CC BY
8550 www.finestreet.ru компоненты датчики
Микромеханические датчики Analog Devices iMEMS:
эволюция продолжается
Алексей ВЛАСЕНКО
alexey.vlasenko@analog.com.ru
Около 15 лет назад фирма Analog Devices пришла на рынок автомобильных систем безопасности со своими уникальными акселерометрами iMEMS (integrated Micro Electro Mechanical System — интегральные микро-электромеханические системы). Акселерометры iMEMS были созданы на основе новой технологии, суть которой — совмещение на одном кристалле микромеханических подвижных датчиков со схемами обработки сигналов. За годы развития семейство акселерометров расширялось, появились акселерометры для работы в разных динамических диапазонах — как для малых, так и для больших значений ускорения. Сейчас они применяются для измерения положения, параметров движения, угла наклона, измерения силы ударов и вибрации в различных устройствах.
В 2003 году семейство датчиков iMEMS пополнилось микромеханическими гироскопами ADXRS. Гироскопы — датчики угловой скорости ADXRS150 и ADXRS300 представляют собой интегральные однокристальные приборы [2].
Сегодня фирма Analog Devices предлагает самый широкий выбор интегральных полупроводниковых акселерометров и гироскопов, предназначенных для различных систем. Они обладают высокой точностью, малым энергопотреблением и малыми размерами.
Акселерометры и гироскопы серии Adis
Сегодня фирма Analog Devices представляет новую линейку инерционных датчиков — гироскопы и акселерометры серии ADIS.
Акселерометры и гироскопы серии ADIS являются результатом развития линейки акселерометров ADXL и гироскопов ADXRS. Основное отличие датчиков серии ADIS заключается в наличии встроенной схемы оцифровки сигнала и последовательного интерфейса SPI, посредством которого осуществляется считывание цифрового кода, а также управление режимами работы датчиков и их калибровка. Таким образом, датчики серии ADIS более удобны в применении при наличии управляющего микроконтроллера.
Гироскопы серии ADIS предназначены для таких применений, как системы стабилизации платформ, стабилизации изображений, инерциальные измерительные системы.
Линия датчиков ADIS будет развиваться в сторону повышения степени интеграции и точности.
Более подробно о новых представителях семейства инерционных датчиков iMEMS
ИС АОК16ОО3 — это недорогой малопотребляющий интегральный двухосевой акселерометр с цифровым последовательным интерфейсом типа БРІ. В микросхеме имеется встроенный датчик температуры, доступ к показаниям которого осуществляется также через интерфейс БРІ. ИС АБШбООЗ измеряет ускорение в диапазоне ±1,7§ (тип.). (Здесь и далее g = 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения, соответственно мg = 9,8х1О-3 м/с2, м^ = 9,8х10-6 м/с2). Акселерометр АБКІбООЗ измеряет как динамическое ускорение (например вибрацию), так и статическое (гравитацию). Типичное приведенное значение плотности шума составляет 11О м^/^Гц, что
ADIS16003
±1,7д
ACCELEROMETER
J7TL
v “Г X-FILT vcc
—о— -------------о
2-CHANNEL
SPI
<-
9<-
) SCLK і DIN
> CS -►O DOUT I TCS
TEMOP
SENSOR
Рис. 1. ADIS16003
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 6 '2005
позволяет обрабатывать сигнал ускорения величиной менее 2 Mg в полосе 60 Гц.
Полоса рабочих частот акселерометра устанавливается при помощи конденсаторов CX и CY на выводах XFILT и YFILT. Выбор двух аналоговых входных сигналов осуществляется посредством входа DIN.
Внешний вывод ST (self-test) позволяет осуществлять автотестирование акселерометра; в этом режиме осуществляется электростатическое возбуждение чувствительного элемента датчика переменным напряжением. Энергопотребление датчика составляет около 1,4 мА при напряжении питания 3-5,25 В. Акселерометр ADIS16003 выпускается в корпусе LGA размером 7х7х3,6 мм с 12 выводами.
Позиционируется ADIS16003 для применения в промышленных системах контроля вибрации и перемещения, системах стабилизации платформ, в качестве двухосевых датчиков угла наклона (инклинометров), устройствах отслеживания и регистрации перемещений, системах безопасности и сигнализации.
Микросхема ADIS16100 представляет собой интегральный датчик угловой скорости (гироскоп), реализованный на основе технологии iMEMS, обладающий функциональной законченностью и низкой стоимостью. Он обеспечивает измерение угловой скорости и передачу данных через последовательный интерфейс SPI. Значение цифрового кода, доступного через интерфейс SPI, пропорционально угловой скорости вращения гироскопа вокруг оси, направленной по нормали к верхней поверхности корпуса. Посредством внешнего дополнительного резистора осуществляется установка коэффициента преобразования. С помощью внешнего конденсатора можно уменьшить ширину полосы обрабатываемого сигнала. С помощью интерфейса SPI также осуществляется доступ к встроенному температурному датчику, посредством которого можно реализовать алгоритм компенсации температурного дрейфа параметров. Имеется два входа для оцифровки аналоговых сигналов. Напряжение встроенного опорного источника также доступно через внешний вывод.
Два цифровых входа автотестирования позволяют электромеханически возбуждать датчик и осуществлять поверку работоспособности датчика и цепей обработки сигналов.
Гироскоп ADIS16100 выпускается в корпусе LGA с размерами 8х8х5 мм, работает при температуре от -40 до 125 °С.
Микросхема ADIS16201 представляет собой полнофункциональный цифровой двухосевой акселерометр/инклинометр, реализованный на основе технологии iMEMS и имеющий встроенные средства обработки сигналов, что позволяет получить функциональность в сочетании с низкой стоимостью.
Цифровой код, соответствующий величине ускорения или углу наклона, доступен через интерфейс SPI микросхемы. Чувствительность и смещение калиброваны при произ-
3-3,6 в
ADIS16201
MEMS
SENSOR
TEMP
SENSOR
) SCLK ) DIN >0 DOUT
<----------O cs
ÍZ.
POWER AUXILIARY
MANAGEMENT CONTROL
Рис. 3. ADIS16201
Таблица 1. Акселерометры
Марка акселе- рометра Число осей Рабочий диапазон, g Чувстви- тельность, мВ/g Тип выходного сигнала Полоса частот, кГц Плотность шума, м^/^Гц Напряжение питания, В Потреб- ляемый ток, мА Рабочий температурный диапазон, °C Цена
ADXL103 1 ±1,7 1000±6% Аналоговый 2,5 110 5 (3-6) 0,7 -40...+125 $7,75
ADXL203 2 ±1,7 1000±6% Аналоговый 2,5 110 5 (3-6) 0,7 -40...+125 $12,00
ADXL204 2 ±1,7 620±5% Аналоговый 2,5 170 3,3 (3-6) 0,5 -40...+125 $12,00
ADXL213 2 ±1,2 30%/g±10% ШИМ 2,5 160 5 (3-6) 0,7 -40...+85 $9,70
ADXL320 2 ±5 174±10% Аналоговый 2,5 250 2,4-6 0,5 -20...+70 $3,75
ADXL321 2 ±18 57±10% Аналоговый 2,5 320 2,4-6 0,5 -20...+70 $3,75
ADXL322 2 ±2 420±10% Аналоговый 2,5 220 2,4-6 0,5 -20...+70 $3,75
ADXL330 3 ±2
ADXL311 2 ±2 174±15% Аналоговый 6 300 2,4-5,25 0,4 0...+70 $4,25
ADXL202 2 ±2 12,5±16% ШИМ 6 200 3-5,25 0,6 -40...+85 $8,50
ADXL210 2 ±10 4±20% ШИМ 6 200 3-5,25 0,6 -40...+85 $8,50
ADXL78 1 ±35 ±50 ±70 55±5% 38±5% 27±5% Аналоговый 0,4 1100 1400 1800 4,75-5,25 1,3 -40...+105 $7,00
ADXL193 1 ±120 ±250 18±5% 8±5% Аналоговый 0,4 3000 5000 4,75-5,25 1,5 -40...+105 $7,70
ADXL278 2 ±35 ±50 ±70 55±5% 38±5% 27±5% Аналоговый 0,4 1100 1400 1800 4,75-5,25 2,2 -40...+105 $10,50
ADXL150 1 ±50 38±13% Аналоговый 1 1000 4-6 1,8 -40...+85 $7,93
ADXL190 1 ±100 18±8% Аналоговый 0,4 4000 4,75-5,25 2 -40...+105 $19,95
ADXL250 2 ±50 38±13% Аналоговый 0,4 4000 4-6 3,5 -40...+85 $11,33
ADIS16003 2 ±1,7 1,22 LSB/мд БР! 2,2 110 3-5,25 1,4 -40...+125 $21,75
ADIS16201 2 ±1,7 1 LSB/мд БР! 2,2 110 3-3,6 5 -40...+125 $32,00
Таблица 2. Гироскопы — датчики угловой скорости
Марка ДУС Рабочий диапазон скорости вращения, град./с Чувстви- тельность, мВ/град./с Полоса частот, кГц Плотность шума, град. /с^Гц Нелинейность, % от всей шкалы Напряжение питания, В Потребляемый ток, мА Рабочий температурный диапазон, °C Цена
ADXRS150 150 12,5±10% 0-2 0,05 0,1 4,75-5,25 6 -40...+85 $30
ADXRS300 300 5,0±8% 0-2 0,10 0,1 4,75-5,25 6 -40...+85 $30
ADXRS401 75 15±15% 0-2 0,05 0,1 4,75-5,25 6 -40...+85 $22
ADIS16100 300 4,1 LSB/Ус 0-2 0,10 0,15 4,75-5,25 8 -40...+85 $41
водстве, но эти параметры можно изменить — они доступны через цифровой интерфейс.
Параметры цифрового фильтра и его АЧХ также можно варьировать.
Имеется возможность установить уровень срабатывания пороговой системы сигнализации.
Микросхема имеет возможность переходить в режим пониженного энергопотребления, что позволяет экономить энергию при низких частотах обработки сигнала. Имеется доступ к встроенному датчику температуры.
Функция автотестирования, управление которой осуществляется через интерфейс вР1, позволяет электромеханически возбуждать оба датчика и тестировать их работу. Имеется также ЦАП с внешним выходом и 4-разрядный порт
ввода/вывода, с помощью которых можно реализовать управление внешними схемами.
Позиционируется ADIS16201 для применения в системах стабилизации и выравнивания механических систем, устройствах регистрации перемещений, системах безопасности и сигнализации.
Акселерометр ADIS16201 и выпускается в корпусе типа LGA размером 9x9x4 мм и работает в температурном диапазоне от -40 до 125 °C. ■
Литература
1. http://www.analog.com/iMEMS
2. Алексей Власенко. Интегральные гироскопы iMEMS — датчики угловой скорости фирмы Analog Devices // Электронные компоненты. 2003. № 2.
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 6 '2005
-Q-
