MEMS加速度傳感器五大功能簡化用戶設(shè)計(jì)

隨著蘋果iPhone和任天堂Wii游戲機(jī)的流行，加速度傳感器在消費(fèi)類電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。例如，筆記本中的跌落保護(hù)、MP4/手機(jī)中的屏幕自動翻轉(zhuǎn)、輕敲手機(jī)掛斷電話以及手機(jī)“翻轉(zhuǎn)靜音”等等。這些應(yīng)用改變了傳統(tǒng)設(shè)備與用戶之間的交互方式，使產(chǎn)品有了更好的用戶體驗(yàn)。作為這場變革的領(lǐng)導(dǎo)者，意法半導(dǎo)體（ST）的微機(jī)械加速度傳感器不僅能夠輸出加速度的數(shù)值，同時集成了很多的功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)上述的應(yīng)用。我們將以LIS35DE和LIS331DLH芯片內(nèi)部的功能模塊作為線索，介紹意法半導(dǎo)體加速度傳感器的性能特點(diǎn)，并介紹如何配置傳感器的功能模塊來實(shí)現(xiàn)特定的應(yīng)用。

雙中斷配置

跌落保護(hù)對于配置了硬盤的便攜式設(shè)備來說非常重要。該功能在高檔筆記本電腦中的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍。三軸加速度傳感器LIS35DE、LIS33DE和LIS331DLH/M/F均能通過中斷管腳并對加速度門檻寄存器進(jìn)行設(shè)置來實(shí)現(xiàn)跌落保護(hù)功能。其中，加速度門檻寄存器是用來設(shè)置門檻加速度的寄存器，而中斷設(shè)置寄存器是用來設(shè)置中斷輸出的條件和中斷源判定的寄存器。下面以自由落體檢測為例說明檢測原理和中斷配置方法。
物體如果處于靜止?fàn)顟B(tài)，就只受重力加速度的影響，而且物體三個軸上的重力加速度矢量和為1g。
物體如果處于自由落體狀態(tài)，理論上在物體的X軸、Y軸和Z軸三個軸上的加速度均為零。而在實(shí)際情況中，由于空氣阻力和下落旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力，三個軸上的加速度矢量和應(yīng)是某一個較小的數(shù)值。
靜止時，物體在三個軸上的加速度不可能同時小于577mg。當(dāng)然，這是一個理論上的上限參考值?？紤]到加速度傳感器在0g時的誤差和溫度變化對測量精度的影響，為防止誤觸發(fā)，可以將這個門檻值設(shè)定為360mg。如果三個軸上的加速度同時小于360mg，我們就可以認(rèn)為物體處于自由落體狀態(tài)，可以觸發(fā)中斷。需要注意的是，這個門檻值是一個絕對值，并且門檻值對X軸、Y軸和Z軸三個軸都是有效的，因此，我們可以設(shè)置加速度在某一軸上超過門檻值就產(chǎn)生中斷(“或”的關(guān)系)或者加速度在三個軸上都超過門檻值才產(chǎn)生中斷(“與”的關(guān)系)。這樣，在做跌落保護(hù)時，應(yīng)該選擇“與”的關(guān)系作為跌落的判定條件。
LIS35DE和LIS331DLH/M/F能夠提供兩個中斷配置寄存器以及互相獨(dú)立的中斷配置寄存器與加速度門檻寄存器。一個中斷信號用于跌落檢測的同時，另一個中斷可以用來設(shè)置為喚醒，即當(dāng)加速度大于設(shè)定的門檻值時，就會產(chǎn)生喚醒中斷。除了上述兩個功能外，還可以把中斷設(shè)定為數(shù)據(jù)更新通知和敲擊檢測等功能。

高通濾波器

iPhone3.0集成了一個新的功能，即只需要晃動手機(jī)就可以取消剛才的操作。如果通過這樣一些簡單的動作來代替按鍵甚至做一些新應(yīng)用，例如搖色子游戲、切換音樂等，就可以使一些常用的功能變得有趣起來。如果采用上述中斷管腳寄存器實(shí)現(xiàn)這樣的功能，就會遇到一個問題―――重力。由于重力的存在，用戶不能簡單地在FF_WU_TSH1寄存器中設(shè)置統(tǒng)一的門檻值來作為晃動或者喚醒中斷的判定條件。為此，LIS35DE集成了高通濾波器，能夠?yàn)V除緩慢變化或不變的加速度(如重力加速度)，并且可以選擇截止頻率，如表1所示。只有變化頻率高于截止頻率的加速度才能通過。
有了高通濾波器以后，通過晃動來切換手機(jī)播放的音樂就變得比較簡單了。具體的原理是，檢測手機(jī)向左、向右晃動時加速度的變化軌跡，以此來定義切換歌曲的順序。當(dāng)向左晃動手機(jī)時(切換至上一首歌)，在Y軸上會產(chǎn)生一個較大的加速度，并且加速度的方向是先負(fù)后正。反之，如果向右晃動手機(jī)(切換至下一首歌)，在Y軸上的加速度是先正后負(fù)。在這個應(yīng)用中，高通濾波器去除了重力加速度的影響。在一次有效晃動的時間范圍內(nèi)(如200ms)，正向和負(fù)向的加速度都觸發(fā)了中斷，我們即可判定為一次有效晃動；再通過判斷正向加速度和負(fù)向加速度出現(xiàn)的先后順序，我們就可以確定晃動的方向。

6D檢測