摘　要：ADXL190是美國(guó)ADI公司推出的低功耗、低成本、功能完善的加速度測(cè)量系統(tǒng)。它可測(cè)量正負(fù)加速度，其最大測(cè)量范圍為±100g，因而適合振動(dòng)和沖擊的測(cè)量。本文詳細(xì)介紹ADXL190的工作原理、定標(biāo)、ESD保護(hù)裝置、0g點(diǎn)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(hào)輸出；加速度計(jì)；應(yīng)用 1概述 　　ADXL190型加速度計(jì)是集成在單芯片上的完整的加速度測(cè)量系統(tǒng)。它由多晶硅表面微機(jī)械敏感元件和信號(hào)調(diào)理電路組成，可以測(cè)量正負(fù)加速度。 　　ADXL190具有如下特點(diǎn)：是集單軸加速度傳感器于一體的單片集成電路加速度計(jì)；分辨率可達(dá)4010－3g；低功耗（<2mA）；帶寬為400Hz；＋5V單電源供電；可承受2000g的振動(dòng)和沖擊。 　　ADXL190的主要應(yīng)用領(lǐng)域是振動(dòng)和沖擊測(cè)量；機(jī)械裝置安全性檢測(cè)；車(chē)輛記錄器；在軍事上用來(lái)防護(hù)、提供安全檢測(cè)。 2工作原理 　　ADXL190將一個(gè)以多晶硅為表面的微機(jī)械傳感器和信號(hào)環(huán)路電路集成在一個(gè)芯片上，是一個(gè)開(kāi)環(huán)加速度測(cè)量機(jī)構(gòu)。它可測(cè)量正負(fù)加速度，其最大測(cè)量范圍為±100g，因而適合振動(dòng)和沖擊的測(cè)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(cè)加速度信號(hào)可低于40×10－3g。它既可測(cè)量動(dòng)態(tài)加速度（如典型振動(dòng)和沖擊），又可測(cè)量靜態(tài)加速度（如重力加速度和慣性）。在ADXL190內(nèi)有一個(gè)二極Bessel開(kāi)關(guān)電容濾波器，Bessel濾波器有時(shí)也稱(chēng)為線性相位濾波器，其一階響應(yīng)有最小的過(guò)調(diào)量和最平坦的群延時(shí)，在出廠時(shí)，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(jī)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(hào)而被觸發(fā)時(shí)，靜電力加在橫梁上，相當(dāng)于約滿(mǎn)量程加速度輸入的20％，從而在輸出引腳上產(chǎn)生一個(gè)成比例的電壓變化量，只需要一個(gè)退耦電容器就可以實(shí)現(xiàn)自檢功能。 　　用來(lái)驅(qū)動(dòng)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(duì)于供電電壓來(lái)說(shuō)，靈敏度（S）和加速度0點(diǎn)值都是按比率計(jì)算的，在供電電壓發(fā)生變化時(shí)，跟隨在加速度計(jì)（如模數(shù)轉(zhuǎn)換器等）后的輸出也會(huì)跟著加速度計(jì)的變化而變化。輸出電壓Vout是加速度計(jì)輸入量（a）和電源電壓（Vs）綜合作用的結(jié)果，其計(jì)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(fù)極相連。在Vs端與COM端之間應(yīng)該接一個(gè)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(hào)輸出端，即傳感器的輸出端口。 　　SELF-TEST（引腳9）是自檢測(cè)試端，當(dāng)它接Vs時(shí)，靜電力加在橫梁上，相當(dāng)于約滿(mǎn)量程加速度輸入的20％，從而在輸出引腳上產(chǎn)生一個(gè)成比例的電壓變化量。 　　TESTPOINT（引腳5）是檢測(cè)端，不與任何器件相連。 　　ZEROgADJUST（引腳8）是加速度0g的校準(zhǔn)端點(diǎn)。 　　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(duì)地球重力場(chǎng)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(jì)使用戶(hù)可方便、及時(shí)地進(jìn)行定標(biāo)。校準(zhǔn)系數(shù)可存儲(chǔ)在EEPR0M或動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器中。 3.30g點(diǎn)偏移量的調(diào)節(jié)方法 　　在有些應(yīng)用中，用戶(hù)可能有不對(duì)稱(chēng)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(dòng)態(tài)范圍。0g標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)節(jié)是通過(guò)在器件的0g調(diào)節(jié)引腳加上一個(gè)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖4所示。 　　由圖4可知，ADXL190內(nèi)部的5kΩ和25kΩ兩個(gè)電阻器構(gòu)成一個(gè)比例因子為6的分壓器，使得ADXL190的0g點(diǎn)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(shí)，對(duì)于0g點(diǎn)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(duì)于所有器件都是一致的。但是，其絕對(duì)值存在±30％的公差。0g點(diǎn)調(diào)節(jié)電壓可以通過(guò)多種方式來(lái)設(shè)置，在圖4中使用的是一個(gè)電位計(jì)，另外，還可以用一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)或簡(jiǎn)單的三態(tài)輸出來(lái)設(shè)置。最簡(jiǎn)單的方法是在0g點(diǎn)調(diào)節(jié)引腳和Vs（或地）之間接一個(gè)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(diǎn)調(diào)節(jié)方法是將兩個(gè)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(gè)I/O為Vs、地或者三態(tài)，所以，會(huì)出現(xiàn)7種可能情況（注意：設(shè)置一個(gè)I/O為Vs，另外一個(gè)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(diǎn)調(diào)節(jié)方法是對(duì)0g點(diǎn)調(diào)節(jié)引腳加一個(gè)電壓，由于內(nèi)部5kΩ和25kΩ兩個(gè)電阻器的分壓作用，0g點(diǎn)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(jì)算： 　　 　　另外，0g點(diǎn)調(diào)節(jié)電壓還可以通過(guò)從微處理器輸出一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)來(lái)設(shè)置。但是，要注意該電壓源的輸出阻抗小于5kΩ且信號(hào)噪聲小，而0g點(diǎn)調(diào)節(jié)引腳處的任何噪聲都可以導(dǎo)致輸出錯(cuò)誤。 　　如果需要一個(gè)不對(duì)稱(chēng)的加速度范圍（例如＋75g～－125g），就要在0g點(diǎn)調(diào)節(jié)端和地或者VS之間接一個(gè)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(diǎn)調(diào)節(jié)端和地之間接一個(gè)阻值為53.3kΩ的電阻器。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于不對(duì)稱(chēng)的加速度范圍，就要把加速度范圍的中點(diǎn)值移動(dòng)±80g。 3．4防靜電損傷 　　高達(dá)4000V的靜電電荷很容易聚積在人體和測(cè)試裝備上，可能在無(wú)察覺(jué)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(hù)措施。ADXL190配置了靜電放電保護(hù)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(duì)地短路時(shí)間不限；工作溫度－55℃～＋125℃；貯存溫度范圍為－65℃～＋150℃。 　　在此需要強(qiáng)調(diào)，上述最大額定值可能會(huì)造成該加速度計(jì)永久性破壞，如果高于這些絕對(duì)最大額定值并且達(dá)到一定時(shí)間就會(huì)影響器件的可靠性。如果器件掉到硬的地面上，將會(huì)產(chǎn)生高于2000g的振動(dòng)，超過(guò)了它的最大額定值，所以，使用時(shí)一定要小心。