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MEMS陀螺儀:數(shù)字化控制性能更優(yōu)

發(fā)布時(shí)間:2013-06-20 來(lái)源:ADI 責(zé)任編輯:eliane

【導(dǎo)讀】本文所介紹14位數(shù)字MEMS陀螺儀ADIS16060,采用串行外設(shè)接口(SPI)。借助幾種外部元件,ADIS16060可為整個(gè)測(cè)量范圍和帶寬提供數(shù)字控制能力,該功能帶來(lái)了極大的設(shè)計(jì)靈活性,有助于降低系統(tǒng)的復(fù)雜性。

ADIS16060是一種14位數(shù)字MEMS陀螺儀,采用串行外設(shè)接口(SPI),使數(shù)據(jù)通信和通道選擇變得極其便利。這種陀螺儀的測(cè)量范圍為士50°/秒,帶寬為1kHz。借助幾種外部元件,ADIS16060可為整個(gè)測(cè)量范圍和帶寬提供數(shù)字控制能力。為了提供這種功能,需要將兩種通常相互獨(dú)立的功能整合起來(lái):外部測(cè)量范圍和帶寬控制以及數(shù)字通道選擇。

外部范圍和帶寬控制

通過(guò)RATE和FILT兩個(gè)引腳,可以訪問(wèn)陀螺儀模擬信號(hào)鏈中的一個(gè)重要放大器級(jí)。通過(guò)在這些引腳上使用外部元件,可實(shí)現(xiàn)范圍擴(kuò)展和帶寬修正。降低該節(jié)點(diǎn)的有效電阻(見(jiàn)等式1和等式2)可降低放大器增益,并增加MEMS傳感器內(nèi)核的測(cè)量范圍。這種配置下,最多可將原來(lái)士50°/秒的測(cè)量范圍擴(kuò)大4倍。用戶可在該節(jié)點(diǎn)上使用一枚外部電容(見(jiàn)等式3),以根據(jù)需要對(duì)帶寬/噪聲進(jìn)行優(yōu)化取舍。

 

圖1:面向ADIS16060的外部范圍和帶寬控制
公式

數(shù)字通道選擇

通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入開(kāi)關(guān),可訪問(wèn)四個(gè)獨(dú)立的模擬通道:角速率(陀螺儀)、傳感器溫度和兩個(gè)輔助模擬輸人通道(AIN1, AIN2)。每個(gè)模擬通道都有互不依賴的獨(dú)特開(kāi)關(guān)。換句話說(shuō),ADIS16060可以選擇性地將其RATE,AIN 1和AIN2三個(gè)引腳捆綁起來(lái)。圖2以顯示了三個(gè)獨(dú)立的阻抗(Z0, Z1,Z2),旨在表明通過(guò)數(shù)字控制可實(shí)現(xiàn)四種定制型測(cè)量范圍和帶寬。

圖2:數(shù)字范圍和帶寬選擇電路

ADIS16060用SDI線路(在芯片片選信號(hào)上升之前)的最后8位來(lái)配置模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸人開(kāi)關(guān)。表1列出了圖2中各種可能配置的配置序列。

表1:圖2中各種可能配置的配置序列

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示例1

圖3:增益范圍示意圖,示例1
表2:ADIS16060測(cè)量范圍示例

此例中,除標(biāo)準(zhǔn)的士50°/秒以外,兩個(gè)外部電阻提供了三種定制型測(cè)量范圍。

示例2

此例中,除標(biāo)準(zhǔn)的79.6 Hz以外,三個(gè)內(nèi)部電容提供了三種定制型帶寬。

圖4:帶寬范圍示意圖,示例2
表3:ADIS16060帶寬設(shè)置示例

示例3

此例提供了四種不同的測(cè)量范圍,同時(shí)使整體帶寬保持在原始值(36.2 Hz)的10%之內(nèi),并使用了兩個(gè)額外電容(c1、c2)。

圖5:存在帶寬限制的增益范圍,示例3
表4:范圍/帶寬設(shè)置示例

結(jié)論

ADIS16060的數(shù)字性能控制功能帶來(lái)了極大的設(shè)計(jì)靈活性,有助于降低系統(tǒng)的復(fù)雜性。最后列出可在開(kāi)發(fā)此類(lèi)系統(tǒng)時(shí)考慮的幾條技巧:

●在校準(zhǔn)采用該功能的系統(tǒng)時(shí),器件容差可能要求對(duì)各種設(shè)置分別進(jìn)行校準(zhǔn)。
●在布局設(shè)計(jì)時(shí),貫徹最佳操作實(shí)踐,以減少潛在的電磁干擾源,因?yàn)橥ㄟ^(guò)這些元件可以訪問(wèn)陀螺儀的內(nèi)部模擬信號(hào)鏈。
●使用溫度傳感器時(shí),需要開(kāi)啟RATE,AIN1和AIN2三個(gè)引腳。讀取溫度時(shí),這會(huì)導(dǎo)致陀螺儀信號(hào)鏈發(fā)生帶寬變化。再次切換到讀取陀螺儀時(shí),要留出適當(dāng)?shù)臅r(shí)間(取決于帶寬設(shè)置)以使陀螺儀信號(hào)鏈恢復(fù)正常。

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