妙用MEMS加速度計 + 高通濾波器組合“砍”系統功耗

MEMS加速度計已成為行動(dòng)裝置省電設計的重要元件。內建高通濾波器并具備自由落體偵測功能的加速度計，能藉由一支中斷接腳為處理器提供可靠的喚醒和無(wú)動(dòng)作偵測訊號，讓手機系統毋須完全啟動(dòng)處理器，即可達成省電模式的切換，進(jìn)一步節省功耗。

　　智慧型手機和平板裝置為延長(cháng)使用時(shí)間，通常會(huì )采用屏幕省電設計，因此，不管用戶(hù)在使用后是否有動(dòng)作發(fā)生，屏幕都會(huì )自動(dòng)關(guān)閉節省能源；若要重新使用功能，就必須再次打開(kāi)屏幕。

　　近來(lái)隨著(zhù)微機電系統（MEMS）感測元件技術(shù)的成熟，裝置開(kāi)發(fā)人員在自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉螢幕的設計方面，已可透過(guò)加速度計的中斷接腳執行喚醒和非動(dòng)作偵測，讓系統內部的微處理器只須監測加速度計中斷輸出接腳的脈衝沿轉變，毋須再讀取中斷訊號源的暫存器，更進(jìn)一步達成省電效果。

　　節省系統功耗　加速度計/MPU巧妙配合

　　數位MEMS加速度計通常有一支或兩支中斷輸出接腳，用于連接外部微處理器（MPU）的輸入/輸出（I/O）接腳。加速度計可在后臺偵測加速度或動(dòng)作，同時(shí)微處理器可執行其他任務(wù)，或保持在省電的睡眠模式，當加速度計偵測到一個(gè)中斷事件時(shí)，微處理器被從睡眠模式喚醒，查看該中斷是否須處理。

　　同時(shí)，MEMS加速度計亦可輸出不同類(lèi)型的中斷訊號，例如資料就緒、自由落體、豎屏/橫屏旋轉、按一下/按兩下或衝擊力偵測等。不僅如此，某些加速度計還內建喚醒和無(wú)動(dòng)作偵測功能，能根據動(dòng)作強度，在低功耗的低輸出速率（ODR）模式和正常模式的高資料速率之間自動(dòng)轉換；但是，這項功能只節省加速度計本身的功耗。

　　為進(jìn)一步節省系統整體耗電量，某些微處理器有兩個(gè)或更多個(gè)通用輸入輸出（GPIO）接腳，用戶(hù)可使用加速度計的兩個(gè)中斷輸出接腳實(shí)現喚醒和動(dòng)作偵測兩項功能。不過(guò)，在某些情況下，微處理器只有一個(gè)GPIO用作中斷處理，而用戶(hù)想還用一個(gè)中斷接腳實(shí)現兩項功能，其中，如何在一個(gè)中斷輸出接腳上使用高通濾波器 （HPF）和自動(dòng)落體AND邏輯，偵測喚醒動(dòng)作和無(wú)動(dòng)作條件，且微處理器毋須參與偵測過(guò)程的省電設計，已成為開(kāi)發(fā)人員關(guān)注重點(diǎn)。

　　一般來(lái)說(shuō)，當微處理器收到加速度計中斷訊號的上升沿（Rising Edge），表示手持裝置處于非動(dòng)作狀態(tài)，收到下降沿時(shí)，則代表設備處于動(dòng)作狀態(tài)。圖1是加速度計與主處理器或微控制器（MCU）的典型硬體連接圖，在初始化過(guò)程中，系統在I2C或串列周邊介面（SPI）通電時(shí)，主處理器只須與加速度計溝通一次，然后加速度計就會(huì )在后臺連續監測動(dòng)作事件，功耗非常低。

　　圖1 主處理器與加速度計的硬體連接架構圖

　　改變INT1接腳位準　加速度計實(shí)現省電模式

　　事實(shí)上，加速度計的INT1接腳是推挽式輸出（Push-pull Output），所以預設為高位準觸發(fā)，使用者可根據自己的實(shí)際應用將其改為開(kāi)漏輸出或低位準觸發(fā)。當高位準觸發(fā)時(shí)，INT1接腳的最低電壓是 0.9×Vdd_IO，而低位準觸發(fā)時(shí)，最高電壓是0.1×Vdd_IO，而加速度計Vdd_IO能與主處理器數位電壓、Vcc_IO靈活匹配。如果主處理器只有一個(gè)電源，可將加速度計的Vdd和Vdd_IO連在一起，直接連到電源。

　　一旦行動(dòng)裝置在靜止狀態(tài)超過(guò)規定時(shí)間，加速度計將會(huì )通過(guò)INT1接腳發(fā)出從低位準向高位準轉變的上升沿中斷訊號，此時(shí)，主處理器將關(guān)閉其他元件，進(jìn)入睡眠省電模式。除非主處理器偵測到動(dòng)作事件，加速度計才會(huì )發(fā)送一個(gè)從高位準向低位準轉變的下降沿的中斷訊號，隨后，主處理器將被喚醒并打開(kāi)其他元件，使設備正常工作。