降低傾斜傳感器ADIS16209的功耗的方法介紹

建立時(shí)間是在規(guī)定精度AE范圍內(nèi)穩(wěn)定到最終值所需的時(shí)間。圖5顯示兩條瞬態(tài)響應(yīng)曲線，指示每條曲線達(dá)到0.1 g精度所需的建立時(shí)間。

圖 5. 上電瞬態(tài)響應(yīng)

本例中，誤差預(yù)算允許0.2°的建立精度。正弦公式提供一種將此目標(biāo)轉(zhuǎn)變成加速度衡量指標(biāo)的簡(jiǎn)單方法。

使用諸如Excel或MATLAB之類的工具對(duì)此公式進(jìn)行建模將非常簡(jiǎn)單。如果使用Excel，輸出在N = 16時(shí)的第18次采樣和N=64 時(shí)的第65次采樣達(dá)到距0.5 g約3 mg內(nèi)的水平。將這些數(shù)值分別除以采樣速率(200 SPS)，可針對(duì)21ms (N = 1)、 90ms (N = 16)和325ms (N = 64)這些設(shè)置提供建立時(shí)間估計(jì)值。假設(shè)熱建立的相關(guān)誤差可忽略不計(jì)（如合理的話）。因?yàn)樗剂康钠骷峁┝藴囟刃?zhǔn)響應(yīng)，所以這一假設(shè)應(yīng)該可以接受。驗(yàn)證此假設(shè)為在最終表征過(guò)程中確認(rèn)精度提供了好機(jī)會(huì)。

此類系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集時(shí)間T3不需要超過(guò)一個(gè)采樣周期，因?yàn)樗斜匦璧男Ｕ蜑V波都在器件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。采集時(shí)間只會(huì)使總體測(cè)量時(shí)間增加5ms。

4. 使功耗與周期時(shí)間相關(guān)
此分析的最后一部分與平均功耗和周期時(shí)間有關(guān)，周期時(shí)間實(shí)際上等于各測(cè)量事件之間的時(shí)間量。表2總結(jié)了重要的周期供電因素，包括傳感器數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定或通過(guò)該簡(jiǎn)單分析過(guò)程產(chǎn)生的因素，以及完全啟動(dòng)（周期供電）和休眠模式恢復(fù)（周期休眠）的次數(shù)。

表 2.關(guān)鍵周期供電參數(shù)匯總

下面通過(guò)計(jì)算舉例說(shuō)明，如何使用這些參數(shù)來(lái)分析和比較一個(gè)要求測(cè)量速率為1SPS的系統(tǒng)的周期供電和周期休眠。

周期供電：

周期休眠：

這里的周期休眠非常有利。但是，如果將周期時(shí)間增加至每分鐘采樣一次(TC = 60 s)，周期供電方式的平均功耗會(huì)是0.2mW，而周期休眠方式為1.2 mW。圖6所示為周期時(shí)間與平均功耗的關(guān)系。

圖 6.周期時(shí)間與平均功耗的關(guān)系

休眠模式保留全部初始化值，同時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)其余部分。盡管保持這些設(shè)置需要一定功率，但恢復(fù)時(shí)間要比完全啟動(dòng)更快。傾斜傳感器ADIS16209具有可編程休眠時(shí)間和自動(dòng)喚醒功能。這種解決方案非常適用于那些具有數(shù)據(jù)就緒信號(hào)喚醒功能的主處理器，在讀取所需數(shù)據(jù)后命令傳感器再次在另一個(gè)固定的周期內(nèi)重新處于休眠模式。使用休眠模式的另一 MEMS產(chǎn)品實(shí)例是振動(dòng)傳感器ADIS16223，該傳感器收集并儲(chǔ)存振動(dòng)數(shù)據(jù)，自動(dòng)返回至休眠模式，然后啟動(dòng)對(duì)另一測(cè)量事件的倒計(jì)時(shí)。這種傳感器非常適合需要進(jìn)行周期性監(jiān)控的系統(tǒng)，無(wú)需分配處理器資源來(lái)管理休眠模式和數(shù)據(jù)收集模式。

這里通過(guò)簡(jiǎn)單分析提供了部分有用的深度信息。具體而言，在某些情況下，不管休眠模式需要多少功率，通過(guò)休眠模式管理仍然能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能。在上述示例中，需要以1 SPS速率進(jìn)行傾斜測(cè)量的系統(tǒng)采用休眠模式，省電能力提高了4倍。此處，休眠模式針對(duì)最高6s的測(cè)量周期時(shí)間可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。對(duì)于測(cè)量周期時(shí)間更長(zhǎng)的系統(tǒng)，與關(guān)斷性能相關(guān)的功率開銷更低，從而使得平均功率電平更低。

結(jié)論
無(wú)論是出于經(jīng)濟(jì)還是環(huán)保原因，降低功耗的要求都很普遍。降低功耗可以減小功率轉(zhuǎn)換器、電池和太陽(yáng)能電池等電源的尺寸和成本。其他潛在好處還包括降低熱和機(jī)械設(shè)計(jì)要求，降低EMI輻射，有利于環(huán)境影響評(píng)級(jí)。

對(duì)于重視高集成度傳感器產(chǎn)品但又不得不考慮盡可能降低功耗的工程師而言，本文提到的概念和分析方法提供了一個(gè)很好的起點(diǎn)。更重要的是，因?yàn)槊糠N系統(tǒng)設(shè)計(jì)都存在新的機(jī)會(huì)與風(fēng)險(xiǎn)，所以確定并分析影響總體功率目標(biāo)特性的相關(guān)思考過(guò)程將更加重要。完成初始分析之后，或許一句俄羅斯諺語(yǔ)“Доверяй, но проверяй`”（“信任，但要確認(rèn)”）最能說(shuō)明該如何確保最終成功實(shí)現(xiàn)。要跟蹤重要假設(shè)，例如建立精度(3 mg)及熱建立因素是否會(huì)有影響。如果有合適的硬件，要在盡可能匹配其預(yù)期使用條件的情況下測(cè)試這些解決方案。最后，測(cè)試這些假設(shè)將增加自信，并可調(diào)整改善新假設(shè)，以用于今后的電源管理方法分析。