Микромеханические датчики imems® analog devices: эволюция продолжается 



жүктеу 156.78 Kb.
Дата16.06.2016
өлшемі156.78 Kb.
МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ iMEMS® ANALOG DEVICES: ЭВОЛЮЦИЯ ПРОДОЛЖАЕТСЯ
Власенко А.А., инженер по применениям Analog Devices, Russia

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 микромеханические системы), которые использовались в системах активации пневматических подушек безопасности. Акселерометры iMEMS были созданы на основе новой технологии, суть которой – совмещение на одном кристалле микромеханических подвижных датчиков со схемами обработки сигналов. Количество акселерометров, поставленных фирмой Analog Devices для автомобильных, бытовых и промышленных систем, в настоящее время превысило 200 миллионов штук – эта цифра была объявлена 4 апреля 2005 г. За годы своего 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. Более подробно с принципами работы этих приборов можно ознакомиться в [1,2].

Сегодня фирма Analog Devices предлагает самый широкий выбор интегральных полупроводниковых акселерометров и гироскопов, предназначенных для различных систем и обладающих высокой точностью, малым энергопотреблением и малыми размерами.

Акселерометры и гироскопы 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

Рис.1


ИС ADIS16003 – это недорогой, малопотребляющий интегральный двухосевой акселерометр с цифровым последовательным интерфейсом типа SPI. В микросхеме имеется встроенный датчик температуры, доступ к показаниям которого осуществляется также через интерфейс SPI. ИС ADIS16003 измеряет ускорение в диапазоне ±1,7g тип. (Здесь и далее g = 9,8 м/с² – ускорение свободного падения, соответственно мg = 9,8·10–3 м/с², мкg = 9,8·10–6 м/с²). Акселерометр ADIS16003 измеряет как динамическое ускорение (например, вибрацию), так и статическое (гравитацию). Типичное приведенное значение плотности шума составляет 110 мкg/√Гц, что позволяет обрабатывать сигнал ускорения величиной менее 2 мg 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 режиме автотестирования 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 7 × 7 × 3,6 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 с обменом данными через последовательный интерфейс SPI.

Величина цифрового кода, доступного через интерфейс SPI, пропорциональна угловой скорости вращения гироскопа вокруг оси, направленной по нормали к верхней поверхности корпуса.

Рис.2


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 8 × 8 × 5 мм, работает при температуре –40°…125°C.

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.



Рис.3


Чувствительность и смещение калиброваны при производстве, 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 SPI, позволяет электромеханически возбуждать оба датчика и тестировать их работу. Имеется также ЦАП с внешним выходом и 4-разрядный порт ввода/вывода, с их помощью 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 9 × 9 × 4 мм и работает в температурном диапазоне –40°…125°C.

В таблице 1, 2 приведены основные параметры акселерометров и гироскопов компании Analog Devices.

Табл. 1. Акселерометры


Марка
акселерометра

Число осей

Рабочий
диапазон, g

Чувстви-тельность,
мВ/g

Тип
выходного сигнала

Полоса
частот,

кГц


Плотность
шума,

мкg/√Гц


Напряжение питания,
В

Потреб-
ляемый
ток, мА

Рабочий темпера-турный диапазон,

°C


Цена*

ADXL103

1

±1.7g

1000±6%

Аналоговый

2.5

110

5 (3…6)

0.7

-40…+125

$7.75

ADXL203

2

±1.7g

1000±6%

Аналоговый

2.5

110

5 (3…6)

0.7

-40…+125

$12.00

ADXL204

2

±1.7g

620±5%

Аналоговый

2.5

170

3.3 (3…6)

0.5

-40…+125

$12.00

ADXL213

2

±1.2g

30%/g±10%

ШИМ

2.5

160

5 (3…6)

0.7

-40…+85

$9.70

ADXL320

2

±5g

174±10%

Аналоговый

2.5

250

2.4…6

0.5

-20…+70

$3.75

ADXL321

2

±18g

57±10%

Аналоговый

2.5

320

2.4…6

0.5

-20…+70

$3.75

ADXL322

2

±2g

420±10%

Аналоговый

2.5

220

2.4…6

0.5

-20…+70

$3.75

ADXL330

3

±2g

























ADXL311

2

±2g

174±15%

Аналоговый

6

300

2.4…5.25

0.4

0…+70

$4.25

ADXL202

2

±2g

12.5±16%

ШИМ

6

200

3…5.25

0.6

-40…+85

$8.50

ADXL210

2

±10g

4±20%

ШИМ

6

200

3…5.25

0.6

-40…+85

$8.50

ADXL78

1

±35g

±50g


±70g

55±5%

38±5%


27±5%

Аналоговый

0.4

1100

1400


1800

4.75…5.25

1.3

-40…+105

$7.00

ADXL193

1

±120g

±250g


18±5%

8±5%


Аналоговый

0.4

3000

5000


4.75…5.25

1.5

-40…+105

$7.70

ADXL278

2

±35g

±50g


±70g

55±5%

38±5%


27±5%

Аналоговый

0.4

1100

1400


1800

4.75…5.25

2.2

-40…+105

$10.50

ADXL150

1

±50g

38±13%


Аналоговый

1

1000

4…6

1.8

-40…+85

$7.93

ADXL190

1

±100g

18±8%


Аналоговый

0.4

4000

4.75…5.25

2

-40…+105

$19.95

ADXL250

2

±50g

38±13%


Аналоговый

0.4

4000

4…6

3.5

-40…+85

$11.33

ADIS16003

2

±1.7g

1.22 LSB/мg

SPI

2.2

110

3…5.25

1.4

-40…+125

$21.75

ADIS16201

2

±1.7g

1 LSB/мg

SPI

2.2

110

3…3.6

5

-40…+125

$32.00



Табл. 2. Гироскопы – датчики угловой скорости


Марка
ДУС

Рабочий
диапазон
скорости
вращения,
°/с

Чувстви-тельность,
мВ/°/с

Полоса
частот

Плотность
шума,

°/с/√Гц


Нелинейность,
% от всей
шкалы

Напряжение питания,
В

Потребляемый
ток, мА

Рабочий температурный диапазон,

°C


Цена*

ADXRS150

150

12.5±10%

DC…2 кГц

0.05

0.1%

4.75…5.25

6

-40…+85

$30

ADXRS300

300

5.0±8%

DC…2 кГц

0.10

0.1%

4.75…5.25

6

-40…+85

$30

ADXRS401

75

15±15%

DC…2 кГц

0.05

0.1%

4.75…5.25

6

-40…+85

$22

ADIS16100

300

4.1 LSB/°/с

DC…2 кГц

0.10

0.15%

4.75…5.25

8

-40…+85

$41




Литература

1. http://www.analog.com/iMEMS



2. Алексей Власенко. Интегральные гироскопы iMEMS – датчики угловой скорости фирмы Analog Devices//Электронные компоненты//2003, №2




 Материалы корпоративного сайта www.analog.com.ru


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет