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      MEMS陀螺儀:數字化控制性能更優

      發布時間:2013-06-20 來源:ADI 責任編輯:eliane

      【導讀】本文所介紹14位數字MEMS陀螺儀ADIS16060,采用串行外設接口(SPI)。借助幾種外部元件,ADIS16060可為整個測量范圍和帶寬提供數字控制能力,該功能帶來了極大的設計靈活性,有助于降低系統的復雜性。

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

      外部范圍和帶寬控制

      通過RATE和FILT兩個引腳,可以訪問陀螺儀模擬信號鏈中的一個重要放大器級。通過在這些引腳上使用外部元件,可實現范圍擴展和帶寬修正。降低該節點的有效電阻(見等式1和等式2)可降低放大器增益,并增加MEMS傳感器內核的測量范圍。這種配置下,最多可將原來士50°/秒的測量范圍擴大4倍。用戶可在該節點上使用一枚外部電容(見等式3),以根據需要對帶寬/噪聲進行優化取舍。

       

      圖1:面向ADIS16060的外部范圍和帶寬控制
      公式

      數字通道選擇

      通過模數轉換器的輸入開關,可訪問四個獨立的模擬通道:角速率(陀螺儀)、傳感器溫度和兩個輔助模擬輸人通道(AIN1, AIN2)。每個模擬通道都有互不依賴的獨特開關。換句話說,ADIS16060可以選擇性地將其RATE,AIN 1和AIN2三個引腳捆綁起來。圖2以顯示了三個獨立的阻抗(Z0, Z1,Z2),旨在表明通過數字控制可實現四種定制型測量范圍和帶寬。

      圖2:數字范圍和帶寬選擇電路

      ADIS16060用SDI線路(在芯片片選信號上升之前)的最后8位來配置模數轉換器輸人開關。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

      [page]
      示例1

      圖3:增益范圍示意圖,示例1
      表2:ADIS16060測量范圍示例

      此例中,除標準的士50°/秒以外,兩個外部電阻提供了三種定制型測量范圍。

      示例2

      此例中,除標準的79.6 Hz以外,三個內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帶寬設置示例

      示例3

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

      圖5:存在帶寬限制的增益范圍,示例3
      表4:范圍/帶寬設置示例

      結論

      ADIS16060的數字性能控制功能帶來了極大的設計靈活性,有助于降低系統的復雜性。最后列出可在開發此類系統時考慮的幾條技巧:

      ●在校準采用該功能的系統時,器件容差可能要求對各種設置分別進行校準。
      ●在布局設計時,貫徹最佳操作實踐,以減少潛在的電磁干擾源,因為通過這些元件可以訪問陀螺儀的內部模擬信號鏈。
      ●使用溫度傳感器時,需要開啟RATE,AIN1和AIN2三個引腳。讀取溫度時,這會導致陀螺儀信號鏈發生帶寬變化。再次切換到讀取陀螺儀時,要留出適當的時間(取決于帶寬設置)以使陀螺儀信號鏈恢復正常。

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