СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2015

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2015 Обкладки для съёма воздействий сил Кориолиса Направление колебаний Рамка Колеблющаяся масса Колеблющиеся обкладки Тестовый вывод Обкладки для съёма линейных воздействий Верх Ось рыскания Ось тангажа Ось крена Ось крена Обкладки для съёма воздействий сил Кориолиса Колеблющаяся масса Колебания массы Пружины Рамка осевой вибрационный датчик угло- вой скорости с чувствительностью не менее ±150 ° /с, выполненный в корпусе LCBBGA-32 размерами 7 × 7 мм. В зави- симости от положения микросхемы в пространстве, датчик может реги- стрировать углы поворота вокруг одной из трёх осей: ось рыскания / ось Z / угол поворота (Yaw Axis / Z-Axis / Rate Axis), ось тангажа / ось Y / продольный наклон (Pitch Axis/Y-Axis/Longitudinal Axis), ось крена / ось Х / поперечный наклон (Roll Axis / X-Axis / Lateral Axis) – как показано на рисунке 9. При гори- зонтальном положении микросхемы регистрируются углы рыскания, что позволяет использовать микросхему в качестве элемента систем навигации в различных устройствах (смартфоны, навигаторы и тому подобное). Основным чувствительным элемен- том микросхемы является закреплён- ная на пружинных подвесах рамка, внутри которой закреплена некото- рая инерциальная масса, совершающая колебательные движения (см. рис. 10). Колебания массы (вибрация) соверша- ются по оси Y, а колебания рамки воз- можны только по оси Х, рамка снаб- жена множеством подвижных обкла- док конденсаторов (как у описанных акселерометров), а на подложке микро- схемы сформированы соответствую- щие неподвижные обкладки конден- саторов. Общая дифференциальная ёмкость конденсаторов может изме- няться как при линейных ускорени- ях самой микросхемы по оси X, так и при поворотах корпуса микросхемы вокруг оси Z под воздействием ускоре- ния Кориолиса. Для выделения состав- ляющей, вызванной поворотом микро- схемы вокруг оси Z, датчик выполнен из двух одинаковых секций, инерци- альные массы которых колеблются в противофазе (см. рис. 11). Измери- тельные сигналы, снимаемые с обе- их секций, поступают на дифферен- циальную схему, которая складывает составляющие, вызванные ускорени- ем Кориолиса, и вычитает синфазные составляющие, вызванные линейными ускорениями. Структура и типовое включение микросхемы ADXRS150 приведены на рисунке 12. Для возбуждения коле- баний инерциальных масс датчиков используются противофазные сину- соидальные колебания внутренне- го генератора с частотой 14 кГц, на который с генератора подкачки заря- да (ГПЗ) поступает напряжение пита- ния +12 В. При изменении линейной скорости колебаний по синусоидаль- ному закону зависимость выходного напряжения микросхемы на выводе 18/RATEOUT от ускорения Кориолиса практически линейная. При вращении корпуса микросхемы по часовой стрел- ке напряжение на выходе увеличива- ется от уровня 2,5 В до 4,75 В, и нао- борот, при вращении против часовой стрелки уменьшается от 2,5 В до 0,25 В. Подробное описание микросхем ADXRS150/300 приведено в статье, опубликованной в журнале «Analog Dialog» [2]. Первый трёхосевой акселерометр ADXL330 (см. рис. 13) в корпусе LFCSP-16 размерами 4 × 4 × 1,5 мм ком- пания выпустила в 2005 году. Датчик прибора выполнен по той же техно- логии iMEMS, что и предыдущие про- дукты, микросхема характеризует- ся очень малым энергопотреблением и низком напряжением питания (ток потребления 200 мкА при U пит = 2 В). Прибор позволяет регистрировать ускорения до ±4 g по трём простран- ственным осям в аналоговом виде. Чув- ствительность каждого канала состав- ляет 300 мВ/g, выходное напряжение при нулевом ускорении – 1,5 В (U пит = = 3 В), полный размах выходных сиг- налов – 2,8 В. Основные области при- менения микросхемы ориентированы на мобильные и портативные прило- жения с низким напряжением питания: сотовые телефоны, видео- и фотокаме- ры (стабилизация изображения), игро- вые устройства, жёсткие диски (защи- та от ударов), спортивные и оздоро- вительные приборы. Однако высокая надёжность микросхем (диапазон рабочих температур –55…+125 ° С, уда- ры до 10 000 g) делает возможным их использование в ответственных при- ложениях. Например, по данным бол- гарского исторического сайта Bulgar- Istoria, микросхемы ADXL330 (а также ADXL193, ADIS16120 и ADXRS150/300) предположительно применены в го- Рис. 9. Оси вращения Рис. 11. Устройство МЭМС-датчика микросхемы ADXRS150 Рис. 10. Устройство МЭМС-датчика гироскопа © СТА-ПРЕСС