ADXL362是一款3軸數(shù)字MEMS加速度計(jì)，在運(yùn)動檢測喚醒模式下功耗僅為300 nA，與最接近的競爭傳感器相比，相同模式下的功耗低60%。在全速測量模式下，數(shù)據(jù)速率為100 Hz時(shí)，ADXL362的功耗為2 μA，比相同頻率下工作的競爭MEMS加速度計(jì)低80%。極低的功耗使ADXL362可用于需要數(shù)月甚至數(shù)年電池壽命的應(yīng)用，此類應(yīng)用中更換電池可能不切實(shí)際或者對設(shè)備或操作人員有危險(xiǎn)。

　　ADXL362 MEMS加速度計(jì)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級省電

　　除了固有的低功耗工作特性，ADXL362 MEMS加速度計(jì)還有其他能夠提高系統(tǒng)級功效的重要特性。ADXL362可用作智能型、連續(xù)工作、運(yùn)動激活開關(guān)的一部分。當(dāng)配備喚醒狀態(tài)輸出引腳時(shí)，運(yùn)動傳感器可繞過處理器即時(shí)觸發(fā)啟動系統(tǒng)功能的開關(guān)，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗。

　　ADI公司MEMS/傳感器部產(chǎn)品線總監(jiān)Bill Murphy表示：“低功耗設(shè)計(jì)不僅要求器件級吸取的電流低，而且意味著以精確的時(shí)間開啟和關(guān)閉系統(tǒng)功能，從而實(shí)現(xiàn)總系統(tǒng)功耗的智能管理。ADXL362 在這一方面領(lǐng)先業(yè)界，適合從醫(yī)療保健到基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控的各種極度注重電池壽命的應(yīng)用?！?/p>

　　ADXL362還內(nèi)置增強(qiáng)型樣本活動檢測功能，可準(zhǔn)確區(qū)分不同種類的運(yùn)動。此特性可避免誤檢，防止傳感器不必要地開啟系統(tǒng)且縮短電池壽命。ADXL362 MEMS加速度計(jì)嵌入了一個(gè)內(nèi)部FIFO存儲器模塊，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可記錄數(shù)據(jù)并輸出長數(shù)據(jù)流，從而降低處理器負(fù)載并節(jié)省額外系統(tǒng)功率。

　　DARPA Blast Gauge?沖擊檢測系統(tǒng)采用ADI MEMS技術(shù)

　　ADXL362將集成到DARPA第二代Blast Gauge?中，該器件由美國羅切斯特理工大學(xué)開發(fā)，并由BlackBox Biometrics公司轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品，用于保護(hù)美國軍隊(duì)武裝人員。Blast Gauge既可用作醫(yī)療人員的篩選工具，執(zhí)行爆炸事故后的驗(yàn)傷分類，也可為研究機(jī)構(gòu)提供詳細(xì)數(shù)據(jù)，幫助分析顱腦損傷（TBI）的原因。第一代Blast Gauge使用ADI公司的ADXL345傳感器，已在數(shù)千名赴阿富汗美軍士兵身上配備了一年。

　　BlackBox Biometrics公司首席技術(shù)官David Borkholder表示：“借助ADI公司的高性能MEMS傳感器，Blast Gauge經(jīng)過驗(yàn)證能夠可靠地檢測我軍人員遭受的震蕩沖擊。由于這些密封器件使用非充電電池，ADXL362大幅延長了其電池壽命?！?/p>

　　ADXL362數(shù)字MEMS加速度計(jì)的更多信息

　　ADXL362數(shù)字MEMS加速度計(jì)的其他特性包括：兩種低噪聲模式，允許用戶以數(shù)微安（μA）的代價(jià)將噪聲大致減半；內(nèi)置微功耗溫度傳感器；以及能夠?qū)⒉蓸訒r(shí)間與外部觸發(fā)器同步。ADXL362本身提供12位分辨率的加速度數(shù)據(jù)，當(dāng)分辨率足夠低時(shí)，可提供8位格式數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更高效的單字節(jié)傳輸。該加速度計(jì)測量范圍為±2 g、±4 g及±8 g，±2 g范圍內(nèi)的分辨率為1 mg/LSB。

　　ADXL362數(shù)字MEMS加速度計(jì)主要特性

　　所有工作模式下均有超低電流

　　o 全速測量模式：2 μA（100 Hz時(shí)）

　　o 喚醒模式：300 nA

　　o 待機(jī)模式：10 nA

　　電路功能與優(yōu)勢

　　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實(shí)現(xiàn)低功耗的加速度計(jì)不同， ADXL362沒有通過欠采樣混疊輸入信號；它在全數(shù)據(jù)速率下進(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480μg/√Hz的應(yīng)用可以選擇兩個(gè)低噪聲模式（低至120μg/√Hz）之一，電源電流增加極小。

　　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。

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

　　ADXL362基本工作原理

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

　　傳感器的移動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)行測量。每個(gè)電容均由獨(dú)立固定板和活動質(zhì)量塊連接板組成。任何加速度均會使梁偏轉(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)、測量和喚醒。

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

　　測量模式是 ADXL362的正常工作模式。在此模式下，器件會持續(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12.5Hz（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)速率針對其傳感器的全部帶寬持續(xù)采樣，因此 ADXL362不會出現(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）簡單地檢測是否存在運(yùn)動。喚醒模式在實(shí)施運(yùn)動激活開關(guān)時(shí)尤其有用，可讓系統(tǒng)的其余部分保持關(guān)斷，直至檢測到運(yùn)動。在喚醒模式下，每秒只進(jìn)行6次加速度測量，以確定是否存在運(yùn)動，這樣可將功耗降至非常低的水平。在喚醒模式下，除了活動定時(shí)器，可以使用加速度計(jì)的其它所有功能?？稍L問所有寄存器，也可從器件中獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

　　CN0274 評估軟件采用 ADXL362的喚醒模式。也就是說，檢測到運(yùn)動之前， ADXL362會保持休眠狀態(tài)，而一旦檢測到運(yùn)動就會進(jìn)入測量模式。

　　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 評估軟件 采用 ADXL362的正常工作噪聲模式。

　　運(yùn)動檢測

　　ADXL362的內(nèi)置邏輯可檢測到運(yùn)動（加速度超過特定閾值）和靜止（加速度未超過特定閾值）。

　　對運(yùn)動或靜止事件的檢測由狀態(tài)寄存器指示，也可配置用于產(chǎn)生中斷。此外，器件的運(yùn)動狀態(tài)（即器件是在運(yùn)動還是靜止）通過AWAKE bit指示。

　　加速度計(jì)處于測量模式或喚醒模式時(shí)，可以使用運(yùn)動和靜止檢測。

　　運(yùn)動檢測

　　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)，即檢測到運(yùn)動事件。有兩種運(yùn)動檢測事件：絕對運(yùn)動檢測和參考運(yùn)動檢測。

　　使用絕對運(yùn)動檢測時(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。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)間超過了用戶定義的運(yùn)動時(shí)間，則置位運(yùn)動狀態(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)動檢測優(yōu)于根據(jù)絕對閾值進(jìn)行運(yùn)動檢測。由于這樣可消除重力導(dǎo)致的靜態(tài)1 g對運(yùn)動檢測的影響，因此會特別有用。加速度計(jì)靜止時(shí)，雖然本身沒有在運(yùn)動，但其輸出仍然可以達(dá)到1 g。使用絕對運(yùn)動檢測時(shí)，如果閾值設(shè)為小于1 g，立刻就能檢測到運(yùn)動。

　　在 參考運(yùn)動檢測模式下，當(dāng)加速度樣本在用戶定義的時(shí)間段內(nèi)比內(nèi)部定義的參考值至少高出用戶設(shè)置的數(shù)量時(shí)，則檢測到運(yùn)動。啟用運(yùn)動檢測后會計(jì)算參考值，并 且獲取的第一個(gè)樣本將用作參考點(diǎn)。只有加速度與此初始方位的偏差足夠大時(shí)，才會檢測到運(yùn)動。參考配置使運(yùn)動檢測非常敏感，甚至可以檢測到最細(xì)微的運(yùn)動事件。

　　CN0274 評估軟件在搜索運(yùn)動時(shí)采用參考工作模式。

　　靜止檢測

　　加速度在指定的時(shí)間段內(nèi)始終低于指定閾值時(shí)，即檢測到靜止事件。有兩種非運(yùn)動檢測事件：絕對靜止檢測和參考靜止檢測。

　　使用 絕對靜止檢測時(shí)，在用戶設(shè)置的時(shí)間內(nèi)將加速度樣本與用戶設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，以確定是否不存在運(yùn)動。

　　使用參考靜止檢時(shí)，則在用戶定義的時(shí)間內(nèi)將加速度樣本與用戶指定的參考進(jìn)行比較。器件首次進(jìn)入喚醒狀態(tài)時(shí)，第一個(gè)樣本將用作參考點(diǎn)，并且圍繞該點(diǎn)應(yīng)用閾 值。如果加速度保持在閾值范圍內(nèi)，器件將進(jìn)入休眠狀態(tài)。如果加速度值超出閾值范圍，該點(diǎn)將用作新的參考，然后針對該點(diǎn)重新應(yīng)用閾值。

　　CN0274 評估軟件在搜索靜止時(shí)采用參考工作模式。

　　鏈接運(yùn)動和靜止檢測

　　可以同時(shí)使用運(yùn)動和靜止檢測功能，然后通過主機(jī)處理器手動處理，或者也可以配置為通過多種方式進(jìn)行交互：

　　在默認(rèn)模式下，運(yùn)動和靜止檢測功能都處于使能狀態(tài)，并且所有中斷都必須由主機(jī)處理器處理；也就是說，處理器必須讀取每個(gè)中斷，然后才能清零并再次使用。

　　在鏈接模式下，運(yùn)動和靜止檢測功能彼此鏈接，以致在任意給定時(shí)間都只有一項(xiàng)功能處于使能狀態(tài)。一旦檢測到運(yùn)動，就會認(rèn)為器件處于運(yùn)動或喚醒狀態(tài)，然后不再 搜索運(yùn)動：下一個(gè)事件預(yù)期為靜止，因此只有靜止檢測起作用。如果檢測到靜止，則認(rèn)為器件處于靜止或休眠狀態(tài)。此時(shí)下一個(gè)事件預(yù)期為運(yùn)動，于是只有運(yùn)動檢測起作用。在此模式下，主機(jī)處理器必須處理每個(gè)中斷，然后使能下一操作。

　　在環(huán)路模式下，運(yùn)動檢測的工作方式與上文所述鏈接模式相同；但是，無需由主機(jī)處理器處理中斷。此配置簡化了常用運(yùn)動檢測的實(shí)施，并且通過減少總線通信功耗 而增強(qiáng)了省電效果。

　　如果在鏈接模式或環(huán)路模式下使能自動休眠模式，則在檢測到靜止事件后，器件會自主進(jìn)入喚醒模式，而一旦檢測到運(yùn)動事件，則重新進(jìn)入測量模式。

　　CN0274 評估軟件采用自動休眠和環(huán)路模式來演示 ADXL362的功能。

　　AWAKE Bit

　　AWAKE bit是一個(gè)狀態(tài)位，用于指示ADXL362是處于喚醒狀態(tài)還是休眠狀態(tài)。檢測到運(yùn)動條件表明器件處于喚醒狀態(tài)，檢測到靜止條件則表明器件處于休眠狀態(tài)。

　　喚醒信號可映射至INT1或INT2引腳，因此可用作狀態(tài)輸出，以便根據(jù)加速度計(jì)的喚醒狀態(tài)連接下游電路的電源或斷開其電源連接。與環(huán)路模式一起使用時(shí)，此配置可以實(shí) 現(xiàn)一種微小的自主運(yùn)動激活開關(guān)。

　　如果下游電路的導(dǎo)通時(shí)間在可接受范圍內(nèi)，則這種運(yùn)動開關(guān)配置能夠消除應(yīng)用中其余部分的待機(jī)功耗，從而顯著降低系統(tǒng)級功耗。這種待機(jī)功耗通常會超過 ADXL362的整個(gè)功耗范圍。。

　　中斷

　　ADXL362的一些內(nèi)置功能可觸發(fā)中斷，以便針對某些狀態(tài)條件向主機(jī)處理器發(fā)出提醒。

　　通過設(shè)置INTMAP1和INTMAP2寄存器中的適當(dāng)位，可將中斷映射至兩個(gè)指定輸出引腳（INT1和INT2）之一（或兩者）。所有功能都可以同時(shí)使用。如果多個(gè)中斷映射至一個(gè)引腳，則中斷的OR組合決定該引腳的狀態(tài)。

　　如果沒有功能映射至某個(gè)中斷引腳，則該引腳自動配置為高阻抗?fàn)顟B(tài)（高阻態(tài)）。引腳也會在復(fù)位后進(jìn)入此狀態(tài)。

　　檢測到特定狀態(tài)條件時(shí)，則會激活該條件映射至的引腳。默認(rèn)情況下，引腳配置為高電平有效，因此激活后引腳會變?yōu)楦唠娖?。不過，通過在適當(dāng)?shù)腎NTMAP寄存器中設(shè)置 INT_LOW引腳，可以將配置切換為低電平有效。

　　INT引腳可連接到主機(jī)處理器的中斷輸入端，并以中斷程序?qū)χ袛嘧鞒鲰憫?yīng)。由于多個(gè)功能可映射至同一個(gè)引腳，STATUS寄存器可用于確定導(dǎo)致中斷觸發(fā)的具體條件。

　　CN0274 評估軟件對 ADXL362的配置為：檢測到運(yùn)動后，INT1引腳為高電平；檢測到靜止后，INT1引腳為低電平。

　　測試結(jié)果

　　所有測試均使用 EVAL-CN0274-SDPZ 和 EVAL-SDP-CS1Z執(zhí)行。演示器件的功能時(shí)，運(yùn)動閾值設(shè)置為0.5 g，靜止閾值設(shè) 置為0.75 g，而靜止樣本數(shù)量設(shè)置為20。搜索運(yùn)動時(shí)，只需任意軸上的一個(gè)加速度樣本越過閾值。

　　開始時(shí)，將電路定位為電池組與桌子貼合，印刷電路板（PCB）可沿任意方向緩慢旋轉(zhuǎn)90°，從而在接近與初始方位垂直的位置這一過程中使得加速度越過閾值。

　　圖2顯示了 CN0274 評估軟件的屏幕截圖，其中 ADXL362 起初處于休眠狀態(tài)并搜索運(yùn)動。接著，樣本11越過閾值時(shí)， ADXL362 進(jìn)入喚醒狀態(tài)并開始搜索靜止。閾值進(jìn)行調(diào)整，以表明器件正在搜索靜止。

　　圖2. 評估軟件輸出的屏幕截圖

　　為了更好地展示，已利用圖上的單選按鈕禁用了X軸和Z軸曲線。

　　ADP195 的輸出（或中斷引腳本身）通過數(shù)字萬用表測量。 ADXL362處于喚醒狀態(tài)時(shí)，中斷變?yōu)楦唠娖讲?ADP195， 的EN引腳驅(qū)動至高電平，進(jìn)而將MOSFET的柵極驅(qū)動至低電平，從而導(dǎo)致開關(guān)閉合，這樣就會接通任意下游電路與電源的連接。相反， ADXL362處于休眠狀態(tài)時(shí)，中斷會將 ADP195 的EN引腳驅(qū)動至低電平，進(jìn)而將MOSFET的柵極驅(qū)動至高電平，從而導(dǎo)致開關(guān)斷開。

　　PCB布局考慮

　　在任何注重精度的電路中，必須仔細(xì)考慮電路板上的電源和接地回路布局。PCB應(yīng)盡可能隔離數(shù)字部分和模擬部分。本系統(tǒng)的PCB采用4層板堆疊而成，具有較大面積的接地層和電源層多邊形。有關(guān)布局和接地的詳細(xì)論述，請參見 MT-031 指南 ；有關(guān)去耦技術(shù)的信息，請參見 MT-101 指南。

　　ADXL362 的電源應(yīng)當(dāng)用1 μF 和0.1 μF電容去耦，以適當(dāng)抑制噪聲并減小紋波。這些電容應(yīng)盡可能靠近器件。對于所有高頻去耦，建議使用陶瓷電容。

　　電源走線應(yīng)盡可能寬，以提供低阻抗路徑，并減小電源線路上的毛刺效應(yīng)。通過數(shù)字地將時(shí)鐘及其它快速開關(guān)數(shù)字信號屏蔽起來，使之不影響電路板的其它器件。PCB的照 片如圖3所示。

　　圖3. EVAL-CN0274-SDPZ PCB照片

　　常見變化

　　ADXL362內(nèi)置自由落體檢測功能。通過寫入定制軟件，可使用非運(yùn)動中斷來實(shí)施此功能。

　　當(dāng)物體處于真正的自由落體狀態(tài)時(shí)，所有軸上的加速度都是0 g。因此，自由落體檢測的實(shí)現(xiàn)方式是查找特定時(shí)間段內(nèi)所有軸上的加速度都降至特定閾值以下（接近0 g）。

　　通過設(shè)置非運(yùn)動閾值（300 mg至600 mg）和非運(yùn)動時(shí)間（150 ms至350 ms），可將 ADXL362 用作自由落體檢測器。這些值的寄存器設(shè)置視器件的g范圍設(shè)置而定。

　　電路評估與測試

　　本電路使用 EVAL-SDP-CS1Z 系統(tǒng)演示平臺（SDP）評估板和 EVAL-CN0274-SDPZ電路板。這兩片板具有120引腳的對接 連接器，可以快速完成設(shè)置并評估電路性能。

　　EVAL-CN0274-SDPZ 包含要評估的電路，如本筆記所述。 EVAL-SDP-CS1Z與CN0274評估軟件一起使用， 可從EVAL-CN0274-SDPZ獲取數(shù)據(jù)。

　　由于 ADXL362在休眠和喚醒狀態(tài)下功耗都相對較小，因此可以利用 EVAL-SDP-CS1Z中接出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)線為 EVAL-CN0274-SDPZ供電。

　　設(shè)備要求

　　需要以下設(shè)備：

　　帶USB端口的Windows? XP、Windows Vista?（32位）或Windows? 7（32位）PC

　　EVAL-CN0274-SDPZ 評估板

　　EVAL-SDP-CS1Z 評估板

　　CN0274 評估軟件

　　電源：3.0 V或2節(jié)AAA電池。

　　開始使用

　　將 CN0274評估軟件光盤放入PC，加載評估軟件。打開 我的電腦， 找到包含評估軟件光盤的驅(qū)動器，打開Readme文件。按照Readme文件中的說明安裝和使用評估軟件。

　　測試設(shè)置框圖參見圖4，電路原理圖參見EVALCN0274- SDPZ-SCH-RevA.pdf 。

　　圖4. 測試設(shè)置框圖

　　設(shè)置

　　將CN0274評估軟件 上的120引腳連接器連接到 EVAL-SDP-CS1Z上的連接器。使用尼龍五金配件，通過120引腳連接器兩端的孔牢牢固定這兩片板。

　　在斷電情況下，將3.0 V電源連接到J3連接器?；蛘?，也可使用PCB底部的連接器J2，以便通過兩節(jié)AAA電池為整個(gè)電路供電。將 EVAL-SDP-CS1Z 附帶的USB電纜連接到PC上的USB端口。注意：此時(shí)請勿將該USB電纜連接到SDP板上的mini-USB連接器。

　　測試

　　為J3螺紋接線端子通電，或在PCB底部的J2連接器中放置電池（將跳線J6移至左側(cè)以方便電池供電）。啟動 CN0274 評 估軟件，并通過USB電纜將PC連接到 EVAL-SDP-CS1Z上的mini-USB連接器。

　　一旦USB通信建立，就可以使用 EVAL-SDP-CS1Z 來發(fā)送、接收和捕捉來自 EVAL-CN0274-SDPZ的串行數(shù)據(jù)。