基于集成傳感器的模擬電子羅盤(pán)功能設計

　　在LSM303DLH中磁力計采用各向異性磁致電阻（Anisotropic Magneto-Resistance）材料來(lái)檢測空間中磁感應強度的大小。這種具有晶體結構的合金材料對外界的磁場(chǎng)很敏感，磁場(chǎng)的強弱變化會(huì )導致AMR自身電阻值發(fā)生變化。

　　在制造過(guò)程中，將一個(gè)強磁場(chǎng)加在A(yíng)MR上使其在某一方向上磁化，建立起一個(gè)主磁域，與主磁域垂直的軸被稱(chēng)為該AMR的敏感軸，如圖3所示。為了使測量結果以線(xiàn)性的方式變化，AMR材料上的金屬導線(xiàn)呈45º角傾斜排列，電流從這些導線(xiàn)上流過(guò)，如圖4所示。由初始的強磁場(chǎng)在A(yíng)MR材料上建立起來(lái)的主磁域和電流的方向有45º的夾角。

　　當有外界磁場(chǎng)Ha時(shí)，AMR上主磁域方向就會(huì )發(fā)生變化而不再是初始的方向了，那么磁場(chǎng)方向和電流的夾角θ也會(huì )發(fā)生變化，如圖5所示。對于A(yíng)MR材料來(lái)說(shuō)，θ角的變化會(huì )引起AMR自身阻值的變化，并且呈線(xiàn)性關(guān)系，如圖6所示。

　　ST利用惠斯通電橋檢測AMR阻值的變化，如圖7所示。R1/R2/R3/R4是初始狀態(tài)相同的AMR電阻，但是R1/R2和R3/R4具有相反的磁化特性。當檢測到外界磁場(chǎng)的時(shí)候，R1/R2阻值增加?R而R3/R4減少?R。這樣在沒(méi)有外界磁場(chǎng)的情況下，電橋的輸出為零；而在有外界磁場(chǎng)時(shí)電橋的輸出為一個(gè)微小的電壓?V。

圖7 惠斯通電橋

　　當R1=R2=R3=R4=R，在外界磁場(chǎng)的作用下電阻變化為?R時(shí)，電橋輸出?V正比于?R。這就是磁力計的工作原理。

　　2.2 置位/復位(Set/Reset)電路

　　由于受到外界環(huán)境的影響，LSM303DLH中AMR上的主磁域方向不會(huì )永久保持不變。LSM303DLH內置有置位/復位電路，通過(guò)內部的金屬線(xiàn)圈周期性的產(chǎn)生電流脈沖，恢復初始的主磁域，如圖8所示。需要注意的是，置位脈沖和復位脈沖產(chǎn)生的效果是一樣的，只是方向不同而已。

圖8 LSM303DLH置位/復位電路

　　置位/復位電路給LSM303DLH帶來(lái)很多優(yōu)點(diǎn)：

　　1）即使遇到外界強磁場(chǎng)的干擾，在干擾消失后LSM303DLH也能恢復正常工作而不需要用戶(hù)再次進(jìn)行校正。

　　2）即使長(cháng)時(shí)間工作也能保持初始磁化方向實(shí)現精確測量，不會(huì )因為芯片溫度變化或內部噪音增大而影響測量精度。

　　3）消除由于溫漂引起的電橋偏差。

　　2.3 LSM303DLH的性能參數

　　LSM303DLH集成三軸磁力計和三軸加速計，采用數字接口。磁力計的測量范圍從1.3 Gauss到8.1 Gauss共分7檔，用戶(hù)可以自由選擇。并且在20 Gauss以?xún)鹊拇艌?chǎng)環(huán)境下都能夠保持一致的測量效果和相同的敏感度。它的分辨率可以達到8 mGauss并且內部采用12位ADC，以保證對磁場(chǎng)強度的精確測量。和采用霍爾效應原理的磁力計相比，LSM303DLH的功耗低，精度高，線(xiàn)性度好，并且不需要溫度補償。

　　LSM303DLH具有自動(dòng)檢測功能。當控制寄存器A被置位時(shí)，芯片內部的自測電路會(huì )產(chǎn)生一個(gè)約為地磁場(chǎng)大小的激勵信號并輸出。用戶(hù)可以通過(guò)輸出數據來(lái)判斷芯片是否正常工作。

　　作為高集成度的傳感器模組，除了磁力計以外LSM303DLH還集成一顆高性能的加速計。加速計同樣采用12位ADC，可以達到1mg的測量精度。加速計可運行于低功耗模式，并有睡眠/喚醒功能，可大大降低功耗。同時(shí)，加速計還集成了6軸方向檢測，兩路可編程中斷接口。