2023年輔警面試題

具有模擬信號輸出的單軸加速度計及其應

用

摘要：ADXLI90是美國ADI公司推出的低功耗、低成本、功能完善的加速度測顯系

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ADXU90的工作原理、定標、ESD保護裝置、0g點偏移量的調節(jié)方法及其應用。

關鍵詞：傳感器；模擬信號輸出；加速度計；應用

1概述

ADXLI90型加速度計是集成在單芯片上的完整的加速度測吊:系統(tǒng)。它由多晶硅表

面微機械敏感元件和信號調理電路組成，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。

ADXLI90的主要應用領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

ADXLI90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。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4X10—3g/（Hz）1/2,檢測加速度信號可低于40X10

-3go它既可測量動態(tài)加速度（如典型振動和沖擊），乂可測量靜態(tài)加速度（如重力加速度

和慣性）。在ADXL190內有一個二極Bessel開關電容濾波器.Bessel濾波器有時也稱為線性

相位濾波器，其一階響應有最小的過調量和最平坦的群延時，在出廠時，將該濾波器-3dB

處的頻率預設為400Hz。濾波器結構完整，不需要外圍元件。

該產品內置自檢部件，具有機械結構和電子電路雙重特性，當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，相當于約滿量程加速度輸入的20%,從而在

輸出引腳上產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。

用來驅動傳感器和將電容值變化轉化為電壓值變化的電路都集成在同一芯片上,

除了標準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。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，工作溫度范圍為一40c?105℃。圖2

是ADXL190的引腳排列圖。

3應用技術

3.1引腳功能及連接方法

Vs（引腳13,14）是電壓輸入端，它們直接與包源正極相連，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

該接一個退耦電容器，容值為0.1nF,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（引聞9）是自檢測試端，當它接Vs時，靜電力加在橫梁上，相當于約

滿量程加速度輸入的20%,從而在輸出引腳上產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的校準端點。

NC（引腳1,2,3,4,6,11/2）是空引腳，不接。

3.2ADXL190的定標

圖3示出ADXL190對地球重力場的反應，其中，引腳10輸出的電壓是額定值。使

用前,ADXL190應定標。ADXU90的特殊設計使用戶可方便、及時地進行定標。校準系數(shù)

可存儲在EEPR0M或動態(tài)存儲器中。

3.30g點偏移量的調節(jié)方法

在有些應用中，用戶可能有不對稱輸入或者需要調節(jié)0g標準輸出量以獲得最大的

動態(tài)范圍J）g標準的調節(jié)是通過在器件的0g調節(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內部的5kQ和25kC兩個電阻器構成一個比例因子為6的分

壓器，使得ADXL190的0g點調節(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。（）g點調節(jié)電壓可以通過多種方式來設置，在

圖4中使用的是一個電位計，另外，還可以用一個脈寬調制信號或簡單的三態(tài)輸出來設置。

最簡單的方法是在0g點調節(jié)引腳和Vs（或地）之間接一個電阻器，這樣，輸出偏移最為

式中,R的單位為kQ,并與Vs連接?；蛘邽?/p>

式中，R的單位為kQ,并與地相接。

第二種0g點調節(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±35mVo

第三種0g點調節(jié)方法是對0g點調節(jié)引腳加一個電壓，由于內部5kQ和25kc兩個

電阻器的分壓作用，0g點調節(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05其偏壓就可以由下列等式計算：

另外，0g點調節(jié)電壓還可以通過從微處理器輸出一個脈寬調制信號來設置。但是,

要注意該電壓源的輸出阻抗小于5kC且信號噪聲小，而（）g點調節(jié)引腳處的任何噪聲都可以

導致輸出錯誤。

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

量為一25g,則需要的偏移電壓應該是

將Voffset=450mV代入式（6）,可得R=53.3kQ,即應該在0g點調節(jié)端和地之間

接一個阻值為53.3k。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。

ADXLI90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；工作電壓范圍是一0.3V?