超低功耗獨立運動開關(guān)

器件連接/參考

ADXL362：Nanopower、三軸、±2 g/±4 g/±8 g數(shù)字輸出MEMS加速度計

ADP195：采用反向電流阻擋的邏輯控制型高端電源開關(guān)

評估和設計支持

電路評估板

CN-0274電路評估板(EVAL-CN0274-SDPZ)

系統(tǒng)演示平臺(EVAL-SDP-CS1Z)

設計和集成文件

原理圖、布局文件、物料清單

電路功能與優(yōu)勢

圖1所示電路采用一個三軸ADXL362數(shù)字加速度計和ADP195高端電源開關(guān)來構(gòu)建一個超低功耗、對運動敏感的開關(guān)。

圖1. 超低功耗獨立運動開關(guān)(原理示意圖：未顯示去耦和所有連接)

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(xiàn)低功耗的加速度計不同，ADXL362沒有通過欠采樣混疊輸入信號;它采用全數(shù)據(jù)速率進行持續(xù)采樣。還有一個片內(nèi)、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(nèi)的分辨率為1 mg/LSB。噪聲電平要求低于480 μg/√Hz的應用可以選擇兩個低噪聲模式(低至120 μg/√Hz)之一，電源電流增加極小。

ADXL362的最小額定工作溫度范圍是−40°C至+85°C，并提供16引腳陶瓷基板柵格陣列(LGA)封裝。

ADP195是一款高端負載開關(guān)，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(nèi)置一個低導通電阻P溝道MOSFET，后者支持1.1 A以上的連續(xù)負載電流并可將功率損耗降至最低。

這種器件組合針對控制負載功率的獨立運動開關(guān)提供了業(yè)界領(lǐng)先的低功耗解決方案。

電路描述

ADXL362基本工作原理

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

傳感器的移動元件為多晶硅表面微加工結(jié)構(gòu)(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(jié)構(gòu)之上，提供加速度力量阻力。

結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)由差分電容進行測量。每個電容均由獨立固定板和活動質(zhì)量連接板組成。任何加速度均會使梁偏轉(zhuǎn)、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(diào)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10 nA。會保留所有待處理數(shù)據(jù)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(guān)閉。

· 測量模式是ADXL362的正常工作模式。在此模式下，器件會持續(xù)讀取加速度數(shù)據(jù)。采用2.0 V電源供電時，在輸出數(shù)據(jù)速率高達400 Hz的整個范圍內(nèi)，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12.5 Hz(最小值)至400 Hz(最大值)的數(shù)據(jù)速率持續(xù)輸出數(shù)據(jù)，同時功耗仍然低于3 μA。由于能夠以所有數(shù)據(jù)速率針對其傳感器的全部帶寬持續(xù)采樣，因此ADXL362不會出現(xiàn)欠采樣和混疊現(xiàn)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(guān)時尤其有用，可讓系統(tǒng)的其余部分保持關(guān)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?？稍L問所有寄存器，也可從器件中獲取實時數(shù)據(jù)。

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(tài)，而一旦檢測到運動就會進入測量模式。

功率/噪聲權(quán)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(tài)下的噪聲性能通常為7 LSB rms，這對于大多數(shù)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(guān)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(nèi)置邏輯可檢測到運動(加速度超過特定閾值)和非運動(加速度未超過特定閾值)。

對運動或非運動事件的檢測由狀態(tài)寄存器指示，也可配置用于產(chǎn)生中斷。此外，器件的運動狀態(tài)(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，可以使用運動和非運動檢測。

運動檢測

加速度在用戶指定的一段時間內(nèi)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(xù)時間超過了用戶定義的運動時間，則置位運動狀態(tài)。在許多應用中，根據(jù)與參考點或方位的偏差進行運動檢測優(yōu)于根據(jù)絕對閾值進行運動檢測。由于這樣可消除重力導致的靜態(tài)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。