超低功耗獨立運動開關

器件連接/參考

ADXL362：Nanopower、三軸、±2 g/±4 g/±8 g數字輸出MEMS加速度計

ADP195：采用反向電流阻擋的邏輯控制型高端電源開關

評估和設計支持

電路評估板

CN-0274電路評估板(EVAL-CN0274-SDPZ)

系統演示平臺(EVAL-SDP-CS1Z)

設計和集成文件

原理圖、布局文件、物料清單

電路功能與優勢

圖1所示電路采用一個三軸ADXL362數字加速度計和ADP195高端電源開關來構建一個超低功耗、對運動敏感的開關。

圖1. 超低功耗獨立運動開關(原理示意圖：未顯示去耦和所有連接)

ADXL362是一款超低功耗三軸加速度計，在喚醒模式下的功耗不足100 nA。與使用功率占空比來實現低功耗的加速度計不同，ADXL362沒有通過欠采樣混疊輸入信號;它采用全數據速率進行持續采樣。還有一個片內、12位溫度傳感器，精度可達±0.5°。

ADXL362的輸出分辨率為12位支持±2 g、±4 g及±8 g三種工作范圍，±2 g范圍內的分辨率為1 mg/LSB。噪聲電平要求低于480 μg/√Hz的應用可以選擇兩個低噪聲模式(低至120 μg/√Hz)之一，電源電流增加極小。

ADXL362的最小額定工作溫度范圍是−40°C至+85°C，并提供16引腳陶瓷基板柵格陣列(LGA)封裝。

ADP195是一款高端負載開關，采用1.1 V至3.6 V電源供電，可防止電流反向從輸出端流向輸入端。該器件內置一個低導通電阻P溝道MOSFET，后者支持1.1 A以上的連續負載電流并可將功率損耗降至最低。

這種器件組合針對控制負載功率的獨立運動開關提供了業界領先的低功耗解決方案。

電路描述

ADXL362基本工作原理

ADXL362是一款三軸、超低功耗加速度測量系統，能夠測量動態加速度(由運動或沖擊導致)和靜態加速度(即重力)。

傳感器的移動元件為多晶硅表面微加工結構(也稱為梁)，置于硅晶圓頂部。多晶硅彈簧懸掛于晶圓表面的結構之上，提供加速度力量阻力。

結構偏轉由差分電容進行測量。每個電容均由獨立固定板和活動質量連接板組成。任何加速度均會使梁偏轉、差分電容失衡，從而使傳感器輸出的幅度與加速度成比例。相敏解調用于確定加速度的幅度和極性。

工作模式

ADXL362的三種基本工作模式為待機、測量和喚醒。

· 將ADXL362置于待機模式可以暫停測量，并將功耗降至10 nA。會保留所有待處理數據或中斷，但不會處理新的信息。ADXL362以待機模式上電，上電時所有傳感器功能均關閉。

· 測量模式是ADXL362的正常工作模式。在此模式下，器件會持續讀取加速度數據。采用2.0 V電源供電時，在輸出數據速率高達400 Hz的整個范圍內，該加速度計的功耗都低于3 μA。在此模式下工作時，可以使用介紹的所有功能。作為超低功耗加速度計，ADXL362能夠以12.5 Hz(最小值)至400 Hz(最大值)的數據速率持續輸出數據，同時功耗仍然低于3 μA。由于能夠以所有數據速率針對其傳感器的全部帶寬持續采樣，因此ADXL362不會出現欠采樣和混疊現象。

· 喚醒模式非常適合以極低功耗(電源電壓為2.0 V時功耗為270 nA)簡單地檢測是否存在運動。喚醒模式在實施運動激活開關時尤其有用，可讓系統的其余部分保持關斷，直至檢測到運動。在喚醒模式下，每秒只進行6次加速度測量，以確定是否存在運動，這樣可將功耗降至非常低的水平。在喚醒模式下，除了活動定時器，可以使用加速度計的其它所有功能。可訪問所有寄存器，也可從器件中獲取實時數據。

CN0274評估軟件采用ADXL362的喚醒模式。也就是說，檢測到運動之前，ADXL362會保持休眠狀態，而一旦檢測到運動就會進入測量模式。

功率/噪聲權衡

ADXL362提供了幾個用于降低噪聲的選項，但使用時會造成功耗略微增加。

帶寬為100 Hz時，ADXL362在正常工作狀態下的噪聲性能通常為7 LSB rms，這對于大多數應用都合適，具體取決于帶寬和所需的分辨率。對于要求噪聲更低的情況，ADXL362提供了兩種低噪聲工作模式，以略微增加功耗為代價來降低噪聲。

表1. ADXL362噪聲與功耗的關系

表1顯示了正常工作模式以及兩種低噪聲模式下的功耗值和噪聲密度，其中電源電壓典型值為3.3 V。

CN0274評估軟件采用ADXL362的正常工作噪聲模式。

運動檢測

ADXL362的內置邏輯可檢測到運動(加速度超過特定閾值)和非運動(加速度未超過特定閾值)。

對運動或非運動事件的檢測由狀態寄存器指示，也可配置用于產生中斷。此外，器件的運動狀態(即器件是在運動還是靜止)通過AWAKE bit指示。

加速度計處于測量模式或喚醒模式時，可以使用運動和非運動檢測。

運動檢測

加速度在用戶指定的一段時間內始終高于指定閾值時，即檢測到運動事件。有兩種運動檢測事件：絕對運動檢測和參考運動檢測。

· 使用絕對運動檢測時，將加速度樣本與用戶設置的閾值進行比較，以確定是否存在運動。例如，如果閾值設為0.5 g，任意軸上的加速度為1 g并且持續時間超過了用戶定義的運動時間，則置位運動狀態。在許多應用中，根據與參考點或方位的偏差進行運動檢測優于根據絕對閾值進行運動檢測。由于這樣可消除重力導致的靜態1 g對運動檢測的影響，因此會特別有用。加速度計靜止時，雖然本身沒有在運動，但其輸出仍然可以達到1 g。使用絕對運動檢測時，如果閾值設為小于1 g，立刻就能檢測到運動。