ADXL362是一款3軸數字MEMS加速度計，在運動檢測喚醒模式下功耗僅為300 nA，與最接近的競爭傳感器相比，相同模式下的功耗低60%。在全速測量模式下，數據速率為100 Hz時，ADXL362的功耗為2 μA，比相同頻率下工作的競爭MEMS加速度計低80%。極低的功耗使ADXL362可用于需要數月甚至數年電池壽命的應用，此類應用中更換電池可能不切實際或者對設備或操作人員有危險。

　　ADXL362 MEMS加速度計可實現系統級省電

　　除了固有的低功耗工作特性，ADXL362 MEMS加速度計還有其他能夠提高系統級功效的重要特性。ADXL362可用作智能型、連續工作、運動激活開關的一部分。當配備喚醒狀態輸出引腳時，運動傳感器可繞過處理器即時觸發啟動系統功能的開關，從而進一步降低系統功耗。

　　ADI公司MEMS/傳感器部產品線總監Bill Murphy表示：“低功耗設計不僅要求器件級吸取的電流低，而且意味著以精確的時間開啟和關閉系統功能，從而實現總系統功耗的智能管理。ADXL362 在這一方面領先業界，適合從醫療保健到基礎設施監控的各種極度注重電池壽命的應用。”

　　ADXL362還內置增強型樣本活動檢測功能，可準確區分不同種類的運動。此特性可避免誤檢，防止傳感器不必要地開啟系統且縮短電池壽命。ADXL362 MEMS加速度計嵌入了一個內部FIFO存儲器模塊，使系統設計人員可記錄數據并輸出長數據流，從而降低處理器負載并節省額外系統功率。

　　DARPA Blast Gauge?沖擊檢測系統采用ADI MEMS技術

　　ADXL362將集成到DARPA第二代Blast Gauge?中，該器件由美國羅切斯特理工大學開發，并由BlackBox Biometrics公司轉化為商業產品，用于保護美國軍隊武裝人員。Blast Gauge既可用作醫療人員的篩選工具，執行爆炸事故后的驗傷分類，也可為研究機構提供詳細數據，幫助分析顱腦損傷（TBI）的原因。第一代Blast Gauge使用ADI公司的ADXL345傳感器，已在數千名赴阿富汗美軍士兵身上配備了一年。

　　BlackBox Biometrics公司首席技術官David Borkholder表示：“借助ADI公司的高性能MEMS傳感器，Blast Gauge經過驗證能夠可靠地檢測我軍人員遭受的震蕩沖擊。由于這些密封器件使用非充電電池，ADXL362大幅延長了其電池壽命。”

　　ADXL362數字MEMS加速度計的更多信息

　　ADXL362數字MEMS加速度計的其他特性包括：兩種低噪聲模式，允許用戶以數微安（μA）的代價將噪聲大致減半；內置微功耗溫度傳感器；以及能夠將采樣時間與外部觸發器同步。ADXL362本身提供12位分辨率的加速度數據，當分辨率足夠低時，可提供8位格式數據，實現更高效的單字節傳輸。該加速度計測量范圍為±2 g、±4 g及±8 g，±2 g范圍內的分辨率為1 mg/LSB。

　　ADXL362數字MEMS加速度計主要特性

　　所有工作模式下均有超低電流

　　o 全速測量模式：2 μA（100 Hz時）

　　o 喚醒模式：300 nA

　　o 待機模式：10 nA

　　電路功能與優勢

　　ADXL362 是一款超低功耗三軸加速度計，在喚醒模式下的功耗不足100 nA。與使用功率占空比來實現低功耗的加速度計不同， ADXL362沒有通過欠采樣混疊輸入信號；它在全數據速率下進行持續采樣。還有一個片內、12位溫度傳感器，精度可達±0.5°。

　　ADXL362的輸出分辨率為12位支持±2 g、±4 g及±8 g三種工作范圍，±2 g范圍內的分辨率為1 mg/LSB。噪聲電平要求低于480μg/√Hz的應用可以選擇兩個低噪聲模式（低至120μg/√Hz）之一，電源電流增加極小。

　　ADP195是一款高端負載開關，采用1.1 V至3.6 V電源供電，可防止電流反向從輸出端流向輸入端。該器件內置一個低導通電阻P溝道MOSFET，后者支持1.1 A以上的連續負載電流并可將功率損耗降至最低。

　　圖1. 超低功耗獨立運動開關（原理示意圖：未顯示去耦和所有連接）

　　ADXL362基本工作原理

　　ADXL362是一款三軸、超低功耗加速度測量系統，能夠測量動態加速度（由運動或沖擊導致）和靜態加速度（即重力）。

　　傳感器的移動元件為多晶硅表面微加工結構（也稱為梁），置于硅晶圓頂部。多晶硅彈簧懸掛于晶圓表面的結構之上，提供加速度力量阻力。

　　結構偏轉由差分電容進行測量。每個電容均由獨立固定板和活動質量塊連接板組成。任何加速度均會使梁偏轉、差分電容失衡，從而使傳感器輸出的幅度與加速度成比例。 相敏解調用于確定加速度的幅度和極性。

　　工作模式

　　ADXL362 的三種基本工作模式為待機、測量和喚醒。

　　將 ADXL362置于待機模式可以暫停測量，并將功耗降至10nA。會保留所有待處理數據或中斷，但不會處理新的信息。 ADXL362 以待機模式上電，上電時所有傳感器功能均關閉。

　　測量模式是 ADXL362的正常工作模式。在此模式下，器件會持續讀取加速度數據。采用2.0 V電源供電時，在輸出數據速率高達400 Hz的整個范圍內，該加速度計的功耗都低于3 μA 。在此模式下工作時，可以使用介紹的所有功能。作為超低功耗加速度計， ADXL362能夠以12.5Hz（最小值）至400 Hz（最大值）的數據速率持續輸出數據， 同時功耗仍然低于3 μA。由于能夠以所有數據速率針對其傳感器的全部帶寬持續采樣，因此 ADXL362不會出現欠采樣和混疊現象。

　　喚醒模式非常適合以極低功耗（電源電壓為2.0 V時功耗為270 nA）簡單地檢測是否存在運動。喚醒模式在實施運動激活開關時尤其有用，可讓系統的其余部分保持關斷，直至檢測到運動。在喚醒模式下，每秒只進行6次加速度測量，以確定是否存在運動，這樣可將功耗降至非常低的水平。在喚醒模式下，除了活動定時器，可以使用加速度計的其它所有功能。可訪問所有寄存器，也可從器件中獲取實時數據。

　　CN0274 評估軟件采用 ADXL362的喚醒模式。也就是說，檢測到運動之前， ADXL362會保持休眠狀態，而一旦檢測到運動就會進入測量模式。

　　功率/噪聲權衡

　　ADXL362提供了幾個用于降低噪聲的選項，但使用時會造成功耗略微增加。

　　帶寬為100 Hz時， ADXL362在正常工作狀態下的噪聲性能通常為7 LSB rms，這對于大多數應用都合適，具體取決于帶寬和所需的分辨率。對于要求噪聲更低的情況， ADXL362 提供了兩種低噪聲工作模式，以略微增加功耗為代價來降低噪聲。

　　表1. ADXL362 噪聲與功耗的關系

　　表1顯示了正常工作模式以及兩種低噪聲模式下的功耗值和噪聲密度，其中電源電壓典型值為3.3 V。

　　CN0274 評估軟件 采用 ADXL362的正常工作噪聲模式。

　　運動檢測

　　ADXL362的內置邏輯可檢測到運動（加速度超過特定閾值）和靜止（加速度未超過特定閾值）。

　　對運動或靜止事件的檢測由狀態寄存器指示，也可配置用于產生中斷。此外，器件的運動狀態（即器件是在運動還是靜止）通過AWAKE bit指示。

　　加速度計處于測量模式或喚醒模式時，可以使用運動和靜止檢測。

　　運動檢測

　　加速度在用戶指定的一段時間內始終高于指定閾值時，即檢測到運動事件。有兩種運動檢測事件：絕對運動檢測和參考運動檢測。

　　使用絕對運動檢測時，將加速度樣本與用戶設置的閾值進行比較，以確定是否存在運動。例如，如果閾值設為0.5 g，任意軸上的加速度為1 g并且持續時間超過了用戶定義的運動時間，則置位運動狀態。在許多應用中，根據與參考點或方位的偏差進行運動檢測優于根據絕對閾值進行運動檢測。由于這樣可消除重力導致的靜態1 g對運動檢測的影響，因此會特別有用。加速度計靜止時，雖然本身沒有在運動，但其輸出仍然可以達到1 g。使用絕對運動檢測時，如果閾值設為小于1 g，立刻就能檢測到運動。

　　在 參考運動檢測模式下，當加速度樣本在用戶定義的時間段內比內部定義的參考值至少高出用戶設置的數量時，則檢測到運動。啟用運動檢測后會計算參考值，并 且獲取的第一個樣本將用作參考點。只有加速度與此初始方位的偏差足夠大時，才會檢測到運動。參考配置使運動檢測非常敏感，甚至可以檢測到最細微的運動事件。

　　CN0274 評估軟件在搜索運動時采用參考工作模式。

　　靜止檢測

　　加速度在指定的時間段內始終低于指定閾值時，即檢測到靜止事件。有兩種非運動檢測事件：絕對靜止檢測和參考靜止檢測。

　　使用 絕對靜止檢測時，在用戶設置的時間內將加速度樣本與用戶設置的閾值進行比較，以確定是否不存在運動。

　　使用參考靜止檢時，則在用戶定義的時間內將加速度樣本與用戶指定的參考進行比較。器件首次進入喚醒狀態時，第一個樣本將用作參考點，并且圍繞該點應用閾 值。如果加速度保持在閾值范圍內，器件將進入休眠狀態。如果加速度值超出閾值范圍，該點將用作新的參考，然后針對該點重新應用閾值。

　　CN0274 評估軟件在搜索靜止時采用參考工作模式。

　　鏈接運動和靜止檢測

　　可以同時使用運動和靜止檢測功能，然后通過主機處理器手動處理，或者也可以配置為通過多種方式進行交互：

　　在默認模式下，運動和靜止檢測功能都處于使能狀態，并且所有中斷都必須由主機處理器處理；也就是說，處理器必須讀取每個中斷，然后才能清零并再次使用。

　　在鏈接模式下，運動和靜止檢測功能彼此鏈接，以致在任意給定時間都只有一項功能處于使能狀態。一旦檢測到運動，就會認為器件處于運動或喚醒狀態，然后不再 搜索運動：下一個事件預期為靜止，因此只有靜止檢測起作用。如果檢測到靜止，則認為器件處于靜止或休眠狀態。此時下一個事件預期為運動，于是只有運動檢測起作用。在此模式下，主機處理器必須處理每個中斷，然后使能下一操作。

　　在環路模式下，運動檢測的工作方式與上文所述鏈接模式相同；但是，無需由主機處理器處理中斷。此配置簡化了常用運動檢測的實施，并且通過減少總線通信功耗 而增強了省電效果。

　　如果在鏈接模式或環路模式下使能自動休眠模式，則在檢測到靜止事件后，器件會自主進入喚醒模式，而一旦檢測到運動事件，則重新進入測量模式。

　　CN0274 評估軟件采用自動休眠和環路模式來演示 ADXL362的功能。

　　AWAKE Bit

　　AWAKE bit是一個狀態位，用于指示ADXL362是處于喚醒狀態還是休眠狀態。檢測到運動條件表明器件處于喚醒狀態，檢測到靜止條件則表明器件處于休眠狀態。

　　喚醒信號可映射至INT1或INT2引腳，因此可用作狀態輸出，以便根據加速度計的喚醒狀態連接下游電路的電源或斷開其電源連接。與環路模式一起使用時，此配置可以實 現一種微小的自主運動激活開關。

　　如果下游電路的導通時間在可接受范圍內，則這種運動開關配置能夠消除應用中其余部分的待機功耗，從而顯著降低系統級功耗。這種待機功耗通常會超過 ADXL362的整個功耗范圍。。

　　中斷

　　ADXL362的一些內置功能可觸發中斷，以便針對某些狀態條件向主機處理器發出提醒。

　　通過設置INTMAP1和INTMAP2寄存器中的適當位，可將中斷映射至兩個指定輸出引腳（INT1和INT2）之一（或兩者）。所有功能都可以同時使用。如果多個中斷映射至一個引腳，則中斷的OR組合決定該引腳的狀態。

　　如果沒有功能映射至某個中斷引腳，則該引腳自動配置為高阻抗狀態（高阻態）。引腳也會在復位后進入此狀態。

　　檢測到特定狀態條件時，則會激活該條件映射至的引腳。默認情況下，引腳配置為高電平有效，因此激活后引腳會變為高電平。不過，通過在適當的INTMAP寄存器中設置 INT_LOW引腳，可以將配置切換為低電平有效。

　　INT引腳可連接到主機處理器的中斷輸入端，并以中斷程序對中斷作出響應。由于多個功能可映射至同一個引腳，STATUS寄存器可用于確定導致中斷觸發的具體條件。

　　CN0274 評估軟件對 ADXL362的配置為：檢測到運動后，INT1引腳為高電平；檢測到靜止后，INT1引腳為低電平。

　　測試結果

　　所有測試均使用 EVAL-CN0274-SDPZ 和 EVAL-SDP-CS1Z執行。演示器件的功能時，運動閾值設置為0.5 g，靜止閾值設 置為0.75 g，而靜止樣本數量設置為20。搜索運動時，只需任意軸上的一個加速度樣本越過閾值。

　　開始時，將電路定位為電池組與桌子貼合，印刷電路板（PCB）可沿任意方向緩慢旋轉90°，從而在接近與初始方位垂直的位置這一過程中使得加速度越過閾值。

　　圖2顯示了 CN0274 評估軟件的屏幕截圖，其中 ADXL362 起初處于休眠狀態并搜索運動。接著，樣本11越過閾值時， ADXL362 進入喚醒狀態并開始搜索靜止。閾值進行調整，以表明器件正在搜索靜止。

　　圖2. 評估軟件輸出的屏幕截圖

　　為了更好地展示，已利用圖上的單選按鈕禁用了X軸和Z軸曲線。

　　ADP195 的輸出（或中斷引腳本身）通過數字萬用表測量。 ADXL362處于喚醒狀態時，中斷變為高電平并將 ADP195， 的EN引腳驅動至高電平，進而將MOSFET的柵極驅動至低電平，從而導致開關閉合，這樣就會接通任意下游電路與電源的連接。相反， ADXL362處于休眠狀態時，中斷會將 ADP195 的EN引腳驅動至低電平，進而將MOSFET的柵極驅動至高電平，從而導致開關斷開。

　　PCB布局考慮

　　在任何注重精度的電路中，必須仔細考慮電路板上的電源和接地回路布局。PCB應盡可能隔離數字部分和模擬部分。本系統的PCB采用4層板堆疊而成，具有較大面積的接地層和電源層多邊形。有關布局和接地的詳細論述，請參見 MT-031 指南 ；有關去耦技術的信息，請參見 MT-101 指南。

　　ADXL362 的電源應當用1 μF 和0.1 μF電容去耦，以適當抑制噪聲并減小紋波。這些電容應盡可能靠近器件。對于所有高頻去耦，建議使用陶瓷電容。

　　電源走線應盡可能寬，以提供低阻抗路徑，并減小電源線路上的毛刺效應。通過數字地將時鐘及其它快速開關數字信號屏蔽起來，使之不影響電路板的其它器件。PCB的照 片如圖3所示。

　　圖3. EVAL-CN0274-SDPZ PCB照片

　　常見變化

　　ADXL362內置自由落體檢測功能。通過寫入定制軟件，可使用非運動中斷來實施此功能。

　　當物體處于真正的自由落體狀態時，所有軸上的加速度都是0 g。因此，自由落體檢測的實現方式是查找特定時間段內所有軸上的加速度都降至特定閾值以下（接近0 g）。

　　通過設置非運動閾值（300 mg至600 mg）和非運動時間（150 ms至350 ms），可將 ADXL362 用作自由落體檢測器。這些值的寄存器設置視器件的g范圍設置而定。

　　電路評估與測試

　　本電路使用 EVAL-SDP-CS1Z 系統演示平臺（SDP）評估板和 EVAL-CN0274-SDPZ電路板。這兩片板具有120引腳的對接 連接器，可以快速完成設置并評估電路性能。

　　EVAL-CN0274-SDPZ 包含要評估的電路，如本筆記所述。 EVAL-SDP-CS1Z與CN0274評估軟件一起使用， 可從EVAL-CN0274-SDPZ獲取數據。

　　由于 ADXL362在休眠和喚醒狀態下功耗都相對較小，因此可以利用 EVAL-SDP-CS1Z中接出的數字數據線為 EVAL-CN0274-SDPZ供電。

　　設備要求

　　需要以下設備：

　　帶USB端口的Windows? XP、Windows Vista?（32位）或Windows? 7（32位）PC

　　EVAL-CN0274-SDPZ 評估板

　　EVAL-SDP-CS1Z 評估板

　　CN0274 評估軟件

　　電源：3.0 V或2節AAA電池。

　　開始使用

　　將 CN0274評估軟件光盤放入PC，加載評估軟件。打開 我的電腦， 找到包含評估軟件光盤的驅動器，打開Readme文件。按照Readme文件中的說明安裝和使用評估軟件。

　　測試設置框圖參見圖4，電路原理圖參見EVALCN0274- SDPZ-SCH-RevA.pdf 。

　　圖4. 測試設置框圖

　　設置

　　將CN0274評估軟件 上的120引腳連接器連接到 EVAL-SDP-CS1Z上的連接器。使用尼龍五金配件，通過120引腳連接器兩端的孔牢牢固定這兩片板。

　　在斷電情況下，將3.0 V電源連接到J3連接器。或者，也可使用PCB底部的連接器J2，以便通過兩節AAA電池為整個電路供電。將 EVAL-SDP-CS1Z 附帶的USB電纜連接到PC上的USB端口。注意：此時請勿將該USB電纜連接到SDP板上的mini-USB連接器。

　　測試

　　為J3螺紋接線端子通電，或在PCB底部的J2連接器中放置電池（將跳線J6移至左側以方便電池供電）。啟動 CN0274 評 估軟件，并通過USB電纜將PC連接到 EVAL-SDP-CS1Z上的mini-USB連接器。

　　一旦USB通信建立，就可以使用 EVAL-SDP-CS1Z 來發送、接收和捕捉來自 EVAL-CN0274-SDPZ的串行數據。