ADXL202是ADI公司的低g（±2 g）、雙軸、表面微加工加速度計。基于過去六年制造數百萬個iMEMS加速度計的經驗，ADXL202是世界上首款商用雙軸表面微加工加速度計，將低g檢測與最低功耗、最低噪聲和數字輸出集成在單個硅芯片上。?

表面微加工首次通過ADXL50實現商業化，允許將加速度傳感器與所有信號調理電子器件集成在一起——傳感器及其信號調理的緊密集成使這種令人印象深刻的性能成為可能。

降低成本是ADXL202設計工作的主要驅動因素。集成兩個軸可顯著降低每個軸的成本。此外，雖然ADXL50、ADXL150和ADXL250可以被認為是“加速度到伏特”傳感器，但ADXL202還增加了脈寬調制（PWM）數字輸出功能。由于大多數加速度計將與微控制器接口，PWM輸出無需A到D轉換器，從而進一步降低了用戶的總系統成本。

傳感器結構

與我們所有的加速度計產品一樣，傳感器元件是一個差分電容器，其輸出與加速度成正比（基本傳感器信息可以在 Analog Dialogue 27-2， 1993 和 Analog Dialogue 30-4， 1996） 中看到）。 由于器件性能非常依賴于傳感器設計，因此對光束設計中的一些關鍵因素進行簡要說明是合適的。

光束由許多指組成。每組手指都可以可視化，如圖 1 所示。每個手指的差分電容與固定外板與移動手指之間的重疊面積以及移動手指的位移成正比。顯然，這些是非常小的電容器，為了降低噪聲和提高分辨率，我們需要盡可能大的差分電容。

圖1.單根手指的光束尺寸

電容器面積受2微米高度的限制（通過工藝技術固定），而（125微米）重疊在一定程度上是可調的。然而，由于幾個原因，更長的手指是不可取的。更長的手指更難制造，而增加的光束尺寸意味著更昂貴的零件。

光束的運動由固定光束的多晶硅彈簧控制。這些彈簧和光束的質量遵循我們在高中學到的相同物理定律。根據牛頓第二定律，受加速度 （a） 影響的質量 （m） 上的力 （F） 為 F = m a，約束彈簧的撓度 （x）（遵守胡克定律）與施加的力成正比， F = k x，

和： x = （m/k） a

我們控制的唯一兩個參數是彈簧剛度或彈簧常數（k）和質量（m）。降低彈簧常數似乎是提高光束靈敏度的簡單方法。但像往常一樣，沒有什么是免費的。光束的諧振頻率與彈簧常數成正比，加速度計必須在低于諧振頻率的頻率下工作。此外，更高的彈簧常數使梁更堅固（更高的抗沖擊能力）。因此，如果我們想保持彈簧盡可能高，唯一需要改變的參數就是質量。

增加質量通常意味著更大的傳感器面積，導致更昂貴的零件，因為增加質量以使光束更大的唯一方法。ADXL202發明了一種新穎的光束結構，如圖2所示。與ADXL250（Analog Dialogue 30-4，1996年，第5頁，圖5）不同，構成X軸和Y軸可變電容的手指沿單個方形波束的側面集成。這導致整體傳感器面積減小，但更大的公共光束質量提高了ADXL202的分辨率。如圖3所示，位于橫梁角落的彈簧懸掛系統旨在最小化跨軸靈敏度（即，沿一個軸加速時，抑制了正交方向上的任何運動或輸出趨勢）。

圖2.ADXL202 光束結構

圖3.顯示彈簧的ADXL202梁一角細節

電路架構

ADXL4的電路架構（如圖202所示）與解調器之前的ADXL250相似。固定的外板由異相180度的方波驅動。當可移動手指（以及光束）位于固定外板之間時，差分電容器的兩側具有相等的電容，并且光束上的交流電壓為零。但是，如果光束由于施加的加速度而位移，則差分電容將不平衡，并且會產生與光束位移成比例的振幅交流電壓。

圖4.ADXL202電路架構

該交流電壓被放大，然后由同步解調器解調。解調器的輸出通過一個 32kW 電阻驅動占空比調制器。這里，每個通道上都有一個引腳，允許用戶通過添加兩個外部電容（每個通道一個）來設置帶寬，從而創建一個簡單的一階RC低通濾波器。低通濾波信號通過占空比調制器轉換為PWM信號。PWM 輸出的周期可在 0.5 至 10ms 范圍內設置，使用單個電阻器。

性能和應用

就像25年前不可能預測低成本激光器會出現在哪里一樣，今天很難想象使用低成本加速度計的大量應用。ADXL202打破了性能與成本之間的許多障礙，因此其大多數真正成功的應用都不是傳統的“加速度計”（字面意思是“加速度測量”）應用。它們現在被用于汽車警報器、機器健康監測、操縱桿、游戲手柄和其他計算機輸入設備。

如簡介中所述，ADXL202是當今生產中噪聲最低的雙軸表面微加工加速度計。憑借其 500 mg/?Hz 的典型噪聲密度，可以在高達 1 Hz 的帶寬下分辨出優于 50° 傾斜±傾斜度。高分辨率（約14位）占空比調制器允許用戶在低成本系統中利用ADXL202的功能。這些功能為其他幾種非傳統應用打開了大門，例如汽車警報器（它們用于感應頂升或牽引）和自動機器調平。

支持工具

廣泛的支持工具可供設計人員使用。可用的硬件工具包括一個簡單的評估PCB，其最小電路配置為ADXL202（部件號ADXL202EB）和ADXL202EB-232，這是一個完整的2軸數據采集系統，可連接到PC。ADXL202EB-232主要面向需要充分了解加速度測量如何支持其應用或產品的設計人員，包括用于查看加速度計信號和數據記錄的軟件。

ADXL202交互式設計器是一個基于Excel的電子表格模型，可引導用戶完成選擇ADXL202元件和定義微控制器接口軟件參數的設計過程。電子表格輸出元件值以及有關設計的分辨率、帶寬和采集速率的信息。可在下面列出的網站上免費獲得。

該站點還提供多種硬件和軟件參考設計，重點介紹不同的接口技術和各種應用筆記。每個參考設計都包括各種常用微控制器的流程圖和源代碼，以及每種數據采集方法的適用位置說明。

審核編輯：郭婷