ADIS16228加速度传感器手册文档格式.docx
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技术规格
表1。
除非另有说明,TA=−40°
C至+85°
C,VDD=3.3V。
参数
测试条件/注释
最小值典型值最大值
单位
加速度计
测量范围
灵敏度,FFT
灵敏度,时域
灵敏度误差
非线性度
跨轴灵敏度
对齐误差
失调误差
失调温度系数
输出噪声
输出噪声密度
带宽
传感器谐振频率
TA=25℃
TA=25℃,0g至20g范围设置
相对于满量程
相对于封装安装孔
TA=25℃,20.48kHz采样速率,时域
TA=25℃,10Hz至1kHz
±
5%平坦度,CAL_ENABLE[4]=0,见图17
5%平坦度,CAL_ENABLE[4]=1,见图18
18
0.3052
0.6104
±
6
0.2±
1.25
2.6
1.5
1
1
12
0.248
840
5000
5.5
g
mg/LSB
%
Degrees
mg/℃
mg/ms
mg/Hz
Hz
kHz
逻辑输入
输入高电压VINH
输入低电压VINL
逻辑1输入电流,IINH
逻辑0输入电流,IINL
除过RST
RST
输入电容CIN
VIH=3.3V
VIL=0V
2.0
0.8
-40-60
-1
10
V
uA
mA
pF
数字输出
输出高电压VOH
输出低电压VOL
Isource=1.6mA
Isink=.61mA
2.4
0.4
闪存
耐久性
数据保持期限
Tj=85℃,见图25
10,000
20
Cycles
Years
启动时间
初始启动时间
复位启动时间
休眠模式恢复时间
RST低电平或者GLOB_CMD[7]=1
202
54
2.3
ms
采样速率
时钟精度
REC_CTRL1[11:
8]=0x1(SR0samplerateselection)
20.48
3
kSPS
供电
电压
工作电压范围,VDD
记录模式,TA=25℃
睡眠模式,TA=25℃
3.03.33.6
4048
230
时序规格
表2。
除非另有说明,TA=25°
参见图3和图4。
说明
fSCLK
tSTALL
tCS
tDAV
tDSU
tDHD
tSR
tSF
tDF,tDR
tSFS
SCLK频率
数据加载时间,在第16和第17个SCLK之间
CS至SCLK边沿
SCLK边沿之后数据输出有效时间
SCLK边沿之前数据输入建立时间
SCLK边沿之后数据输入保持时间
SCLK上升时间
SCLK下降时间
数据输出下降时间,图中未显示
CSSCLK边沿之后CS高电平时间
0.0125
16.5
48.8
100
24.4
12.5
512.5
5
MHz
us
ns
图2.SPI时序图
图3.DIN位序
绝对最大额定值
表3
额定值
加速度
任意轴,无电
任意轴,有电
VDD至GND
数字输入电压至GND
数字输出电压至GND
模拟输入电压至GND
温度
工作温度范围
存储温度范围
2000g
−0.3V至+6.0V
−0.3V至+5.3V
−0.3V至+3.6V
−40°
C至+150°
注意,超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损坏。
这只是额定最值,并不能以这些条件或者在任何其它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下,推断器件能否正常工作。
长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器件的可靠性。
表4.封装特性
封装类型
θJA
θJC
器件重量
15引脚MCML
31°
C/W
11°
6.5克
ESD警告
ESD(静电放电)敏感器件。
带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。
尽管本产品具有专利或专有保护电路,但在遇到高
能量ESD时,器件可能会损坏。
因此,应当采取适当
的ESD防范措施,以避免器件性能下降或功能丧失。
引脚配置和功能描述
图4.引脚配置
表5.引脚功能描述
引脚变换
引脚名称
类型
1,2
3,4,5,8
6,9
7
10
11
12
13
14
15
VDD
GND
DNC
DIO2
DIN
DOUT
SCLK
DIO1
S
N/A
I/O
I
O
电源,3.3V
地。
请勿连接到这些引脚。
数字输出线路2。
复位,低电平有效。
SPI,数据输入。
SPI,数据输出。
当CS为低电平时,DOUT为输出,当CS为高电平时,DOUT进入三态高阻抗模式。
SPI,串行时钟。
SPI,片选。
数字输出线路1
S=电源,O=输出,I=输入,N/A=不适用。
工作原理
ADIS16228是一款结合了三轴MEMS加速度计,具有先进信号处理能力的振动监测系统。
SPI兼容端口和用户寄存器为用户提供了方便的频域振动数据访问和传感器控制。
传感原件
ADIS16228中的数字振动检测从两个不同轴上的MEMS加速度计内核开始。
加速度计将速度的线性变化转换成具有代表性的电信号,使用如图5中所示的微机械系统。
该系统的机械部分包括两个不同的框架,一个固定式,一个移动式,这些框架有一系列层板,从而形成一个可变的差分容性网络。
收到与重力或加速度相关的力时,移动框架会改变其相对于固定框架的物理位置,结果导致电容发生变化。
微型弹簧将移动框架连接到固定框架,并决定加速度和物理位移之间的关系。
移动极板上的调制信号会通过各容性路径馈入固定框架极板和解调电路,从而生成与器件上加速运动成正比的电信号。
图5.MEMS传感器结构框图
信号处理
图6为ADIS16228的简化功能框图。
信号处理阶段包括时域数据捕获、数字抽取/滤波、加窗、FFT分析、FFT均值计算和记录存储。
有关信号处理操作的详情,请参见图14。
图6.传感器信号处理结构框图
用户界面
SPI接口
用户寄存器(包括输出寄存器和控制寄存器两者,如图6所示)管理用户对传感器的数据和配置输入的访问。
每个16位寄存器具有自己唯一的位分配和两个地址:
一个作为高位字节,一个用于低位字节。
表8提供了存储器映射到每个寄存器的示意图,连同它的功能和低字节地址。
数据收集和配置命令使用SPI接口通信,它由四根导线组成。
芯片选择(CS)信号激活SPI接口,串行时钟(SCLK)同步串行数据线。
输入命令时钟到DIN引脚,同一时间一位,在SCLK的上升沿。
输出数据输出在DOUT引脚上,跟随时钟SCLK的下降沿。
当SPI作为从设备时,DOUT内容反映使用DIN指令所要求的信息。
双存储器结构
用户寄存器为SPI接口上的所有输入/输出操作提供寻址服务。
控制寄存器采用双存储器结构(见图7)。
控制器使用静态随机访问存储器(SRAM)寄存器进行正常操作,包括用户配置命令。
闪存为拥有闪存备份功能的控制寄存器提供非易失性存储(参见表8)。
将配置数据保存到闪存中需要使用手动更新flash命令(GLOB_CMD[6]=1,DIN=0xBE40)。
当器件上电或复位时,闪存内容载入SRAM,然后器件根据控制寄存器中的配置开始生成数据。
图7.SRAM和闪存结构框图
基本工作原理
ADIS16228使用SPI进行通信,这使得它与相匹配的嵌入式处理器平台的连接非常简便,如图8所示。
DIO1的工厂默认配置提供了一个繁忙指示信号,当输出由高变低时说明数据采集过程完成,外部可读取传感器数据。
如果需要的话,使用DIO_CTRL寄存器(见表66),重新配置DIO1和DIO2。
图8.电气连接框图
表6.通用主处理器引脚名称和功能
功能
SS
MOSI
MISO
IRQ1,IRQ2
选择从机
串行时钟
主机输出,从机输入
主机输入,从机输出
中断请求输出(可选)
ADIS16228SPI接口支持全双工串行通信(同步收发),并使用图12所示的位序。
表7列出了最常用的设置,在为ADIS16228SPI接口初始化处理器串行端口时需要注意这些设置。
表7.通用主处理器SPI设置
处理器设置
主机
SCLK速率≤2.5MHz
SPI模式3
MSB优先
16位
ADIS选择从机
比特率设置
时钟极性/相位
(CPOL=1,CPHA=1)
位序
移位寄存器/数据长度
图12.SPI读写时序举例
表8列出了用户寄存器及其低位字节地址。
每个寄存器都由两个字节构成,其中每一个都有其独特的7位地址。
图9展示了每个寄存器的位与其高位地址和低位地址之间的关系。
图9.通用寄存器位定义
SPI写命令
用户控制寄存器控制着许多内部操作。
图12中的DIN位序提供了对这些寄存器进行写操作的能力,一次一个字节。
有些配置变化和功能只需一个写周期。
例如,设置GLOB_CMD[11]=1(DIN=0xBF08)以启动人工捕捉序列。
人工捕捉的最后一位时钟到DIN(第16个SCLK的上升沿)后立即启动。
其它配置可能需要写入两个字节。
图10.手动捕获模式开启SPI时序图(DIN=0xBF08)
SPI读命令
单个寄存器读取操作需要两个16位SPI周期,这两个周期也使用图12中的位分配。
第一个序列设置R/W=0并传送目标地址(位[A6:
A0])。
对于读取DIN序列,位[D7:
D0]是无关位。
在第二个序列期间,DOUT逐个输出请求的寄存器内容。
第二个序列还使用DIN来设置下一读取。
图11是读取PROD_ID时全部四种SPI信号的信号图。
在此图中,DIN=0x5600且DOUT反映16228的十进制等效值。
图11.SPI读时序举例,PROD_ID,第二时序
表8.用户寄存器存储器映射
寄存器名称
访问
闪存备份
地址
默认
参考
FLASH_CNT
X_SENS
Y_SENS
Z_SENS
TEMP_OUT
SUPPLY_OUT
FFT_AVG1
FFT_AVG2
BUF_PNTR
REC_PNTR
X_BUF
Y_BUF
Z_BUF
REC_CTRL1
REC_CTRL2
REC_PRD
ALM_F_LOW
ALM_F_HIGH
ALM_X_MAG1
ALM_Y_MAG1
ALM_Z_MAG1
ALM_X_MAG2
ALM_Y_MAG2
ALM_Z_MAG2
ALM_PNTR
ALM_S_MAG
ALM_CTRL
DIO_CTRL
GPIO_CTRL
AVG_CNT
DIAG_STAT
GIOB_CMD
ALM_X_STAT
ALM_Y_STAT
ALM_Z_STAT
ALM_X_PEAK
ALM_Y_PEAK
ALM_Z_PEAK
TIME_STAMP_L
TIME_STAMP_H
LOT_ID1
LOT_ID2
PROD_ID
SERIAL_NUM
USER_ID
REC_FLSH_CNT
REC_INFO1
ALM_X_FREQ
ALM_Y_FREQ
ALM_Z_FREQ
REC_INFO2
REC_CNTR
CAL_ENABLE
只读
读/写
只写
是
否
不适用
是、
0x00
0x02
0x04
0x06
0x08
0x0A
0x0C
0x0E
0x10
0x12
0x14
0x16
0x18
0x1A
0x1C
0x1E
0x20
0x22
0x24
0x26
0x28
0x2A
0x2C
0x2E
0x30
0x32
0x34
0x36
0x38
0x3A
0x3C
0x3E
0x40
0x42
0x44
0x46
0x48
0x4A
0x4C
0x4E
0x52
0x54
0x56
0x58
0x5C
0x5E
0x6E
0x70
0x72
0x74
0x76
0x78
0x7A
0x8000
0x0108
0x0101
0x0000
0x1100
0x00FF
0x0080
0x000F
0x9630
0x3F64
0x0010
闪存更新计数器
控制,x轴比例校正系数
控制,y轴比例校正系数
控制,z轴比例校正系数
输出数据采集时刻的温度
输出数据采集时刻的电压
控制,FFT平均1,SR0和SR1
控制,FFT平均2,SR2和SR3
控制,buffer地址指针
控制,记录地址指针
输出,X轴加速度数据缓冲区
输出,Y轴加速度数据缓冲区
输出,Z轴加速度数据缓冲区
控制,记录控制寄存器1
控制,记录控制寄存器2
控制,记录周期(自动模式下)
警报,频带最低频率限制
警报,X轴门限1(warning)
警报,Y轴门限1(warning)
警报,Z轴门限1(warning)
警报,X轴门限2(falut)
警报,Y轴门限2(falut)
警报,Z轴门限2(falut)
警报,报警频带指针
警报,系统报警门限
警报,报警控制寄存器
控制,功能I/O控制寄存器
控制,普通I/O控制寄存器
采样速率控制(平均计数)
标志位,系统异常报警
控制,全局控制寄存器
报警,X轴,报警指示寄存器
报警,Y轴,报警指示寄存器
报警,Z轴,报警指示寄存器
报警,X轴峰值电平
报警,Y轴峰值电平
报警,Z轴峰值电平
时间戳,低位整数
时间戳,高位整数
批次标识码1
批次标识码2
产品标识寄存器
串口数字
用户序号寄存器
闪存写周期计数
记录设置
警报,X轴,最严重报警频率
警报,Y轴,最严重报警频率
警报,Z轴,最严重报警频率
记录计数
控制,频率矫正使能
见表68
见表16
见表17
见表18
见表56
见表54
见表19
见表20
见表47
见表48
见表49
见表50
见表51
见表9
见表14
见表10
见表28
见表29
见表30
见表31
见表32
见表33
见表34
见表35、
见表27
见表36
见表26
见表66
见表67
见表11
见表65
见表64
见表37
见表38
见表39
见表40
见表41
见表42
见表61
见表62
见表69
见表70
见表71
见表72
见表73
见表24
见表59
见表43
见表44
见表45
见表60
见表22
见表13
数据记录模式和信号处理
ADIS16228为记录和监控振动数据提供了一种完整的检测系统。
图13提供了与三个轴(x轴,y轴和z轴)上的频谱记录采集相关联的信号处理电路的简化功能框图。
用户寄存器用于控制数据类型(时间或频率)、触发模式(手动或自动)、采集模式(实时或捕获)、采样速率和滤波、加窗、FFT均值计算、频谱报警以及输入/输出管理。
记录模式
记录模式选择建立数据类型(时域或频域)、触发类型(手动或自动)以及数据采集(捕获或实时)。
REC_CTRL1[1:
0]位(见表9)提供四种工作模式:
手动FFT、自动FFT、手动时间捕获和实时。
在REC_CTRL1设置之后,手动FFT、自动FFT和手动时间捕获三种模式要求通过一个启动命令来开始捕获频谱记录或时域记录。
在此模式下有两个启动命令选项:
SPI和I/O。
SPI的触发包括设置GLOB_CMD[11]=1(DIN=0xBF08)。
I/O触发涉及使用DIO_CTRL(见表66)来配置DIO1或DIO2作为输入的触发线。
表9.REC_CTRL1(低位地址=0x1A),读/写
位
描述(默认值为0x1100)
[15:
14]
[13:
12]
11
9
8
7
[6:
4]
[3:
2]
[1:
0]
未使用(无关位)
窗口设置,00=矩形,01=Hanning,10=平顶,11=不适用
SR3,1=为FFT使能,0=禁用;
采样速率=20000/(2AVG_CNT[15:
12]),见表11
SR2,1=为FFT使能,0=禁用;
采样速率=20000/(2AVG_CNT[11:
8]),见表11
SR1,1=为FFT使能,0=禁用;
采样速率=20000/(2AVG_CNT[7:
4]),见表11
SR0,1=为FFT使能,0=禁用;
采样速率=20000/(2AVG_CNT[3:
0]),见表11
各次记录之间关断电源,1=使能
存储方法:
00=无,01=报警触发器,10=全部,11=不适用
记录模式:
00=手动FFT,01=自动FFT,10=手动时间捕获,11=实时采样/数据访问
手动FFT模式
设置REC_CTRL1[1:
0]=00,使传感器处于手动FFT模式下。
然后用start命令触发产生频谱记录。
当传感器采集完一个频谱记录后,使用繁忙指示(DIO1,出厂缺省值)来驱动外部处理器产生中断服务,该过程完成之后,就可以开始收集数据。
DIAG_STAT是唯一可以在设备处理过程中SPI可以读取的寄存器,读该寄存器返回一个0x00,则传感器繁忙,返回0x80的时候,说明数据准备好可以外部访问。
当单个谱记录完成后,设备等待另一个启动指令。
自动FFT模式
0]=01,使传感器处于自动FFT模式下。
使用REC_PRD寄存器(见表10)编程控制每个频谱记录之间的时间间隔,然后用start命令触发周期性谱记录。
例如设定REC_PRD=0x020A(DIN=0x9E0A,0x9F02),即设置触发周期为10小时。
表10.REC_PRD(低位地址=0x1E),读/写
描述(默认值为0x0000)
10]
[9:
8]
[7:
量表数据位,00=1秒/LSB,01=1分钟/LSB,10=1小时/LSB
数据位,二进制格式,范围=0至255
手动时间捕获模式
设置REC_CTRL1[1:
0]=10,以将器件置于手动时间捕获模式,这会触发单次时域数据捕获。
当器件在该模式下工作时,每个轴将有512个时域样本被载入缓冲器。
在载入数据缓冲器以便用户访问之前,这些数据将经历除preFFT加窗之外的所有时域信号处理过程。
当数据记录完成时,器件会将该数据传输至数据缓冲区
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