汽車安全氣囊加速計(jì)MMA2204D及其應(yīng)用

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的增長，公路運(yùn)輸量大幅度增長，行車速度也顯著提高，隨之而來的就是交通事故呈現(xiàn)上升趨勢。而安全氣囊是一種很有效的減少傷亡的保護(hù)措施。

1 MMA2204D的主要特性

汽車碰撞時(shí)，最具特征的變化是加速度。所以，安全氣囊設(shè)計(jì)一般都針對汽車碰撞時(shí)產(chǎn)生的加速度變化來對加速度進(jìn)行檢測。而且檢測時(shí)普遍采用加速度計(jì)。在安全氣囊中使用的加速度計(jì)通常應(yīng)具備以下性能：

◇應(yīng)能將汽車碰撞時(shí)產(chǎn)生的加速度轉(zhuǎn)換成與其成比例的電信號(hào)(例如電流、電壓等)，且靈敏度要高：

◇對感應(yīng)到的電信號(hào)應(yīng)有一定的放大和頻率選擇能力：

◇應(yīng)具有自檢功能：

◇應(yīng)有良好的溫度穩(wěn)定性，而且可拄性要高，結(jié)構(gòu)堅(jiān)同，尺寸小。便于安裝；

◇為了降低安全氣囊的成本，加速度計(jì)的價(jià)格應(yīng)盡可能低。

2 加速度計(jì)芯片的選取

可用來作為加速度計(jì)的器件有多種類型。近年來。由于電子技術(shù)、集成工藝的快速發(fā)展，微機(jī)械硅壓阻加速度計(jì)和硅電容加速度計(jì)的性能日臻完善，價(jià)格也降低到了可接受的水平。根據(jù)安全氣囊使用的加速度所應(yīng)具有的性能，本文選擇了飛思卡爾公司的硅電容微機(jī)械加速度計(jì)MMA2204D。這是一種具有集成信號(hào)放大、信號(hào)處理、低通濾波和補(bǔ)償?shù)墓桦娙菁铀俣扔?jì)。該器件的零加速度偏置、滿量程范圍和濾波特性均由制造單位調(diào)定，不需要外接無源元件。圖l所示是其內(nèi)部簡化結(jié)構(gòu)功能框圖。

3 MMA2204D的主要功能

飛思卡爾公司的MMA2204D加速計(jì)是一種表面微機(jī)械化的集成電路加速計(jì)。該芯片含有一個(gè)表面微機(jī)械化的電容測量單元(g—cell)和一個(gè)CMOS單調(diào)節(jié)應(yīng)用型專用集成電路，其中g(shù)-cell是一種半導(dǎo)體機(jī)械結(jié)構(gòu)。MMA2204D加速計(jì)內(nèi)部有一個(gè)多晶體硅慣性塊。它懸掛在兩塊固定的多晶體極之間，加速度的作用是使該慣性塊移動(dòng)，從而使電容發(fā)生變化，然后再把電容轉(zhuǎn)化成電壓輸出。為了避免機(jī)械沖擊，該加速計(jì)還裝有阻尼和超量程制動(dòng)機(jī)構(gòu)。此外 MMA2204D還具有濾波、自檢和狀態(tài)輸出功能。

3.1 濾波置

MMA2204D汽車安全氣囊加速計(jì)內(nèi)含一個(gè)四極開關(guān)電容濾波器，使用Bessel濾波器是因?yàn)樗幸粋€(gè)時(shí)間延續(xù)響應(yīng)功能。因此可保存一個(gè)脈沖狀的積分。因?yàn)樵摓V波器采用的是開關(guān)電容技術(shù)，故設(shè)置下限截止頻率不需要額外的無緣元件(電阻和電容)。

3.2 自檢

MMA2204D 中的傳感器可通過自檢特性來檢驗(yàn)加速計(jì)在安裝完成以后任何時(shí)間的機(jī)械和電氣性能的完整性，這種特性對于自動(dòng)安全氣囊系統(tǒng)來講是非常關(guān)鍵的。對于汽車來講，其系統(tǒng)的完整性必須確保。MMA2204D在g-celI沖用第四塊板來作為自檢板，并在s出est管腳高電平有效，因而其產(chǎn)生的靜電力可導(dǎo)致中間板的偏移，加速計(jì)可控制ASIC來測量這個(gè)偏差并產(chǎn)生一個(gè)相對比例的輸出電壓。這個(gè)過程可確保加速計(jì)的機(jī)械和電子零件的功能。

3.3 狀態(tài)

MMA2204D加速計(jì)含有故障檢測和故障鎖存器，其狀態(tài)管腳可以輸出來自于故障鎖存器和自檢器的狀態(tài)信號(hào)。每當(dāng)下列情況中有一個(gè)或多個(gè)發(fā)生時(shí)，其狀態(tài)管腳將輸出高電平：

(1)供電電壓低于低電壓檢測的電壓閾值；

(2)時(shí)鐘頻率低于時(shí)鐘檢測器的最低頻率；

(3)EPROM的奇偶校驗(yàn)位為奇數(shù)。

4 MMA2201的主要性能參數(shù)和應(yīng)用電路

MMA2204D的主要性能參數(shù)如表1所列?；贛MA2204D汽車安全氣囊系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)電路如圖2所示。

5 結(jié)束語

基于MMA2204D的汽車安全氣囊電路設(shè)計(jì)簡單，測量范圍大，靈敏度高，受溫度和頻率影響小，此外，MMA2204D芯片還自帶自檢電路，而且價(jià)格適中，完全可以滿足安全氣囊加速計(jì)的設(shè)計(jì)要求。