摘　要：ADXL190是美國ADI公司推出的低功耗、低成本、功能完善的加速度測量系統(tǒng)。它可測量正負加速度，其最大測量范圍為±100g，因而適合振動和沖擊的測量。本文詳細介紹ADXL190的工作原理、定標(biāo)、ESD保護裝置、0g點偏移量的調(diào)節(jié)方法及其應(yīng)用。 　　關(guān)鍵詞：傳感器；模擬信號輸出；加速度計；應(yīng)用 1概述 　　ADXL190型加速度計是集成在單芯片上的完整的加速度測量系統(tǒng)。它由多晶硅表面微機械敏感元件和信號調(diào)理電路組成，可以測量正負加速度。 　　ADXL190具有如下特點：是集單軸加速度傳感器于一體的單片集成電路加速度計；分辨率可達4010－3g；低功耗（<2mA）；帶寬為400Hz；＋5V單電源供電；可承受2000g的振動和沖擊。 　　ADXL190的主要應(yīng)用領(lǐng)域是振動和沖擊測量；機械裝置安全性檢測；車輛記錄器；在軍事上用來防護、提供安全檢測。 2工作原理 　　ADXL190將一個以多晶硅為表面的微機械傳感器和信號環(huán)路電路集成在一個芯片上，是一個開環(huán)加速度測量機構(gòu)。它可測量正負加速度，其最大測量范圍為±100g，因而適合振動和沖擊的測量。圖1是ADXL190的功能框圖。 　　ADXL190的典型噪聲值為4×10－3g/（Hz）1/2，檢測加速度信號可低于40×10－3g。它既可測量動態(tài)加速度（如典型振動和沖擊），又可測量靜態(tài)加速度（如重力加速度和慣性）。在ADXL190內(nèi)有一個二極Bessel開關(guān)電容濾波器，Bessel濾波器有時也稱為線性相位濾波器，其一階響應(yīng)有最小的過調(diào)量和最平坦的群延時，在出廠時，將該濾波器－3dB處的頻率預(yù)設(shè)為400Hz。濾波器結(jié)構(gòu)完整，不需要外圍元件。 　　該產(chǎn)品內(nèi)置自檢部件，具有機械結(jié)構(gòu)和電子電路雙重特性，當(dāng)它的自檢引腳加上高電平數(shù)字信號而被觸發(fā)時，靜電力加在橫梁上，相當(dāng)于約滿量程加速度輸入的20％，從而在輸出引腳上產(chǎn)生一個成比例的電壓變化量，只需要一個退耦電容器就可以實現(xiàn)自檢功能。 　　用來驅(qū)動傳感器和將電容值變化轉(zhuǎn)化為電壓值變化的電路都集成在同一芯片上，除了標(biāo)準(zhǔn)的供電電源退耦裝置外，不需要任何外部元件。對于供電電壓來說，靈敏度（S）和加速度0點值都是按比率計算的，在供電電壓發(fā)生變化時，跟隨在加速度計（如模數(shù)轉(zhuǎn)換器等）后的輸出也會跟著加速度計的變化而變化。輸出電壓Vout是加速度計輸入量（a）和電源電壓（Vs）綜合作用的結(jié)果，其計算公式為 ADXL190采用密封的14引腳表面安裝式封裝，工作溫度范圍為－40℃～105℃。圖2是ADXL190的引腳排列圖。 3應(yīng)用技術(shù) 3．1引腳功能及連接方法 　　Vs（引腳13，14）是電壓輸入端，它們直接與電源正極相連，供電范圍為－0.3V～＋7.0V。 　　COMMON（引腳7）是接地端，直接與電源負極相連。在Vs端與COM端之間應(yīng)該接一個退耦電容器，容值為0.1μF，形成電源退耦電路。 　　Vout（引腳10）是電壓信號輸出端，即傳感器的輸出端口。 　　SELF-TEST（引腳9）是自檢測試端，當(dāng)它接Vs時，靜電力加在橫梁上，相當(dāng)于約滿量程加速度輸入的20％，從而在輸出引腳上產(chǎn)生一個成比例的電壓變化量。 　　TESTPOINT（引腳5）是檢測端，不與任何器件相連。 　　ZEROgADJUST（引腳8）是加速度0g的校準(zhǔn)端點。 　　NC（引腳1，2，3，4，6，11，12）是空引腳，不接。 3．2ADXL190的定標(biāo) 　　圖3示出ADXL190對地球重力場的反應(yīng)，其中，引腳10輸出的電壓是額定值。使用前，ADXL190應(yīng)定標(biāo)。ADXL190的特殊設(shè)計使用戶可方便、及時地進行定標(biāo)。校準(zhǔn)系數(shù)可存儲在EEPR0M或動態(tài)存儲器中。 3.30g點偏移量的調(diào)節(jié)方法 　　在有些應(yīng)用中，用戶可能有不對稱輸入或者需要調(diào)節(jié)0g標(biāo)準(zhǔn)輸出量以獲得最大的動態(tài)范圍。0g標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)節(jié)是通過在器件的0g調(diào)節(jié)引腳加上一個電壓來實現(xiàn)的，如圖4所示。 　　由圖4可知，ADXL190內(nèi)部的5kΩ和25kΩ兩個電阻器構(gòu)成一個比例因子為6的分壓器，使得ADXL190的0g點調(diào)節(jié)引腳與Vs/2之間的電壓差減小。在輸出端獲得3倍的增益時，對于0g點調(diào)節(jié)端獲得0.5倍的增益。需要注意的是，電阻分壓的比例對于所有器件都是一致的。但是，其絕對值存在±30％的公差。0g點調(diào)節(jié)電壓可以通過多種方式來設(shè)置，在圖4中使用的是一個電位計，另外，還可以用一個脈寬調(diào)制信號或簡單的三態(tài)輸出來設(shè)置。最簡單的方法是在0g點調(diào)節(jié)引腳和Vs（或地）之間接一個電阻器，這樣，輸出偏移量為 　　 式中，R的單位為kΩ，并與Vs連接?；蛘邽? 　　 式中，R的單位為kΩ，并與地相接。 　　第二種0g點調(diào)節(jié)方法是將兩個電阻器與微處理器的輸入輸出引腳相連，如圖5所示。在該圖中，由于可以設(shè)定兩個I/O為Vs、地或者三態(tài)，所以，會出現(xiàn)7種可能情況（注意：設(shè)置一個I/O為Vs，另外一個I/O為地的方法是不行的），如表1所示。使用該系統(tǒng)，ADXL190就可以保持平衡，并在0g端輸出2.5V±35mV。 　　第三種0g點調(diào)節(jié)方法是對0g點調(diào)節(jié)引腳加一個電壓，由于內(nèi)部5kΩ和25kΩ兩個電阻器的分壓作用，0g點調(diào)節(jié)引腳8與Vs/2之間的電壓差減小6倍，再乘以輸出增益3，就得到總的增益為0.5，其偏壓就可以由下列等式計算： 　　 　　另外，0g點調(diào)節(jié)電壓還可以通過從微處理器輸出一個脈寬調(diào)制信號來設(shè)置。但是，要注意該電壓源的輸出阻抗小于5kΩ且信號噪聲小，而0g點調(diào)節(jié)引腳處的任何噪聲都可以導(dǎo)致輸出錯誤。 　　如果需要一個不對稱的加速度范圍（例如＋75g～－125g），就要在0g點調(diào)節(jié)端和地或者VS之間接一個電阻器，如前所述。例如，要得到＋75g～－125g的加速度范圍，偏移量為－25g，則需要的偏移電壓應(yīng)該是 　　將Voffset=450mV代入式（6），可得R=53.3kΩ，即應(yīng)該在0g點調(diào)節(jié)端和地之間接一個阻值為53.3kΩ的電阻器。一般來說，對于不對稱的加速度范圍，就要把加速度范圍的中點值移動±80g。 3．4防靜電損傷 　　高達4000V的靜電電荷很容易聚積在人體和測試裝備上，可能在無察覺的情況下放電。因此，為了防止高能量靜電放電使器件功能損壞或者性能下降造成永久的破壞，必須采取正確的靜電放電防護措施。ADXL190配置了靜電放電保護電路。 　　ADXL190的最大額定參數(shù)值為不加電源電壓能承受2000g、0．5ms的沖擊；加電源電壓能承受1000g、0．5ms的沖擊；工作電壓范圍是－0.3V～＋7.0V；任何引腳對地短路時間不限；工作溫度－55℃～＋125℃；貯存溫度范圍為－65℃～＋150℃。 　　在此需要強調(diào)，上述最大額定值可能會造成該加速度計永久性破壞，如果高于這些絕對最大額定值并且達到一定時間就會影響器件的可靠性。如果器件掉到硬的地面上，將會產(chǎn)生高于2000g的振動，超過了它的最大額定值，所以，使用時一定要小心。