超低功耗独立运动开关

器件连接/参考-转自中国电子网http://www.21ic.com/power/

ADXL362：Nanopower、三轴、±2 g/±4 g/±8 g数字输出MEMS加速度计

ADP195：采用反向电流阻挡的逻辑控制型高端电源开关

评估和设计支持

电路评估板

CN-0274电路评估板(EVAL-CN0274-SDPZ)

系统演示平台(EVAL-SDP-CS1Z)

设计和集成文件

原理图、布局文件、物料清单

电路功能与优势

图1所示电路采用一个三轴ADXL362数字加速度计和ADP195高端电源开关来构建一个超低功耗、对运动敏感的开关。

 

图1. 超低功耗独立运动开关(原理示意图：未显示去耦和所有连接)

 

ADXL362是一款超低功耗三轴加速度计，在唤醒模式下的功耗不足100 nA。与使用功率占空比来实现低功耗的加速度计不同，ADXL362没有通过欠采样混叠输入信号;它采用全数据速率进行持续采样。还有一个片内、12位温度传感器，精度可达±0.5°。

ADXL362的输出分辨率为12位支持±2 g、±4 g及±8 g三种工作范围，±2 g范围内的分辨率为1 mg/LSB。噪声电平要求低于480 μg/√Hz的应用可以选择两个低噪声模式(低至120 μg/√Hz)之一，电源电流增加极小。

ADXL362的最小额定工作温度范围是?40°C至+85°C，并提供16引脚陶瓷基板栅格阵列(LGA)封装。

ADP195是一款高端负载开关，采用1.1 V至3.6 V电源供电，可防止电流反向从输出端流向输入端。该器件内置一个低导通电阻P沟道MOSFET，后者支持1.1 A以上的连续负载电流并可将功率损耗降至最低。

这种器件组合针对控制负载功率的独立运动开关提供了业界领先的低功耗解决方案。

 

电路描述

ADXL362基本工作原理

ADXL362是一款三轴、超低功耗加速度测量系统，能够测量动态加速度(由运动或冲击导致)和静态加速度(即重力)。

传感器的移动元件为多晶硅表面微加工结构(也称为梁)，置于硅晶圆顶部。多晶硅弹簧悬挂于晶圆表面的结构之上，提供加速度力量阻力。

结构偏转由差分电容进行测量。每个电容均由独立固定板和活动质量连接板组成。任何加速度均会使梁偏转、差分电容失衡，从而使传感器输出的幅度与加速度成比例。相敏解调用于确定加速度的幅度和极性。

工作模式

ADXL362的三种基本工作模式为待机、测量和唤醒。

· 将ADXL362置于待机模式可以暂停测量，并将功耗降至10 nA。会保留所有待处理数据或中断，但不会处理新的信息。ADXL362以待机模式上电，上电时所有传感器功能均关闭。

· 测量模式是ADXL362的正常工作模式。在此模式下，器件会持续读取加速度数据。采用2.0 V电源供电时，在输出数据速率高达400 Hz的整个范围内，该加速度计的功耗都低于3 μA。在此模式下工作时，可以使用介绍的所有功能。作为超低功耗加速度计，ADXL362能够以12.5 Hz(最小值)至400 Hz(最大值)的数据速率持续输出数据，同时功耗仍然低于3 μA。由于能够以所有数据速率针对其传感器的全部带宽持续采样，因此ADXL362不会出现欠采样和混叠现象。

· 唤醒模式非常适合以极低功耗(电源电压为2.0 V时功耗为270 nA)简单地检测是否存在运动。唤醒模式在实施运动激活开关时尤其有用，可让系统的其余部分保持关断，直至检测到运动。在唤醒模式下，每秒只进行6次加速度测量，以确定是否存在运动，这样可将功耗降至非常低的水平。在唤醒模式下，除了活动定时器，可以使用加速度计的其它所有功能。可访问所有寄存器，也可从器件中获取实时数据。

CN0274评估软件采用ADXL362的唤醒模式。也就是说，检测到运动之前，ADXL362会保持休眠状态，而一旦检测到运动就会进入测量模式。

功率/噪声权衡

ADXL362提供了几个用于降低噪声的选项，但使用时会造成功耗略微增加。

带宽为100 Hz时，ADXL362在正常工作状态下的噪声性能通常为7 LSB rms，这对于大多数应用都合适，具体取决于带宽和所需的分辨率。对于要求噪声更低的情况，ADXL362提供了两种低噪声工作模式，以略微增加功耗为代价来降低噪声。

表1. ADXL362噪声与功耗的关系

 

表1显示了正常工作模式以及两种低噪声模式下的功耗值和噪声密度，其中电源电压典型值为3.3 V。

CN0274评估软件采用ADXL362的正常工作噪声模式。

运动检测

ADXL362的内置逻辑可检测到运动(加速度超过特定阈值)和非运动(加速度未超过特定阈值)。

对运动或非运动事件的检测由状态寄存器指示，也可配置用于产生中断。此外，器件的运动状态(即器件是在运动还是静止)通过AWAKE bit指示。

加速度计处于测量模式或唤醒模式时，可以使用运动和非运动检测。

运动检测

加速度在用户指定的一段时间内始终高于指定阈值时，即检测到运动事件。有两种运动检测事件：绝对运动检测和参考运动检测。

· 使用绝对运动检测时，将加速度样本与用户设置的阈值进行比较，以确定是否存在运动。例如，如果阈值设为0.5 g，任意轴上的加速度为1 g并且持续时间超过了用户定义的运动时间，则置位运动状态。在许多应用中，根据与参考点或方位的偏差进行运动检测优于根据绝对阈值进行运动检测。由于这样可消除重力导致的静态1 g对运动检测的影响，因此会特别有用。加速度计静止时，虽然本身没有在运动，但其输出仍然可以达到1 g。使用绝对运动检测时，如果阈值设为小于1 g，立刻就能检测到运动。