СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2015

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 43 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2015 с помощью ёмкостного датчика, приме- нённого в ADXL50, использовался прак- тически во всех типах инерциальных датчиков компании. В 1995 г. компания выпустила на рынок микросхему ADXL05, пред- ставляющую собой совместимый по выводам с ADXL50 интегральный дат- чик ускорения поверхностного типа с диапазоном измерения ±5 g и чув- ствительностью 200–1000 мВ/g. Микро- схема отличается от ADXL50 в 12 раз меньшим уровнем шума (500 мкg/ Гц по сравнению с 6,6 мg/ Гц в полосе 4 Гц – 1 кГц). Выбираемый пользова- телями диапазон измерения ускоре- ния составляет ±1…±5 g. Микросхема предназначена для измерения уско- рений и уровня вибраций в системах бюджетного класса. Одноосевой ADXL150 и двухосевой ADXL250 поверхностные акселеро- метры третьего поколения (торговая марка iMEMS ® – IntegratedMEMS) были представлены компанией в 1996 г. При- боры характеризуются низким уровнем шума (1 мg/ Гц), большим динамиче- ским диапазоном (80 дБ), малым потре- бляемым током (1,8 мА/канал) и низким дрейфом в промышленном диапазоне температур. Двухосевой акселерометр ADXL250 составлен из двух однотип- ных каналов, датчики которых распо- ложены под углом 90 ° друг относитель- но друга. Для работымикросхем нужен только один внешний компонент – кон- денсатор фильтра по цепи питания. Чув- ствительность и диапазон измеряемых ускорений составляют 38 мВ/g и ±50 g. В 1998 г. ADI выпустила первый в мире коммерческий двухосевой аксе- лерометр ADXL202, на одном кристал- ле которого интегрированы датчи- ки малых ускорений (до ±2 g), анало- говые схемы усиления и управления с малым потреблением (0,6 мА) и возмож- ностью подключения выходов микро- схемы непосредственно к микрокон- троллерам общего назначения. Поскольку размеры и масса поверх- ностных структур датчиков ускорения рассматриваемого типа чрезвычайно малы, схема измерения должна реги- стрировать незначительные измене- ния ёмкостей, а её точность ограни- чена разрешением схемы считыва- ния. В конструкцию и схемотехнику ADXL202 (а также ADXL210) внесены существенные изменения. Увеличено число единичных элементов поверх- ностной системы конденсаторов, а их ёмкость увеличена за счёт уменьшения зазоров и увеличения длины подвиж- ных выступов. Увеличена и масса под- вижной части системы. Внешний вид дифференциальной конденсаторной системы показан на рисунке 7. Длина подвижных элементов инерциальной массы составляет 125 мкм, зазор между подвижными и неподвижными обклад- ками конденсаторов – 1,3 мкм, для каж- дой оси измерения X и Y используется по две конденсаторные секции, кото- рые расположены друг против друга. В отличие от рассмотренных аксе- лерометров, в данных приборах используется косвенный метод изме- рения ускорения. На рисунке 8 при- ведена структура микросхем ADXL202 и ADXL210: выходные сигналы с демо- дуляторов каналов X и Y поступают на управляющие входы модулятора DCM (DCM – Duty Cycle Modulation, анало- гична ШИМ). Коэффициент заполне- ния D (отношение периода следования к длительности импульсов) на выходах модулятора (выводы 10, 9) пропорцио- нален ускорению, D = 50 % (скважность S = 2) соответствует нулевому ускоре- нию. Величина периода следования импульсов задаётся внешним рези- стором R set , подключаемым к выводу 5 микросхемы. Рассматриваемые акселерометры спо- собны измерять статические и дина- мические (вибрация) ускорения с раз- решением 5 мg в диапазоне до 60 Гц, а также определять углы наклона с точ- ностью ±1 градус. Чувствительность приборов 12,5% D/g (ADXL202) и 4% D/g (ADXL210). Микросхемы выпускаются в керамических корпусах QC-14 раз- мерами 9,9 × 7,3 мм. К основным обла- стям применения микросхем относят- ся: двухосевые датчики угловых пере- мещений, компьютерная периферия, инерциальные навигационные при- боры, аппаратура для сейсмического мониторинга, системы безопасности автомобилей, датчики движения с бата- рейным питанием. В 2002 году компания выпустила первый в мире интегральный микро- механический гироскоп ADXRS150, выполненный по технологии iMEMS. Микросхема представляет собой одно- V PR +5 В С2 С1 С1 Вид сверху Корпус U вых U вх– Ось чувствительности + – 6 1 2 3 4 5 7 8 ST 9 10 V REF Рис. 6. Цоколёвка микросхемы ADXL50 Рис. 7. МЭМС-датчик микросхемы ADXL202 +3,0 В ТО +5,25 В 32 кОм 32 кОм ADXL202/ ADXL210 МП Тестовый вывод X Выход Y Выход Х Датчик Y Датчик T2 COM Генератор Демоду- лятор Демоду- лятор 13 14 12 3 V DD V DD X FILT Y FILT R FILT R FILT R SET C Y C X C DC 10 9 5 11 7 4 Счётчик DCM-модулятор Рис. 8. Структура микросхем ADXL202 и ADXL210 © СТА-ПРЕСС