加速度計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用

有許多因素導(dǎo)致加速度計(jì)技術(shù)的快速發(fā)展。首先是這類(lèi)設(shè)備的市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，特別是在汽車(chē)，消費(fèi)品和醫(yī)療電子產(chǎn)品領(lǐng)域，加速度計(jì)可以實(shí)現(xiàn)幫助產(chǎn)品在市場(chǎng)上取得成功的新功能。例如，自動(dòng)碰撞通知（ACN）系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)敏感型游戲控制器和智能手機(jī)以及用于測(cè)量跑步性能的慣性足墊都?xì)w功于新型高度緊湊的加速度計(jì)。

從技術(shù)角度來(lái)看，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)的成熟使得越來(lái)越多的MEMS代工廠在越來(lái)越小的封裝中廣泛使用可靠的器件。此外，MEMS設(shè)計(jì)受益于數(shù)字電子設(shè)備的結(jié)合，不僅可以提高其性能，還可以簡(jiǎn)化它們與最終系統(tǒng)的集成。這種設(shè)備的可用性產(chǎn)生了新一代環(huán)保電子系統(tǒng)，同時(shí)產(chǎn)生了更好的產(chǎn)品，為工業(yè)應(yīng)用中的傳統(tǒng)功能提供服務(wù)。

單軸加速度計(jì)

加速度計(jì)如今只能測(cè)量一個(gè)軸（x，y或z）的加速度，或同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)或三個(gè)軸的加速度。用于汽車(chē)控制應(yīng)用的精密單軸加速度計(jì)的一個(gè)很好的例子是VTI技術(shù)的SCA620-CF8H1A（圖1）。基于該公司的電容式3D-MEMS技術(shù)，它旨在用作z軸傳感器，旨在實(shí)現(xiàn)高可靠性，精確性和溫度與時(shí)間的穩(wěn)定性，以精確測(cè)量加速度，傾斜度，運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)。符合AEC Q-100標(biāo)準(zhǔn)的器件測(cè)量范圍為±1.7 g，靈敏度為1.2 V/g，提供比例公制的模擬（0至5 V）輸出（即輸出值取決于值輸入電源電壓），可承受20，000克的沖擊。

圖1：采用11.3 x 10.5 x 5.1 mm 8針?biāo)芰媳砻尜N裝封裝，帶有鷗翼支腿，可安裝拾取和放置機(jī)器，VTI Technolgies的SCA620-CF8H1A可為汽車(chē)應(yīng)用提供±1.7 g范圍內(nèi)的精確z軸測(cè)量。 （由VTI Technologies提供）

ADI公司還提供單軸加速度計(jì) - ADXL78高g iMEMS加速度計(jì)（圖2） - 具有比率公制輸出，但具有更寬的測(cè)量范圍。最初設(shè)計(jì)用于前部和側(cè)面碰撞安全氣囊，它還可以在各種其他應(yīng)用中提供完整，經(jīng)濟(jì)的解決方案。該器件具有±35，±50和±50 g范圍，具有自測(cè)功能，可將所有機(jī)械和電氣元件的數(shù)字信號(hào)應(yīng)用于單個(gè)引腳，因此用戶可以驗(yàn)證器件的運(yùn)行情況，以獲得高度可靠的性能以及預(yù)防性維護(hù)。采用5V源輸入（VDD）工作時(shí)，±35 g版本的輸出靈敏度通常為55 mV/g。

圖2：提供±35，±50和±50 g型號(hào)，ADXL78高g iMEMS加速度計(jì)可提供5×5×2 mm ，8端子陶瓷LCC封裝。 （由Analog Devices提供）

雙軸器件

飛思卡爾半導(dǎo)體最近推出了MMA6331L雙軸（x，y）電容式微機(jī)械加速度計(jì)（圖3），這是一款針對(duì)手持式電池供電的MEMS傳感器電子產(chǎn)品。除了內(nèi)置信號(hào)調(diào)理，1極低通濾波器和溫度補(bǔ)償外，低功耗器件還具有g(shù)-Select功能，可讓用戶選擇兩個(gè)范圍中的任意一個(gè) - ±4 g和±9 g - 通過(guò)向?qū)Ｓ胓-Select引腳發(fā)送邏輯0或1，在器件工作期間的任何時(shí)間。

MMA6331L比率公差輸出的典型靈敏度在±4 g范圍內(nèi)為308 mV/g，在±9 g范圍內(nèi)為83.6 mV/g。該器件采用2.2至3.6 V電源供電，正常工作時(shí)典型功耗僅為400μA，而在休眠模式下，電流僅降至3μA，大大減少了電池消耗。

圖3：3 x 5 x 1.0 mm，LGA-14封裝的MMA6331L雙軸加速度計(jì)允許用戶在運(yùn)行中選擇兩個(gè)范圍中的任意一個(gè) - ±4 g和±9 g。 （由飛思卡爾半導(dǎo)體提供）

STMicroelectronics還提供雙軸MEMS加速度計(jì) - LIS244ALH - 具有兩個(gè)用戶可選范圍：±2 g和±6 g。它能夠測(cè)量高頻下的加速度 - 在所有軸上達(dá)到2.0 kHz。與ADXL78一樣，4 x 4 x 1.5 LGA封裝器件具有內(nèi)置自檢功能。

三軸傳感器

三軸傳感器目前受到極大關(guān)注，因?yàn)樗鼈兲峁┧蓄?lèi)型的加速度信息，從而在單個(gè)封裝中支持極其廣泛的應(yīng)用。作為最早開(kāi)發(fā)商用MEMS技術(shù)的公司之一，博世Sensortec將其BMA120數(shù)字三軸加速度傳感器（圖4）作為“新一代數(shù)字加速度傳感器”推出.BMA120集成了多種功能，便于將其用于此類(lèi)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)應(yīng)用中。設(shè)備方向檢測(cè)，游戲，HMI和菜單瀏覽器控制等。

圖4：BMA120在LGA封裝中壓縮三軸感應(yīng)功能和數(shù)字接口，尺寸僅為3 x 3 x 0.9 mm。 （由Bosch Sensortec提供）

與前面討論的傳感器不同，BMA120輸出其測(cè)量結(jié)果，可通過(guò)串行數(shù)字接口（SPI或I2C）進(jìn)行控制，從而簡(jiǎn)化了集成，同時(shí)減少了部件數(shù)量。加速度計(jì)具有內(nèi)置自檢功能，提供四種用戶可選范圍 - ±2，±4，±8和±16 g - 靈敏度范圍為16 LSB/g至2 LSB/g，具體取決于量程。該傳感器還允許用戶將設(shè)備設(shè)置為不同的帶寬：50，75，150，250和600 Hz以及1 kHz。該裝置是一種極低功耗的裝置;它采用1.8 V電源供電，工作時(shí)功耗為430μA，睡眠模式下功耗為2μA。對(duì)三軸傳感的需求很高，前面提到的許多供應(yīng)商也提供三軸傳感器來(lái)與博世競(jìng)爭(zhēng)。在這種情況下，明顯的贏家是用戶。