超低功耗MEMS加速度計如何實(shí)現造福人類(lèi)生活的應用

判斷一個(gè)器件是否真的是低功耗，一定還要看它的休眠電流是否足夠低，休眠電流表示器件本身的設計是否能夠滿(mǎn)足漏電流足夠小。而ADXL362的漏電流僅為10nA，到目前為止，還沒(méi)有任何一個(gè)產(chǎn)品，包括ADI自己的產(chǎn)品也不能做到這么低的休眠電流。

輸出數據速率最高可達400Hz，采用2V的電源，在運動(dòng)激活喚醒模式下，其功耗僅為300nA,采用2.5V電源時(shí)，競爭器件可使100Hz時(shí)的功耗降到了10μA(8bit分辨率)到20μA之間，使400Hz時(shí)的功耗降到了35μA(8bit分辨率)至80μA之間，而ADI把這兩種情況下的功耗分別降到了2μA和4μA(12bit分辨率)，如下圖2所示。

圖2. ADXL362與競爭器件的功耗指標比較圖

競爭器件在不進(jìn)行測量時(shí)，即使在待機模式下，其功耗一般也有500nA，這比ADXL362在喚醒模式下以6Hz的有效速率檢測運動(dòng)時(shí)的功耗要高60%。

更可實(shí)現系統級省電!

ADXL362器件不但擁有出色的功耗表現，同時(shí)還具備多種其他關(guān)鍵特性，可輕松實(shí)現系統級功效，ADXL362可以作為智能、連續運行運動(dòng)開(kāi)關(guān)的一部分，該器件有一個(gè)喚醒狀態(tài)引腳，可以自動(dòng)觸發(fā)一個(gè)開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)將打開(kāi)系統功能，完全繞過(guò)處理器。

圖3. 傳統的MEMS加速度計解決方案

圖3所示為傳統的MEMS加速度計方案，當有運動(dòng)時(shí)，系統將正常工作，沒(méi)有運動(dòng)時(shí)，加速度計將給處理器發(fā)出非運動(dòng)信號，處理器將使整個(gè)系統(包括它自己)進(jìn)入待機狀態(tài)，待機電流仍然由系統消耗，在一個(gè)擁有多個(gè)元件的系統中，這點(diǎn)電流會(huì )變得很重要。

相反，ADXL362可以在處理器不干擾的情況下，自動(dòng)驅動(dòng)一個(gè)開(kāi)關(guān)，控制是否向系統供電。圖4所示為采用ADXL362的低功耗加速度計解決方案。

圖4. 采用ADXL362的低功耗MEMS加速度計解決方案

當有運動(dòng)時(shí)，系統將正常工作，當沒(méi)有運動(dòng)時(shí)，系統絕對不消耗電流。ADXL362集成了一種增強型活動(dòng)檢測功能，可以區分各種不同的運動(dòng)，此功能可用來(lái)防止系統在不必要時(shí)打開(kāi)，簡(jiǎn)單而言，當系統應該關(guān)閉時(shí)，系統就是關(guān)閉的。

ADXL362 MEMS加速度計還嵌入了一個(gè)內部FIFO存儲器模塊，使系統設計人員可記錄數據并輸出長(cháng)數據流，從而降低處理器負載并節省額外系統功率。ADXL362有最深的FIFO深度。它的好處在于，當CPU休眠的時(shí)候，功耗很低，但器件喚醒它需要時(shí)間，而在喚醒的過(guò)程中，系統也想知道這時(shí)候的加速度計發(fā)生了什么，具體的物體運動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了什么變化，但CPU喚醒需要時(shí)間，而這個(gè)時(shí)候如果數據丟了該怎么辦?

ADXL362可以解決這樣的問(wèn)題，因為深FIFO可以存儲大量的數據，可以給系統的CPU足夠的喚醒時(shí)間。而且同時(shí)保證所有的數據采集都是實(shí)時(shí)的，不會(huì )有數據點(diǎn)的丟失。

實(shí)驗室電路：超低功耗獨立運動(dòng)開(kāi)關(guān)的實(shí)現方法

ADI公司的實(shí)驗室電路由ADI工程師設計構建，每個(gè)電路的設計和構建都嚴格遵循標準工程規范，電路的功能和性能都在實(shí)驗室環(huán)境中以室溫條件進(jìn)行了測試和驗證。這些實(shí)驗室電路解決了多種常見(jiàn)的模擬、RF/IF和混合信號設計挑戰并配有完備的文檔，易于學(xué)習、理解和集成。

ADI已開(kāi)發(fā)出基于A(yíng)DXL362和ADP195高端電源開(kāi)關(guān)的超低功耗運動(dòng)檢測開(kāi)關(guān)實(shí)驗室電路 (CN0274)以及相應的評估板和軟件，其電路描述、評估與測試結果以及PCB布局布線(xiàn)考量等詳見(jiàn)：www.analog.com/zh/circuits-from-the-lab/CN0274/vc.html。

ADXL362的特性不再贅述。采用反向電流阻擋的邏輯控制型高端電源開(kāi)關(guān) ADP195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。該負載開(kāi)關(guān)可提供電源域隔離，有助于擴大電源域隔離范圍。它內置一個(gè)低導通電阻P溝道MOSFET，支持1.1A以上的連續負載電流，功率損耗極小。這兩種器件配套使用可提供業(yè)界領(lǐng)先的控制電源到負載的超低功耗獨立運動(dòng)開(kāi)關(guān)解決方案。

圖5：超低功耗獨立運動(dòng)開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)化電氣原理圖