關(guān)鍵字：傾斜傳感器 ADIS16209 功耗
分析示例
本示例通過評(píng)估一個(gè)完全集成的 MEMS 傾斜傳感器來確定影響精度和測(cè)量時(shí)間的參數(shù)，從而明確功率與性能的重要關(guān)系。以下四個(gè)步驟對(duì)此過程提供了簡(jiǎn)單的指引：
了解傳感器的工作原理。
通過產(chǎn)品文檔獲取相關(guān)信息。
評(píng)估未明確規(guī)定的重要參數(shù)。
推算出功率與性能的關(guān)系。
1. 了解工作原理
示例的傾斜傳感器系統(tǒng)與圖1中的通用系統(tǒng)非常相似。MEMS加速度計(jì)包括傳感器元件和接口電路。加速度計(jì)信號(hào)通過一個(gè)單極點(diǎn)低通濾波器，該濾波器將信號(hào)帶寬限制在50Hz。模數(shù)轉(zhuǎn)換器以200 SPS的采樣率運(yùn)行，并將其輸出送入數(shù)字處理級(jí)。數(shù)字處理功能包括一個(gè)均值濾波器、溫度驅(qū)動(dòng)器校正公式、將靜態(tài)加速度計(jì)讀數(shù)轉(zhuǎn)變成傾斜角的數(shù)學(xué)函數(shù)、用戶接口寄存器和一個(gè)串行接口。
假設(shè)偏置誤差為零，當(dāng)加速度計(jì)的測(cè)量軸與重力方向垂直時(shí)，其輸出將為零。其測(cè)量軸與重力方向平行時(shí)，將產(chǎn)生+1 g或–1 g的輸出，極性取決于方向。靜態(tài)加速度計(jì)測(cè)量與傾斜角之間的關(guān)系是一個(gè)簡(jiǎn)單的正弦或正切函數(shù)，如圖3所示。這里的分析重點(diǎn)考慮水平模式（正弦）。
2. 通過產(chǎn)品文獻(xiàn)獲取相關(guān)信息
表 1 列出了影響高級(jí)傳感器系統(tǒng)周期供電的參數(shù)。這些參數(shù)一部分可從產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)獲得，而其他參數(shù)需要針對(duì)終端系統(tǒng)性能目標(biāo)進(jìn)行分析。PON和T1是數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的參數(shù)。其余參數(shù)可用于估計(jì)T2和T3。關(guān)閉模式功率得自線性調(diào)節(jié)器的關(guān)斷電流。
表 1. 傳感器系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
參數(shù)值
電源電壓+3.3 V
功率，正常工作46.2 mW (PON)
功率，關(guān)閉模式3.3 µW (POFF)
功率，休眠模式1.2 mW (POFFS)
上電時(shí)間190 ms (T1)
休眠模式恢復(fù)時(shí)間2.5 ms (T1S)
加速度計(jì)范圍±1.7 g
傾斜角范圍±30°
低通濾波器–3 dB，50 Hz，單極點(diǎn)
采樣速率200 SPS
數(shù)字濾波器移動(dòng)平均，256，最大值
3. 利用經(jīng)驗(yàn)假設(shè)來量化其余影響因素
建立時(shí)間影響一個(gè)傳感器系統(tǒng)能夠支持的精度和測(cè)量速率。許多不同的因素都會(huì)影響建立時(shí)間，但這里重點(diǎn)分析電的因素。估計(jì)建立時(shí)間需要性能目標(biāo)、部分重要假設(shè)和一個(gè)用于分析傳感器對(duì)供電響應(yīng)的模型。第一項(xiàng)重要假設(shè)是濾波器在初始啟動(dòng)周期（上電時(shí)間）之后建立。雖然這兩個(gè)周期可以同時(shí)進(jìn)行，但以連續(xù)發(fā)生的方式著手分析是更為保守的方法。圖 4 提供分析傳感器對(duì)供電響應(yīng)的簡(jiǎn)化模型。
供電后，加速度計(jì)傳感器的輸出 a(t)呈現(xiàn)階躍響應(yīng)。因?yàn)閭鞲衅鞑捎脝坞娫垂╇姡漭敵龊芸赡軙?huì)從零開始，并迅速轉(zhuǎn)變至確定其方位的電平。為簡(jiǎn)明起見，假定零輸出與最低有效加速度水平相對(duì)應(yīng)。這種情況下，我們采用–2 g加速度，以便在最小額定值–1.7 g的基礎(chǔ)上提供一些裕量。同時(shí)，最大傾斜范圍為+30°，相當(dāng)于+0.5 g。將這兩個(gè)間隔結(jié)合，加速度計(jì)信號(hào)在啟動(dòng)時(shí)可進(jìn)行的最大轉(zhuǎn)換為+2.5 g。單極點(diǎn)、低通濾波器的階躍響應(yīng) b(t)可通過以下公式獲得：
包括數(shù)字濾波器的模型需要離散形式的 b(t)，以及一個(gè)總和模型來仿真濾波器。