超低功耗獨立運動(dòng)開(kāi)關(guān)

器件連接/參考

ADXL362：Nanopower、三軸、±2 g/±4 g/±8 g數字輸出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(kāi)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(gè)三軸ADXL362數字加速度計和ADP195高端電源開(kāi)關(guān)來(lái)構建一個(gè)超低功耗、對運動(dòng)敏感的開(kāi)關(guān)。

圖1. 超低功耗獨立運動(dòng)開(kāi)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(lái)實(shí)現低功耗的加速度計不同，ADXL362沒(méi)有通過(guò)欠采樣混疊輸入信號;它采用全數據速率進(jìn)行持續采樣。還有一個(gè)片內、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(gè)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(kāi)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。該器件內置一個(gè)低導通電阻P溝道MOSFET，后者支持1.1 A以上的連續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(dòng)開(kāi)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，能夠測量動(dòng)態(tài)加速度(由運動(dòng)或沖擊導致)和靜態(tài)加速度(即重力)。

傳感器的移動(dòng)元件為多晶硅表面微加工結構(也稱(chēng)為梁)，置于硅晶圓頂部。多晶硅彈簧懸掛于晶圓表面的結構之上，提供加速度力量阻力。

結構偏轉由差分電容進(jìn)行測量。每個(gè)電容均由獨立固定板和活動(dòng)質(zhì)量連接板組成。任何加速度均會(huì )使梁偏轉、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(huì )保留所有待處理數據或中斷，但不會(huì )處理新的信息。ADXL362以待機模式上電，上電時(shí)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(huì )持續讀取加速度數據。采用2.0 V電源供電時(shí)，在輸出數據速率高達400 Hz的整個(gè)范圍內，該加速度計的功耗都低于3 μA。在此模式下工作時(shí)，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)的數據速率持續輸出數據，同時(shí)功耗仍然低于3 μA。由于能夠以所有數據速率針對其傳感器的全部帶寬持續采樣，因此ADXL362不會(huì )出現欠采樣和混疊現象。

· 喚醒模式非常適合以極低功耗(電源電壓為2.0 V時(shí)功耗為270 nA)簡(jiǎn)單地檢測是否存在運動(dòng)。喚醒模式在實(shí)施運動(dòng)激活開(kāi)關(guān)時(shí)尤其有用，可讓系統的其余部分保持關(guān)斷，直至檢測到運動(dòng)。在喚醒模式下，每秒只進(jìn)行6次加速度測量，以確定是否存在運動(dòng)，這樣可將功耗降至非常低的水平。在喚醒模式下，除了活動(dòng)定時(shí)器，可以使用加速度計的其它所有功能?？稍L(fǎng)問(wèn)所有寄存器，也可從器件中獲取實(shí)時(shí)數據。

CN0274評估軟件采用ADXL362的喚醒模式。也就是說(shuō)，檢測到運動(dòng)之前，ADXL362會(huì )保持休眠狀態(tài)，而一旦檢測到運動(dòng)就會(huì )進(jìn)入測量模式。

功率/噪聲權衡

ADXL362提供了幾個(gè)用于降低噪聲的選項，但使用時(shí)會(huì )造成功耗略微增加。

帶寬為100 Hz時(shí)，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(jià)來(lái)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(dòng)檢測

ADXL362的內置邏輯可檢測到運動(dòng)(加速度超過(guò)特定閾值)和非運動(dòng)(加速度未超過(guò)特定閾值)。

對運動(dòng)或非運動(dòng)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(dòng)狀態(tài)(即器件是在運動(dòng)還是靜止)通過(guò)AWAKE bit指示。

加速度計處于測量模式或喚醒模式時(shí)，可以使用運動(dòng)和非運動(dòng)檢測。

運動(dòng)檢測

加速度在用戶(hù)指定的一段時(shí)間內始終高于指定閾值時(shí)，即檢測到運動(dòng)事件。有兩種運動(dòng)檢測事件：絕對運動(dòng)檢測和參考運動(dòng)檢測。

· 使用絕對運動(dòng)檢測時(shí)，將加速度樣本與用戶(hù)設置的閾值進(jìn)行比較，以確定是否存在運動(dòng)。例如，如果閾值設為0.5 g，任意軸上的加速度為1 g并且持續時(shí)間超過(guò)了用戶(hù)定義的運動(dòng)時(shí)間，則置位運動(dòng)狀態(tài)。在許多應用中，根據與參考點(diǎn)或方位的偏差進(jìn)行運動(dòng)檢測優(yōu)于根據絕對閾值進(jìn)行運動(dòng)檢測。由于這樣可消除重力導致的靜態(tài)1 g對運動(dòng)檢測的影響，因此會(huì )特別有用。加速度計靜止時(shí)，雖然本身沒(méi)有在運動(dòng)，但其輸出仍然可以達到1 g。使用絕對運動(dòng)檢測時(shí)，如果閾值設為小于1 g，立刻就能檢測到運動(dòng)。