ADIS16228加速度传感器手册

亚德诺半导体——数字三轴振动传感器ADIS16228产品特性频域三轴振动传感器高达5kHz的平坦频率响应数字加速度数据，±18g测量范围数字测量范围设置：0至1g/10g/10g/20g实时采样模式：20.48kSPS采样率，单轴采集样本模式：20.48kSPS采样率，三个轴触发模式：SPI，定时器，外部中断可编程抽取滤波器，11种速率设置对于选定的过滤器可设置多记录捕获手动捕获模式时域数据采集FFT，512点，实值，所有三个轴（X，Y，Z）3个窗函数选项：矩形，汉宁，平顶可编程FFT平均：高达255的平均次数贮存：可存储所有三个轴14个FFT记录（X，Y，Z）可编程报警，6个谱带可定义2级的警告和故障设置可调节的响应延迟，以减少误报内部自检与状态标志数字式温度和电源电压测量2个辅助数字I/OSPI兼容串行接口识别寄存器：序列号，设备ID，用户ID单电源供电：3.0V至3.6V工作温度范围：-40°C至+125°C15毫米×24毫米×15mm铝封装，柔性接头应用振动分析状态监测机器运行状况仪器仪表，诊断安全切断传感概述ADIS16228是一个完整的振动监测测系统，集三轴加速度传感器和先进的时域、频域信号处理算法于一体。时域的信号处理包括可编程抽取滤波器和可选的窗函数。频域处理包括每个轴512点，实值的FFT变化，采用FFT平均，降低噪声本底变化，从而提高分辨率。根据存储系统中的14个FFT记录，用户可以追踪随时间发生的变化，并利用多个抽取滤波器设置捕获FFT。20.48kSPS的采样速率和5kHz的平坦频段提供的频率响应适合许多机械设备的健康应用。铝芯提供优异的机械耦合到MEMS加速度传感器。一个内部时钟驱动系统所有的数据采样和信号处理操作，消除了对外部时钟源的依赖。数据捕获功能具有三种模式，提供多种选择，以满足不同应用的需要。此外，实时模式下提供了直接访问的一轴流数据。利用SPI和数据缓冲结构可以方便地访问数据输出。ADIS16228还提供数字温度传感器和数字电源测量。ADIS16228上有凸缘，螺丝孔（M2或2-56），和一个柔性连接器。简单的用户安装界面和15毫米的×24毫米×15毫米模块。它具有-40°C至+125°C扩展级工作温度范围。图1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TA=25℃TA=25℃相对于满量程相对于封装安装孔TA=25℃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±180.30520.6104±6±0.2±1.252.61.5±11120.24884050005.5gmg/LSBmg/LSB%%%Degreesgmg/℃mg/msmg/HzHzHzkHz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RSTRST输入电容CINVIH=3.3VVIL=0V2.00.8±0.2±1-40-60-110VVuAuAmApF数字输出输出高电压VOH输出低电压VOLIsource=1.6mAIsink=.61mA2.40.4VV闪存耐久性数据保持期限Tj=85℃，见图2510,00020CyclesYears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]=1202542.3msmsms采样速率时钟精度REC_CTRL1[11:8]=0x1(SR0samplerateselection)20.483kSPS%供电电压工作电压范围，VDD记录模式，TA=25℃睡眠模式，TA=25℃3.03.33.64048230VmAuA时序规格表2。除非另有说明，TA=25°C，VDD=3.3V。参见图3和图4。参数说明最小值典型值最大值单位fSCLKtSTALLtCStDAVtDSUtDHDtSRtSFtDF,tDRtSFSSCLK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0.012516.548.810024.448.812.512.5512.55MHzusnsnsnsnsnsnsnsns图2.SPI时序图图3.DIN位序绝对最大额定值表3参数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2000g2000g−0.3V至+6.0V−0.3V至+5.3V−0.3V至+3.6V−0.3V至+3.6V−40°C至+125°C−40°C至+150°C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θJAθJC器件重量15引脚MCML31°C/W11°C/W6.5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说明1,23,4,5,86,97101112131415VDDGNDDNCDIO2RSTDINDOUTSCLKcsDIO1SSN/AI/OIIOIII/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1S=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引脚名称功能SSSCLKMOSIMISOIRQ1，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设置处理器设置说明主机SCLK速率≤2.5MHzSPI模式3MSB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功能参考FLASH_CNTX_SENSY_SENSZ_SENSTEMP_OUTSUPPLY_OUTFFT_AVG1FFT_AVG2BUF_PNTRREC_PNTRX_BUFY_BUFZ_BUFREC_CTRL1REC_CTRL2REC_PRDALM_F_LOWALM_F_HIGHALM_X_MAG1ALM_Y_MAG1ALM_Z_MAG1ALM_X_MAG2ALM_Y_MAG2ALM_Z_MAG2ALM_PNTRALM_S_MAGALM_CTRLDIO_CTRLGPIO_CTRLAVG_CNTDIAG_STATGIOB_CMD只读读/写读/写读/写只读只读读/写读/写读/写读/写只读只读只读读/写读/写读/写读/写读/写读/写读/写读/写读/写读/写读/写读/写读/写读/写读/写读/写读/写只