圖1所示電路是一款高線性度,、低噪聲,、寬帶寬振動(dòng)檢測(cè)解決方案。該方案適用于要求具有寬動(dòng)態(tài)范圍（±70 g,、±250 g 或±500 g）以及平坦頻率響應(yīng)（從直流到22 kHz）的應(yīng)用,。該電路提供適合進(jìn)行軸承分析、引擎監(jiān)控以及振動(dòng)檢測(cè)的低功耗解決方案,。第五代iMEMs?工藝讓 ADXL001加速度計(jì)擁有從±70 g擴(kuò)展至±500 g的擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍，且?guī)挒?2 kHz,。AD8606是一款精密,、低噪聲、雙通道運(yùn)算放大器,，用于創(chuàng)建模擬雙二階濾波器,，可使加速度計(jì)的輸出頻率響應(yīng)較為平和。ADXL001輸出電壓經(jīng)低功耗,、單通道12位SAR ADC AD7476 轉(zhuǎn)換為數(shù)字,。

電路描述

加速度計(jì)輸出特性

ADXL001經(jīng)測(cè)試的額定電源電壓為3.3 V和5 V。雖然該器件可采用3 V至6 V范圍內(nèi)的任意電源電壓工作,，但采用5 V電源可獲得整體性能,。輸出電壓靈敏度與電源電壓成比例。采用3.3 V電源時(shí),，標(biāo)稱輸出靈敏度為16 mV/g,。采用5 V電源時(shí)，靈敏度為24.2 mV/g,。0 g輸出電平亦為比例電平,，標(biāo)稱值為 VDD/2。只要1 MHz內(nèi)部時(shí)鐘頻率上不存在噪聲,，ADXL001就只需要一個(gè)0.1μF去耦電容,。如果需要，可以包含較大的大容量電容（1μF至10μF）或氧化鐵磁珠

加速度計(jì)物理操作

ADXL001采用絕緣硅片（SOI） MEMS技術(shù)制造,，具有機(jī)械耦合但電氣隔離的差分檢測(cè)單元,。圖2顯示其中一個(gè)差分傳感器單元模塊的簡(jiǎn)化圖。每個(gè)傳感器模塊均集成數(shù)個(gè)差分電容單元,。每一單元都以器件層上的固定板以及傳感器框架上的活動(dòng)板組成,。傳感器框架移位將改變差分電容,。片內(nèi)電路測(cè)量電容變化，并將其轉(zhuǎn)換為輸出電壓,。

SOI器件層的傳感器經(jīng)過(guò)微加工處理,。溝道隔離用于對(duì)差分檢測(cè)元件進(jìn)行電氣隔離但機(jī)械耦合處理。單晶硅彈簧懸掛于晶圓處理結(jié)構(gòu)之上,，提供加速度的力量阻力,。ADXL001 是一款x軸加速度和振動(dòng)檢測(cè)器件，向引腳8標(biāo)記處振動(dòng)時(shí),，產(chǎn)生趨正輸出電壓

與ADC接口

如需數(shù)字化加速度信息,，加速度計(jì)輸出電壓范圍必須位于ADC 輸入電壓范圍內(nèi)。AD7476輸入電壓范圍為0 V至VDD （5 V）,。 ADXL001輸出電壓范圍為0.2 V至VS ? 0.2 V （4.8 V）,。任何加速度計(jì)測(cè)得的加速度將根據(jù)該信息進(jìn)行數(shù)字化，無(wú)需額外的放大器或緩沖器,。由于AD7476的 VDD 電源用作ADC基準(zhǔn)電壓源,，因此無(wú)需使用外部基準(zhǔn)電壓源。此外,，整個(gè)電路與電源成比例,，因?yàn)橥粋€(gè)VDD 還用來(lái)驅(qū)動(dòng)ADXL001。

頻率響應(yīng)

加速度計(jì)的頻率響應(yīng)是系統(tǒng)中重要的特性,，顯示在圖4 中,。當(dāng)信號(hào)頻率超過(guò)2 kHz至3 kHz左右時(shí)，加速度計(jì)中的增益會(huì)增加,。波束為諧振頻率時(shí)（22 kHz）,，器件的輸出電壓大致存在7 dB （×2.24）峰化。該峰化對(duì)加速度計(jì)的輸出電壓具有極大的影響,。

由于ADXL001供電軌為5 V,，輸出將限制為大約+0.2 V和+4.8 V。因此,，可測(cè)量的g值將取決于振動(dòng)頻率,。必須允許±0.5 V的額外裕量，因?yàn)? g失調(diào)電壓會(huì)有所變化,。振動(dòng)頻率低于2 kHz左右時(shí),，0 g失調(diào)振動(dòng)將可用輸出電壓范圍限制為±1.8 V，即相當(dāng)于大約±70 g,。隨著振動(dòng)頻率從大約2 kHz增加至22 kHz,，輸出達(dá)到飽和之前允許的g值以7 dB （×2.24）步進(jìn)逐步下降至±31 g。只要g值低于±31 g,，在22 kHz范圍內(nèi)濾波器便具有平坦的頻率響應(yīng),，而無(wú)飽和或信息丟失,。