ADXRS450高抗振性数字陀螺仪技术手册

概述
ADXRS450是一款角速率传感器（陀螺仪），主要用于工业、医疗、仪器仪表、稳定和其它高性能应用。它采用先进的差分四传感器设计，可抑制线性加速度的影响，从而能在有冲击和振动的极恶劣环境中工作。

ADXRS450采用内部连续自测架构。机电系统的完整性通过以下方法来检查：对检测结构施加一个高频静电力，以便产生一个速率信号，将该速率信号与基带速率数据区分开来，并进行内部分析。

ADXRS450能够检测高达±300°/s的角速率。角速率数据以16位字的形式提供，作为32位SPI消息的一部分。

ADXRS450提供16引脚空腔塑封SOIC (SOIC_CAV)和SMT兼容垂直贴装(LCC_V)两种封装，能够在3.3 V至5 V的宽电压范围内和−40°C至+105°C的温度范围内工作。
数据表：*附件：ADXRS450高抗振性数字陀螺仪技术手册.pdf

应用

• 旋转检测医疗应用
• 旋转检测工业和仪器仪表
• 高性能平台稳定

特性

• 在单芯片上实现完整的角速度陀螺仪

• ±300°/秒角速率检测

• 可在宽频率范围内提供高振动抑制特性

• 出色的零点偏置稳定性：25°/小时

• 抗冲击能力：2000 g

• 16位数据字SPI数字输出

• 低噪声和低功耗

• 工作电压范围：3.3 V至5 V

• 工作温度范围：-40°C至+105°C

• 超小、轻便、RoHS兼容

• 两种封装选择：

  • 低成本SOIC_CAV封装可提供偏航角速度（Z轴）响应
  • 创新型陶瓷垂直贴装封装适合于俯仰、滚动、偏航响应

框图

引脚配置描述

典型性能特征

工作原理

ADXRS450基于谐振陀螺仪原理工作。图16展示了四个多晶硅传感结构中其中一个的简化示意图。每个传感结构都包含一个抖动框架，该框架通过静电驱动至谐振状态，产生必要的速度分量，以便在受到角速率作用时生成科里奥利力。ADXRS450旨在感测z轴（偏航）角速率；在SOIC_CAV封装中，垂直安装封装（LCC_V）可使器件定向，以便在同一块印刷电路板（PCB）上也能感测俯仰或滚动角速率。

当传感结构受到角速率作用时，产生的科里奥利力会耦合到外部传感框架，该框架包含置于固定拾取指状结构之间的可移动指状结构，从而形成一个电容式拾取结构来感测科里奥利运动。产生的信号会传输至一系列增益和解调级，以产生电角速率输出。四重对称设计可抑制线性和角加速度，包括外部重力加速度和振动，这是通过将四个传感结构机械耦合实现的，使得外部重力加速度以共模信号的形式出现，而这些共模信号可通过ADXRS450中采用的全差分架构予以消除。

谐振器工作通常需要22.5V电压。由于大多数应用通常仅提供5V电压，所以内置了一个开关稳压器。

连续自测试

ADXRS450陀螺仪采用完整的机电自测试。向陀螺仪框架施加一个静电力，导致电容指状结构发生偏转。这种偏转与作为外部速率输入时发生的偏转完全等效。来自梁结构的输出通过整个信号链进行处理，提供电和机械组件的真实速率输出信号，从而实现全面覆盖。

在器件的输出带宽之上，机电自测试会连续进行。自测试程序会生成等效的正和负速率检测。此信息随后会经过滤波，从而不会对解调后的速率输出产生总体影响。

正和负自测试偏转之间的差异幅度会以2Hz进行滤波，并持续监测，与硬编码的自测试限制（见表1）进行比较。如果测量幅度超出这些限制，根据自测试错误的幅度，会触发两种错误情况之一：

• 对于较不严重的自测试错误幅度，故障寄存器的CST位会被置位；不过，传感器数据响应中的状态位（ST[1:0]）会保持为01，表示传感器数据有效。
• 对于更严重的自测试错误，故障寄存器的CST位会被置位，并且传感器数据响应中的状态位（ST[1:0]）会被设置为00，表示传感器数据无效。

表1列出了这两种故障情况的阈值。如果需要，用户可以通过发出读取命令（地址为0x04）来访问自测试信息。有关错误报告的更多信息，请参见SPI通信协议部分。