一文帶你了解加速度計

一文帶你了解加速度計

工程師曾暄茗 發表於 2018-07-07 10:52:00

測量範圍：

傳感器輸出信號規格支持的加速度水平，通常用±g表示。 這是器件能夠測量並通過輸出精確表示的最大加速度。 例如，±3g加速度計的輸出與高達±3g的加速度成線性關係。 若加速到4g，則輸出可能無效。 注意，極限值由絕對最大加速度規定，而不是由測量範圍規定。 4g加速度不會使±3g加速度計失效。

加速度計靈敏度：

加速度（輸入）變化與輸出信號變化之比。 它定義加速度與輸出之間的理想直線關係（圖1中的灰線）。 靈敏度用特定電源電壓來規定，對於模擬輸出加速度計，單位通常是mV/g；對於數字加速度計，單位通常是LSB/g或mg/LSB。 它通常表示為一個範圍（最小值、典型值、最大值），或表示為一個典型值加上偏差百分比(%)。 對於模擬輸出傳感器，靈敏度與電源電壓成比例關係。例如，電源加倍，則靈敏度加倍。

溫度引起的靈敏度變化一般用每°C的百分比(%)變化來表示。 溫度效應由機械應力和電路溫度係數共同造成。

圖1. 非線性度衡量加速度計響應（黑線）與理想線性響應（灰線）的偏差。 此圖僅用於說明，並未顯示實際加速度計數據。

非線性度：

理想情況下，電壓與加速度之間是線性關係，用器件的靈敏度來描述。 非線性度衡量實際靈敏度與理想的恆定靈敏度之間的偏差，用相對於滿量程範圍(%FSR)或正負滿量程(%FS)的百分比來表示。 通常，FSR = FS+FS。 ADI加速度計的非線性度非常低，絕大多數情況下可忽略不計。

封裝對齊誤差：

加速度計檢測軸與封裝參考軸的夾角（參加圖2）。 "輸入軸對齊"是此誤差的另一種術語。 封裝對齊誤差的單位為"度"。 封裝技術通常會將裸片與封裝的對齊精度控制在約1°以內。

（正交）對齊誤差：

多軸器件之間的角度與理想角位移（通常為90°）的偏差（參加圖2）。 ADI加速度計是在單片矽上採用光刻法製造而成，軸間對齊誤差一般不是問題。

跨軸靈敏度：

衡量對某一軸施加一個加速度時，在另一軸上產生多大的輸出，通常表示為百分比。 兩個軸之間的耦合是由對齊誤差、蝕刻不精確性和電路串擾共同造成。

0 g偏置電平：

指無加速度（0輸入）時的輸出電平。 模擬傳感器通常將其表示為V或mV，數字傳感器則用代碼數(LSB)表示。 0 g偏置用特定電源電壓來規定，通常與電源電壓成比例（大多數情況下，0 g偏置標稱值為電源電壓的一半）。

0g偏置常常從多個方面加以規定：

*0g電壓(V)，規定0g加速度下輸出的預期可能電壓範圍。

* 輸出與理想值的偏差，也稱為初始偏置誤差，在25°C時規定，表示為加速度誤差(g)或輸出信號（模擬傳感器為mV，數字傳感器為LSB）。

* 0g失調與溫度的關係，或偏置溫度係數(mg/°C)，描述溫度每改變1 °C，輸出的變化幅度。

* 偏置電壓靈敏度，描述"0偏置電平"變化與電源變化的關係。 此參數的單位通常是mv/V、mg/V或LSB/V。

* 0g總誤差，包括所有誤差。

加速度計噪聲密度:

單位為ug/rt(Hz) RMS，指噪聲輸出的功率頻譜密度的平方根。 總噪聲由下式確定：

噪聲 = 噪聲密度 * sqrt(BW * 1.6)

其中BW為加速度計帶寬，由加速度計輸出端的電容設置。

ADI加速度計的噪聲為高斯噪聲且不相關，因此可通過對多個加速度計的輸出求均值來降低噪聲。

總噪聲：

相對於理想輸出的隨機偏差，等於噪聲密度與噪聲帶寬平方根的乘積。 此參數的單位通常為mg-RMS。

圖2. 封裝對齊誤差α和傳感器對齊誤差θ。α為傳感器軸與封裝軸的夾角。θ為傳感器軸與正交軸的偏差，即(ysensor – xsensor)與90°之差。

輸出數據速率：

在數字輸出加速度計中，它定義數據的採樣速率。 帶寬指在規定輸出數據速率時可以採樣而不會混疊的最高頻率信號。 根據奈奎斯特採樣準則，帶寬為輸出數據速率的一半。

在模擬輸出加速度計中，帶寬定義為響應降至直流（或低頻）加速度響應的-3dB時的信號頻率。

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