表2所列。      表2   C（X，Y）与fbw的关系 CX，CY/F fbw/Hz CX，CY/F fbw/Hz 0.47 10 0.027 200 0.10 50 0.01 500 0.05 100 0.001 5000 4.3DCM周期T2的设定    每个通道

9、的占空比调制（DCM）输出周期T2由引脚T2的外部电阻器RSET设定：    (2)    ADXL210E的占空因数周期T2=0.5ms10ms。不同RSET对应的周期T2如表3所列。在RSET=125k时，T2为1ms（约1kHz）。    表3  设定T2电阻器RSET值 T2/ms RSET/k T2/ms RSET/k 0.5 62.5 5 625 1 125 10 1250 2 250 4.4微型机接口       ADXL

10、210E可利用低成本的微控制器工作。工厂规定的专门代码设定、参考设计和应用注释是非常有用的。设计人员必须了解下面的一些系统性能要求：（1）分辨力：检测信号的最小变化量；（2）带宽：检测需要的最高频率；（3）捕获时间：在每个坐标轴上捕获信号的时间。    这些要求将帮助确定加速度计的带宽、微控制器时钟速度和周期时间T2。当选择微控制器时，带有计数器/计时器端口是有帮助的。微控制器对于软件校准（或定标）应该有具体规定。4.5校准    对于倾斜测量应用，ADXL210E的初始失调（或偏移）和标度因数需要校准。ADXL210E的结构设计已将校准发生在用于译码占空因数信号的微控制器软件中。校准因数可以存贮在EEPROM中，或者在接通时检测，贮存在动态存储器中。    重力是最稳定、最准确和最容易得到加速度参考的。在0g点上的读数可通过定向器件与地面平行确定，然后读出输出。在1g和1g上进行测量是最精确的校准方法。为了进行校准，加速度计的测量轴应指向地面。1g读数贮存之后，传感器转动180°测量1g。利用2个读数可以求出灵敏度。例如，在1g读数占空比是55，1g读数占空比是47，灵敏度则为（5547）/2g=4/g。4.6