|
- UID
- 872339
|
关键字：加速度计 倾斜测量
电路功能与优势
图1所示电路集成了双轴加速度计ADXL203和12位逐次逼近(SAR)型ADCAD7887，打造出一款双轴倾斜测量系统。
ADXL203是一款多晶硅表面微加工传感器并集成信号调理电路。X或Y轴方向的加速度会在器件的XOUT或YOUT输出端上产生相应的输出电压。X轴和Y轴相互垂直。AD8608四通道运算放大器会对ADXL203输出进行缓冲、衰减和电平转换，使输出处于适当的电平，从而驱动AD7887的输入。选择轨到轨输入/输出AD8608的原因是它具有低失调电压（最大值为65 μV）、低偏置电流（最大值为1 pA）、低噪声(8 nV/√Hz)且尺寸小（14引脚SOIC或TSSOP封装）等特性。
AD7887可通过片内控制寄存器配置为单通道或双通道工作模式。本应用中将该器件配置为双通道模式，以允许用户监控ADXL203的两个输出，因此提供了一种更为准确和完善的解决方案。
在整个温度范围内，该系统可在90°范围内维持1°的精度。该电路凭借这一精度、性能和范围提供一种低成本、低功耗、小尺寸的校准相关解决方案。ADXL203的最小额定工作温度范围为-40°C至+105°C，并提供8引脚陶瓷无引脚芯片载体封装(LCC)。
图1：双轴倾斜测量系统（原理示意图：未显示去耦和所有连接）。
电路描述
电源电压和去耦
只要140 kHz内部时钟频率上不存在噪声，ADXL203就只需要一个0.1 μF去耦电容。如果需要，可以包含较大的大容量电容（1 μF至10 μF）或氧化铁磁珠。
为使输出逻辑电平与SDP板兼容，AD7887必须采用+3.3 V供电轨供电。电路其余部分则采用+5 V供电轨供电，如图1所示。ADXL203经过测试的标称电源电压为+5 V。虽然ADXL203可以采用3 V至6 V之间的任意电源电压工作，但5 V时整体性能最佳。有关其它电源电压下的性能详情，请参阅ADXL203数据手册。
ADXL203输出是比率式的；当电源电压升高时，输出电压也会升高。输出灵敏度与电源电压成比例。VS = 3 V时，输出灵敏度典型值为560 mV/g。VS = 5 V时，该器件的标称灵敏度为1000 mV/g。
零g输出电平也是比率式的，因此所有电源电压情况下，零g输出的标称值均等于VS/2。
但是，ADXL203的输出噪声不是比率式的，而是绝对的，其单位为伏特(V)。这意味着，噪声密度将随着电源电压升高而下降。这是因为比例因子(mV/g)增加而噪声电压却保持不变。VS = 3 V时，噪声密度的典型值为190 μg/√Hz，VS = 5 V时则为110 μg/√Hz。
噪声、带宽和输出电容选择
ADXL203噪声具有白高斯噪声的特征，所有频率下的贡献值均相同，用μg/√Hz表示（该噪声与加速度计带宽的平方根成比例）。用户应将带宽限制为应用所需的最低频率，以便最大程度地提高加速度计的分辨率和动态范围。
带宽由器件XOUT和YOUT引脚上的电容(CX,Y)设置。这些电容与ADXL203的32 kΩ内部输出电阻结合，构成一个低通滤波器。这些滤波器主要用于实现降噪和抗混叠。3 dB带宽的计算公式如下：
BW = 1/(2πR×C(X,Y)), where R = 32 kΩ
由于具有单极点滚降特征，因此当电源电压为5 V时，ADXL203的噪声典型值可以通过下式确定：
RMS Noise = (110 μg/√Hz) × √(BW × 1.57)
通常需要知道峰峰值噪声，因为该值可以最好地估算一次测量中的不确定性；峰峰值噪声通过将均方根值乘以6来估算。
表1给出了给定滤波器电容的带宽、均方根噪声和峰峰值噪声。对于此电路，两个10 μF电容会产生0.5 Hz的带宽。在所有情况下，所需的最小电容均为2000 pF。
表1：滤波器电容选型表（Cx、Cy）。
|
|
