ADXRS652角速度陀螺仪技术手册

概述
ADXRS652是一款功能完备、成本低廉的角速率传感器（陀螺仪），采用ADI公司的表面微加工工艺制造，单芯片上集成了全部必需的电子器件。该器件的制造技术是一种取得专利的大规模BiMOS工艺，多年实际应用证明性能稳定可靠。

ADXRS652是一款工业级陀螺仪，其引脚、封装、温度和功能与相关汽车应用级ADXRS620和ADXRS622陀螺仪完全兼容。受汽车测试影响，这类陀螺仪具有更宽泛的保证最小/最大技术规格。

输出信号RATEOUT (1B, 2A)是电压值，与围绕封装上表面垂直轴转动的角速率成比例。输出与所提供的基准电源成比率。使用一个外部电容设置带宽，芯片工作还需要其它几个外部电容。

该器件提供温度输出，用于补偿技术。两路数字自测输入通过机电方式激励传感器，以测试传感器和信号调理电路是否正常工作。ADXRS652提供7 mm × 7 mm × 3 mm BGA芯片级封装。

数据表：*附件：ADXRS652角速度陀螺仪技术手册.pdf

特性

• 在单芯片上实现完整的角速度陀螺仪
• Z轴（偏航角速度）响应
• 可在宽频率范围内提供高振动抑制特性
• 抗冲击能力：2000 g
• 输出与基准电源成比率
• 5 V单电源供电
• 温度范围：-40°C至105°C
• 根据数字命令执行自测
• 超小尺寸、重量轻（<0.15 cc、<0.5克）
• 温度传感器输出
• 符合RoHS标准

框图

引脚配置描述

典型性能特征

工作原理

ADXRS652基于谐振陀螺仪原理工作。两个多晶硅传感结构中，每个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。在抖动框架的两个正交端，有可移动指状结构置于固定拾取指状结构之间，形成一个电容式拾取结构，用于感测科里奥利运动。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。双传感器设计可抑制外部重力加速度和振动。带有信号调理电路的封装能在噪声环境中保持信号完整性。

静电谐振器工作需要18V至20V电压。由于大多数应用通常仅提供5V电压，所以内置了一个电荷泵。如果有外部18V至20V电源可用，CP1至CP4上的两个电容可被省略，并且该电源可以连接到CP5引脚（6D、7D）。在ADXRS652通电时，请勿将CP5接地。在某些情况下，电荷泵可能无法启动，但在不断开ADXRS652电源的情况下移除接地后，它可能会启动。

设置带宽

外部电容C_{OUT} 与片上电阻R_{OUT} 配合使用，构成一个低通滤波器，用于限制ADXRS652速率响应的带宽。由R_{OUT} 和C_{OUT} 设置的 - 3dB频率为：

该频率可精确控制，因为R_{OUT} 在制造过程中已被修整为180 kΩ ± 1% 。在RATEOUT引脚（1B、2A）和SUMJ引脚（1C、2C）之间应用的任何外部电阻R_{EXT} 会导致：

通常，除了低通滤波器之外，还会添加一个额外的（硬件或软件）滤波器，以衰减来自陀螺仪14kHz谐振频率解调尖峰的高频噪声。噪声频谱曲线如图21所示，典型情况下，该频率右侧的噪声密度会更高。因此，应选择比所需带宽更高的频率，以保持良好的相位响应。图22展示了在ADXRS652设置为40Hz带宽（如图21所示）的输出上添加250Hz滤波器的效果。高频解调杂散大约衰减了18dB。

温度输出与校准

在整个温度范围内对陀螺仪进行校准以提高测量精度是很常见的做法。ADXRS652具有与温度相关的电压输出，为校准方法提供输入。温度传感器结构如图23所示。

温度输出具有非线性特性，任何负载电阻都会连接到TEMP输出引脚，从而降低TEMP输出及其温度系数。因此，建议对输出进行缓冲。

TEMP引脚（3E、3G）处的电压在25°C时标称值为2.5V，V_{RATIO} = 5V 。温度系数在25°C时约为 - 9mV/°C 。尽管TEMP输出具有高度重复性，但绝对精度一般。

修改ADXRS652量程以匹配ADXRS620

ADXRS652的量程系数可进行修改，以匹配ADXRS620的6mV/°/秒量程系数。只需在RATEOUT和SUMJ引脚之间添加一个1.07MΩ电阻即可，添加此电阻不会影响其他性能特性。

校准性能

使用三点校准技术，可将ADXRS652的零位和灵敏度漂移校准到平均每小时约200°/小时。使用更多的校准点，可实现每小时40°/小时或更好的整体精度。在进行校准期间限制带宽，可降低宽带噪声，提高每个校准点附近的测量精度。