如何降低傾斜傳感器ADIS16209的功耗
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分析示例
本示例通過評估一個完全集成的 MEMS 傾斜傳感器來確定影響精度和測量時間的參數(shù)，從而明確功率與性能的重要關系。以下四個步驟對此過程提供了簡單的指引：
- 了解傳感器的工作原理。
- 通過產品文檔獲取相關信息。
- 評估未明確規(guī)定的重要參數(shù)。
- 推算出功率與性能的關系。
1. 了解工作原理
示例的傾斜傳感器系統(tǒng)與圖1中的通用系統(tǒng)非常相似。MEMS加速度計包括傳感器元件和接口電路。加速度計信號通過一個單極點低通濾波器，該濾波器將信號帶寬限制在50Hz。模數(shù)轉換器以200 SPS的采樣率運行，并將其輸出送入數(shù)字處理級。數(shù)字處理功能包括一個均值濾波器、溫度驅動器校正公式、將靜態(tài)加速度計讀數(shù)轉變成傾斜角的數(shù)學函數(shù)、用戶接口寄存器和一個串行接口。
假設偏置誤差為零，當加速度計的測量軸與重力方向垂直時，其輸出將為零。其測量軸與重力方向平行時，將產生+1 g或–1 g的輸出，極性取決于方向。靜態(tài)加速度計測量與傾斜角之間的關系是一個簡單的正弦或正切函數(shù)，如圖3所示。這里的分析重點考慮水平模式（正弦）。
圖 3. MEMS傾斜傳感器工作原理
2. 通過產品文獻獲取相關信息
表 1 列出了影響高級傳感器系統(tǒng)周期供電的參數(shù)。這些參數(shù)一部分可從產品數(shù)據(jù)手冊獲得，而其他參數(shù)需要針對終端系統(tǒng)性能目標進行分析。PON和T1是數(shù)據(jù)手冊提供的參數(shù)。其余參數(shù)可用于估計T2和T3。關閉模式功率得自線性調節(jié)器的關斷電流。
表 1. 傳感器系統(tǒng)技術指標
| 參數(shù) | 值 |
| 電源電壓 | +3.3 V |
| 功率，正常工作 | 46.2 mW (PON) |
| 功率，關閉模式 | 3.3 µW (POFF) |
| 功率，休眠模式 | 1.2 mW (POFFS) |
| 上電時間 | 190 ms (T1) |
| 休眠模式恢復時間 | 2.5 ms (T1S) |
| 加速度計范圍 | ±1.7 g |
| 傾斜角范圍 | ±30° |
| 低通濾波器 | –3 dB，50 Hz，單極點 |
| 采樣速率 | 200 SPS |
| 數(shù)字濾波器 | 移動平均，256，最大值 |
3. 利用經驗假設來量化其余影響因素
建立時間影響一個傳感器系統(tǒng)能夠支持的精度和測量速率。許多不同的因素都會影響建立時間，但這里重點分析電的因素。估計建立時間需要性能目標、部分重要假設和一個用于分析傳感器對供電響應的模型。第一項重要假設是濾波器在初始啟動周期（上電時間）之后建立。雖然這兩個周期可以同時進行，但以連續(xù)發(fā)生的方式著手分析是更為保守的方法。圖 4 提供分析傳感器對供電響應的簡化模型。
圖 4. 建立時間分析的模型
供電后，加速度計傳感器的輸出 a(t)呈現(xiàn)階躍響應。因為傳感器采用單電源供電，其輸出很可能會從零開始，并迅速轉變至確定其方位的電平。為簡明起見，假定零輸出與最低有效加速度水平相對應。這種情況下，我們采用–2 g加速度，以便在最小額定值–1.7 g的基礎上提供一些裕量。同時，最大傾斜范圍為+30°，相當于+0.5 g。將這兩個間隔結合，加速度計信號在啟動時可進行的最大轉換為+2.5 g。單極點、低通濾波器的階躍響應 b(t)可通過以下公式獲得：
包括數(shù)字濾波器的模型需要離散形式的 b(t)，以及一個總和模型來仿真濾波器。
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