Журнал "Новости Электроники", номер 7, 2008 год.Новые трехкоординатные датчики ускорения
Андрей Еманов (КОМПЭЛ)Новая серия датчиков ускорения MMA73xxL ориентирована на массовое применение в устройствах с повышенным требованием к габаритам, цене и энергопотреблению. В статье приведено описание новой серии датчиков, а также рассмотрены средства разработки для этой серии и ее основные области применения.
Cерия трехкоординатных датчиков ускорения MMA73xxL (3-D accelerometer) c однополярным питанием 3,3 В представлена компанией Freescale. Основное предназначение таких датчиков - определение факта свободного падения, углов наклона относительно плоскости поверхности земли, контроля положения, уровня вибрации или удара.
Принцип действия акселерометров MMA73xxL достаточно прост: к матрице из трех взаимно перпендикулярно размещенных специальных герметичных емкостных ячеек (G-cell) - преобразователей ускорение-емкость (рис. 1) - подключен преобразователь емкость-напряжение, на выходе которого размещен НЧ-фильтр с частотами среза 400 Гц (оси X и Y) и 300 Гц (ось Z) с встроенной температурной компенсацией (рис. 2). Внутренний тактовый генератор (≈13 кГц) со стабилизацией по температуре и напряжению питания фактически управляет работой всех остальных узлов датчика.
Рис. 1. Упрощенная модель преобразователя ускорение-емкость
Рис. 2. Структурная схема датчиков ускорения серии MMA73xxL
Для приложений, критичных к надежности, в датчиках серии MMA73xxL реализован режим самодиагностики, который позволяет контролировать целостность всех его внутренних узлов. Для включения этого режима на вход "Self Test" следует подать высокий логический уровень, при этом на G-ячейках X и Y принудительно установится уровень ускорения ±0,1g, на G-ячейке Z - уровень 0,9...1,1g, что соответствует строго горизонтальному размещению датчика в рабочем режиме.
Во всех акселерометрах MMA73xxL (за исключением MMA7368L) реализован узел для определения факта свободного падения (выход "0g-Detect"). Например, эта особенность окажется полезной для повышения надежности накопителей на жестких магнитных дисках (HDD) при ударах или повышенных уровнях вибраций.
Вход "g-Select" (не реализован в MMA7368L) позволяет выбрать один из двух диапазонов работы акселерометров, фактически он управляет коэффициентом усиления выходных усилителей для всех осей одновременно.
Для питания акселерометров достаточно одного источника питания с номинальным выходным напряжением 3,3 В. Управление потребляемой мощностью (вход "Sleep") позволяет перевести датчик в режим сверхнизкого потребления с током потребления не более 3 мкА, что особенно важно для устройств с батарейным питанием. В основном режиме датчик потребляет около 400 мкА. При переключении датчика в основной режим питания уже примерно через 1 мс возможна работа с ним.
Датчики серии MMA73xxL отличаются друг от друга в основном диапазонами рабочего ускорения (чувствительностью) и температурной стабильностью: для датчиков MMA73x0L - 0,03%/°С, а для MMA73x1L - 0,002%/°С (см. табл. 1).
Таблица 1. Основные характеристики датчиков ускорения серии MMA73xx| Наимено- вание | Чувст- ви- тель- ность, g | Напря- жение питания, В | Ток потреб- ления в актив- ном режи- ме, мкА | Ток потреб- ления в спящем режи- ме, мкА | Чувстви- тельность, мВ/g | Верх- няя частота пропус- кая выход- ного НЧ- фильтра, Гц | Выход- ное напря- жение, В | Нели- ней- ность зави- си- мости выход- ного напря- жения от уско- рения | Тем- пера- тур- ная ста- биль- ность, %/°С | Рабо- чая тем- пера- тура, °С | Корпус |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MMA7330L | ±4/±12 | 2,2...3,6 | 400 | 3 | 308 (±4g), 83,6 (±12g) | 400 (X, Y), 300 (Z) | от 0,1 до Uпит -0,1 | ±1% | ±0,030 | -40...85 | LGA-14 |
| MMA7331L | ±4/±12 | 308 (±4g), 83,6 (±12g) | ±0,002 | ||||||||
| MMA7340L | ±3/±11 | 440 (±3g), 118 (±11g) | ±0,030 | ||||||||
| MMA7341L | ±3/±11 | 440 (±3g), 118 (±11g) | ±0,002 | ||||||||
| MMA7360L | ±1,5/±6 | 800 (±1,5g), 206 (±6g) | ±0,030 | ||||||||
| MMA7361L | ±1,5/±6 | 800 (±1,5g), 206 (±6g) | ±0,002 | ||||||||
| MMA7368L | ±1,5 | 800 | ±0,002 |
Все датчики серии MMA73xxL выпускаются в малогабаритном 14-выводном корпусе LGA (Land Grid Array), размером 3x5 мм и толщиной 1 мм. Широкий диапазон рабочей температуры значительно расширяет области применения датчиков этой серии. Вот лишь некоторые основные области применения MMA73xxL:
- различного рода ручные манипуляторы и джойстики для игр и развлечений;
- детекторы свободного падения (жесткие диски для MP3-плееров, ноутбуки);
- защита от похищения (ноутбуки и т.п.);
- стабилизаторы изображения (фотоаппараты, мобильные телефоны, видеокамеры);
- шагомеры, электронные наручные компасы;
- датчики и детекторы перемещения (промышленность, роботы).
Средства разработки
Для начального ознакомления с возможностями акселерометров серии MMA73xxL компания-производитель предоставляет соответствующие средства разработки. Например, комплект RD3473MMA7360L (рис. 3), помимо датчика MMA7360L содержит в своем составе 8-битный микроконтроллер MC9SO8QG8, экономичный трансивер MC13191 для диапазона 2,4 ГГц, литиевую батарейку CR2032, емкости которой хватит примерно на 10 дней при непрерывной передаче данных через модуль.
Рис. 3. Внешний вид набора отладочного набора RD3473MMA7360L на основе акселерометра MMA7360L
Более подробные сведения об этом наборе можно найти на сайте производителя.
Наборы IT3376MMA7331L, а также IT3376MMA7341L, IT3376MMA7361L позволяют в кратчайшие сроки начать освоение и разработку на основе датчиков ускорения MMA7331L, MMA7341L, MMA7361L соответственно (рис. 4).
Рис. 4. Внешний вид отладочного набора IT3376MMA73x1L на основе акселерометров MMA73x1L
На платах этих наборов размещен минимальный набор компонентов: переключатели режима потребления, диапазона работы.
Заключение
Благодаря малым габаритам, высокой экономичности, широкому диапазону температур, низкой цене трехкоординатные акселерометры компании Freescale Semiconductors найдут свое применение в очень многих электронных устройствах: от наручных компасов и мобильных телефонов до промышленных манипуляторов.
| Ваш комментарий к статье | ||||
