低电平信号采集传感器 实现更高信号处理性能的高级技术

郭剑：放大器应用工程师

赵延辉：惯性传感器应用工程师

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2

今日议程

传感器是信号源

传感器信号通常电平较低且难以检测

信号调理是实现高性能的关键所在

硅传感器集成信号调理功能

应用不断要求提高精度

带有移动硅元件的运动传感器是所有市场领域的驱动系统

3

目标（传感器）

捕捉真实世界发生的事物

转化为有用的电子格式

分析、操控、存储并发送

送回真实世界

4

真实世界不是数字形式的

5

模拟转电子信号处理

6

传感器

（输入）

数字

处理器 放大器 转换器

执行器

（输出） 放大器 转换器

传感器

7

传感器

（输入）

数字

处理器 放大器 转换器

执行器

（输出） 放大器 转换器

模拟，而不是电子

模拟

和电子

常用传感器

传感器类型 输出

热电偶 电压

光电二极管 电流

应变计 电阻

麦克风 电容

触摸按钮 电荷输出

天线 RF信号

加速度 电容

8

传感器信号调理

9

传感器 放大器

模拟、电子，但“不干净”

模拟、电子，且“干净”

将信号放大到抗噪声级别

降低源阻抗

线性化（有时但并不总是）

滤波

保护

设计硅传感器

传感器信号通常电平较低并且容易受

放大器连接上的噪声耦合影响

信号调理应该尽可能靠近传感器

多芯片混合

硅传感器与放大器/数据转换器位于同一芯片上

环境问题

极端温度或振动

传感器必须很小，以保证灵敏度

发现反映物理变量的硅属性

电容、压力、温度变化

10

硅传感器

传感器类型 输出

温度 电压/电流

光电二极管 电流

应变计 电阻

麦克风 电容

旋转 电容

天线 RF信号

加速度 电容

11

温度传感器类型

12

热电偶 RTD 热敏电阻 半导体

最宽范围：

–184ºC 至 +2300ºC

范围：

–200ºC 至 +850ºC

范围：

0ºC 至 +100ºC

范围：

–55ºC 至 +150ºC

高精度和

可重复性 良好的线性度 不良线性度

线性度 1ºC

精度： 1ºC

需要冷结补偿 需要激励 需要激励 需要激励

低电压输出 低成本 高灵敏度 10mV/K、20m

V/K或1uA/K典

型输出

半导体温度传感器的基本关系

13

IC IC

VBE VN

VBE VBE VNkT

qN ln( )

VBEkT

q

ICIS

ln

S

CN

IN

I

q

kTV

×ln

与IC、IS无关

一个晶体管 N个晶体管

经典带隙温度传感器

14

"BROKAW CELL" R R

+ I2 @ I1

Q2

不适用

Q1

A

R2

R1

VN VBE (Q1)

VBANDGAP = 1.205V

+VIN

VPTAT = 2 R1

R2

kT q

ln(N)

VBE VBE VNkT

qN ln( )

模拟温度传感器

15

产品 精度（最大值） 最高精度范围

工作温度范围 电源电压范围 最大电流 接口 封装

AD590 ±0.5

±1.0

25°C

-25至+105

-55至+150

4 V至30 V 298 µA 电流输出 TO-52、2引脚FP、SOIC、裸片

AD592 ±0.5

±1.0

25°C

-55至+150

-25至+105

4 V至30 V 298 µA

电流输出 TO-92

TMP35 ±2.0 0°C至85°C

-25至+100

-55至+150

2.7 V至5.5 V 50 µA

电压输出 TO-92、SOT23、SOIC

TMP36 ±3.0 -40至+125

-55至+150

2.7 V至5.5 V 50 µA

电压输出 TO-92、SOT23、SOIC

AD221100

±2.0 -50至+150

-55至+150

4 V至6.5 V 650 µA

电压输出 TO-92、SOIC、裸片

AD22103

±2.5 0至+100

0至+100

2.7 V至3.6 V 600 µA

电压输出 TO-92、SOIC

数字温度传感器全面产品组合，带精度选项

16

产品 精度（最大值） 最高精度范围 接口 封装

ADT7420/ADT7320 ±0.2

±0.25

−10°C至+85°C

−20至+105 I2C/SPI LFCSP

ADT7410/ADT7310 ±0.5 −40至+105 I2C/SPI SOIC

ADT75 ±1°C（B级）

±2°C（A级）

0至85

−25至+100 I2C MSOP、SOIC

ADT7301 ±1

0至70

SPI SOT23、MSOP

TMP05/TMP06 ±1

0至70

PWM SC70、SOT23

AD7414/ADT7415 ±1.5

−40至+70

I2C SOT23、MSOP

ADT7302 ±2 0至70 SPI SOT23、MSOP

TMP03/TMP04 ±4

−20至+100

PWM TO-92、SOIC、TSSOP

高精度温度检测应用

科学、医疗和航空航天仪器

医疗设备

激光定位器

测试与测量

量热计

自动测试设备

质谱测定

热电循环仪/DNA分析仪

红外成像

数据采集/分析仪

流量计

过程控制

仪器仪表/控制器

重要资产监测

食品与药品

环境监测

17 17

数字IC RTD 热敏电阻

易于使用

传感器选型和寻源 可靠的供货和规格 需要确定可靠的供应商（规格标准）

需要确定可靠的供应商和规格

额外信号处理

额外寻源、选型、设计、评估、测试、制造

否

精密ADC（≥16位）

电流源

放大器（可选）

精密电阻

滤波器电容

ADC（分辨率特定与应用）

电流源

放大器（可选）

精密电阻

滤波器电容

线性化 否 是 是

校准 否 是 是

电阻顾虑 否 是 是

自热效应顾虑 否 是 是

可靠性 接触电阻 否 敏感 敏感

批次差异 否 敏感 敏感

传输噪声 否 敏感 敏感

性能 精度范围 工业范围 较宽范围 商用范围

稳定性 高 高 低

可重复性 高 高 低

高性能温度测量 传感器比较

18

高精度温度测量 传感器比较 传感器类型 NTC热敏电阻

PT100 RTD

（薄膜）

数字IC

ADT7X20

*精度

0至70°C：±0.1°C

0至100°C：±0.3°C

不包括：

数据转换

信号调理

自热、噪声、漂移等

0°C至100°C：±0.27°C（1/3

B级）

不包括：

数据转换

信号调理

自热

引脚线路电阻

噪声等

−10°C至+85°C：±0.2°C

−20°C至+105°C：±0.25°C

线性度 差 中到高 高

热响应 中到快 中到快 中到快

长期稳定性/可靠性 低 中到高 高

系统成本 低容差(±0.1/0.2°C)时较高 高 低

是否需要校准 是 是 否

是否需要额外元件 是 是 否

19 *对于热敏电阻和RTD，装配系统中的实际容差等级会降低。

热电偶

电平极低(µV/ºC)

非线性

难以处理

导线需要绝缘

易受噪声影响

易损坏

20

常见热电偶

21

结材料 典型有效范围(°C)

标称灵敏度(µV/°C) ANSI标识

铂(6%)/铑-

铂(30%)/铑

38至1800 7.7 B

钨(5%)/铼-

钨(26%)/铼

0至2300 16 C

镍铬-康铜 0至982 76 E

铁-康铜 0至760 55 J

镍铬-镍铝 -184至+1260 39 K

铂(13%)/铑-

铂

0至1593 11.7 R

铂(10%)/铑-

铂

0至1538 10.4 S

铜-康铜 -184至+400 45 T

J、K和S型热电偶 的热电偶输出电压

22

-250 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750

-10

0

10

20

30

40

50

60

TH

ER

MO

CO

UP

LE

OU

TP

UT

VO

LT

AG

E (

mV

)

TEMPERATURE (°C)

TYPE J

TYPE K

TYPE S

-250 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750

-10

0

10

20

30

40

50

60

TH

ER

MO

CO

UP

LE

OU

TP

UT

VO

LT

AG

E (

mV

)

TEMPERATURE (°C)

TYPE J

TYPE K

TYPE S

热电偶塞贝克系数与温度的关系

23

-250 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750

0

10

20

30

40

50

60

70

SE

EB

EC

K C

OE

FF

ICIE

NT

-µ

V/

°C

TEMPERATURE (°C)

TYPE J

TYPE K

TYPE S

-250 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750

0

10

20

30

40

50

60

70

SE

EB

EC

K C

OE

FF

ICIE

NT

-µ

V/

°C

TEMPERATURE (°C)

TYPE J

TYPE K

TYPE S

热电偶基础知识

24

T1

金属A

金属B

热电

EMF

R 金属A 金属A

R = 电路总电阻

I = (V1 – V2) / R

V1 T1 V2 T2

V1 – V2

金属B

金属A 金属A

V1

V1

T1

T1

T2

T2

V2

V2

V

金属A 金属A

铜 铜

金属B 金属B

T3 T4

V = V1 – V2（如果T3 = T4）

A. 热电电压

B. 热电偶

C. 热电偶测量

D.热电偶测量

I

V1 T1

金属A

金属B

EMF

R 金属A 金属A

R = 电路总电阻

I = (V1 – V2) / R

V1 T1 V2 T2

V1 – V2

金属B

金属A 金属A

V1

V1

T1

T1

T2

T2

V2

V2

V

金属A

铜 铜

金属B 金属B

T3 T4

V = V1 – V2（如果T3 = T4）

A. 热电电压

B. 热电偶

C. 热电偶测量

D.热电偶测量

I

V1

利用温度传感器进行冷结补偿

25

TEMPERATURE

COMPENSATION

CIRCUIT

TEMP

SENSORT2V(T2)T1 V(T1)

V(OUT)

V(COMP)

SAME

TEMP

METAL A

METAL B

METAL A

COPPERCOPPER

ISOTHERMAL BLOCKV(COMP) = f(T2)

V(OUT) = V(T1) – V(T2) + V(COMP)

IF V(COMP) = V(T2) – V(0°C), THEN

V(OUT) = V(T1) – V(0°C)

TEMPERATURE

COMPENSATION

CIRCUIT

TEMP

SENSORT2V(T2)T1 V(T1)

V(OUT)

V(COMP)

SAME

TEMP

METAL A

METAL B

METAL A

COPPERCOPPER

ISOTHERMAL BLOCKV(COMP) = f(T2)

V(OUT) = V(T1) – V(T2) + V(COMP)

IF V(COMP) = V(T2) – V(0°C), THEN

V(OUT) = V(T1) – V(0°C)

热电偶放大器 AD849x产品特性和描述

针对J和K型热电偶工厂调整

针对高精度 冷结补偿进行校准(CJC)

IC温度为25°C和60°C

输出电压为5 mV/°C

有源下拉

轨到轨输出摆幅

宽电源电压范围：+2.7 V至±15 V

低功耗：小于1 mW（典型值）

封装 节省空间的MSOP-8无铅封装

低成本：批量采购价格低于1美元/片

可在单电源供电时测量负温度

26

产品型号 热电偶类型 优化温度范围 测量温度范围 初始

精度

AD8494 J 0至50°C J型全范围 ±1和±3°C

AD8495 K 0至50°C K型全范围 ±1和±3°C

AD8496 J 25至100 J型全范围 ±1.5和±3°C

AD8497 K 25至100 K型全范围 ±1.5和±3°C

利用温度传感器进行冷结补偿的演示板–CN0271

图1. 集成冷结补偿的K型热电偶测量系统（原理示意图：未显示所有连接）

27

高精度应用 热电偶冷结补偿 优势

高精度

利用ADT7320/7420进行高精度、0.25C、低漂移冷结测量

高吞吐速率

并行测量热结和冷结实现最快的吞吐速率

灵活性

基于软件的解决方案 支持多种类型的 热电偶

易于实现

完全集成式数字 温度测量 解决方案

低成本

无需成本昂贵的多点 冷结校准

28

采用ADT7320的高精度应用CJC

29

ADT7320用于冷

结温度

测量

热电偶

等温

连接器

ADT7320

装在

柔性PCB上

Σ-Δ ADC

温度测量RTD传感器

主要应用优势

三线式RTD

2个匹配激励电流

24位ADC分辨率

40 nV RMS（增益= 64）

比率式配置

50 Hz和60 Hz抑制(−75 dB)

30

RL1

RL2

RL3

RTD

GND VDD

AD7793

SERIAL

INTERFACE

AND

CONTROL

LOGIC

INTERNAL

CLOCK

CLK

SIGMA DELTA

ADC

IOUT1

MUXIN-AMP

REFIN(+) REFIN(-)BANDGAP

REFERENCE

GND

SPI SERIAL

INTERFACE

IOVDD

VDD

GND

IOUT2

REFIN

AIN1

RREF

EXCITATION

CURRENTS

高阻抗传感器

光电二极管

压电传感器

加速度计

水听器

湿度监测仪

pH监测仪

化学传感器

烟雾检测器

电荷耦合器件

面向成像应用的接触式图像传感器

31

光电二极管应用

光学：测光仪、自动对焦、闪光灯控制

医疗：CAT扫描仪（X射线检测）、血液粒子分析仪

汽车：大灯变光器、暮光检测仪

通信：光纤接收器

工业：条码扫描仪、位置传感器、激光打印机

32

光电二极管等效电路

33

光

电流 理想

二极管

入射

光

RSH(T)

100kW -

100GW

CJ

注意：温度每升高10°C，RSH减半

光电二极管的工作模式

光伏

零偏置

无暗电流

线性

低噪声（约翰逊）

精密应用

光导

反向偏置

有暗电流

非线性

较高噪声（约翰逊+散粒）

高速应用

34

–

+

–VBIAS

–

+

光电二极管规格 硅检测器产品型号SD-020-12-001

面积：0.2 mm2

电容：50 pF

分流电阻(25°C)：1000 MΩ

最大线性输出电流：40 µA

响应时间：12 ns

光敏度：0.03 µA/英尺烛光(fc)

35

光电二极管的短路电流与光强度的关系（光伏模式）

36

环境 光照度(fc) 短路电流

直射阳光 1000 30 µA

阴天 100 3 µA

黄昏 1 0.03 µA

月圆之夜 0.1 3000 pA

晴朗夜晚/无月光 0.001 30 pA

电流电压转换器（简图）

37

ISC = 30pA

(0.001 fc)

+

_

R = 1000MW

VOUT = 30mV

灵敏度：1mV / pA

前置放大器直流失调误差

38

~

VOS

IB

IB

R1

R2 1000MW

+

_

温度每升高10°C，IB翻倍

R1 = 1000 MW（25°C，二极管分流电阻）

温度每升高10°C，R1减半

直流噪声增益 = 1 + R2

R1

失调

RTO

R3

R3抵消电阻无效

39

光电二极管放大器的设计选择

40

光电二极管放大器的设计结果

41

完整的光电二极管检测应用 CN0272

图1. 具有暗电流补偿功能的光电二极管前置放大器系统（原理示意图：未显示所有连接和去耦）

42

AVDD

CF

RF

RF

0.1µF0.1µF

3.3pF

VBIAS–5V

+1.8V

+0.9V

22pF

AD8065

SFH 2701

AD9629-20

VIN–

VIN+

VCM

INP

INN

VOCM

+2.5V+OUT

–OUT

AD8475

1kΩ

2.5kΩ

24.9kΩ

24.9kΩ2.5kΩ

1kΩ

33Ω

33Ω

+5V

–5V

+5V

–5V

TP3

TP2

ADR441+5V

+2.5VVIN VOUT

GND

GND

TP1

10

59

9-0

01

在Tweet上@我们！@ADI_News #ADIDC13

前往展室，观看双通道光谱/色度演示板

43

电路特性

三个调制LED驱动器

两个光电二极管接收通道

可编程增益

电路优势

易于使用

自足式解决方案

适用于数据分析的双通道、16位ADC

完整的设计文件

原理图

物料清单

PAD布局

Gerber文件

装配图

EVAL-SDP-CB1Z

EVAL-CN0312-SDPZ

该演示板有售：

www.analog.com/DC13-hardware

电桥电路中使用的传感器电阻 涵盖非常宽的动态范围

44

应变计 120Ω，350 Ω，3500 Ω

电子秤称重传感器 350 Ω至3500 Ω

压力传感器 350 Ω至3500 Ω

相对湿度 100 kΩ至10 mΩ

电阻温度测量器(RTD) 100 Ω，1000 Ω

热敏电阻 100 Ω至10 mΩ

有关桥式传感器的更多信息与演示，请参加“仪器仪表 – 检测2”研讨会。

位置和运动传感器

线性位置：线性可变差分变压器(LVDT)

霍尔效应传感器

近程检测器

线性输出（磁场强度）

旋转位置：

光学旋转编码器

自整角机和旋变器

Inductosyn®传感器（线性和旋转位置）

电机控制应用

加速和倾斜：加速度计

陀螺仪

45

MEMS传感器随处可见

保健产品

智能手机

汽车安全和信息娱乐

精密农业

航空电子与导航

车队管理

资产追踪

您可以测量：

47

您可以测量：

48

线性运动

ADI的运动信号处理(Motion Signal Processing ™) 可实现… 运动检测

49

车队管理

报警系统

工业机器人的运动控制与定向

精密农业

您可以测量：

50

倾斜

51

ADI的运动信号处理(Motion Signal Processing ™) 可实现… 倾斜检测

校平

相机中的水平检测

您可以测量：

52

振动与冲击

53

ADI的运动信号处理(Motion Signal Processing ™) 可实现… 冲击与振动检测

电源工具安全性：

冲击检测

接触运动与工业机械：

冲击检测

白色家电：

振动监控 预防性维护：

振动监控

您可以测量：

54

旋转

55

ADI的运动信号处理(Motion Signal Processing ™) 可实现… 旋转检测

平台/天线稳定：

工业、海事、航空电子、通信

数码相机OIS

汽车防侧翻 检测

测量复杂运动：

56

惯性测量单元

57

ADI的运动信号处理(Motion Signal Processing ™) 可实现… 复杂运动检测

平台稳定 制导与弹道：军事/航空

自由空间中的运动检测

精密农业

测量运动

58

ADI惯性MEMS传感器：

加速度计测量线性运动

陀螺仪测量旋转

59

ADI MEMS传感器： 发展历史简介…

60

ADI MEMS： 发展之初…

概念始于约1986年

市场：安全气囊传感器

发展历史回顾…

第一款安全气囊采用气泡传感器。

概念始于约1986年

市场：安全气囊传感器

ADI MEMS： 发展之初…

概念始于约1986年

市场：安全气囊传感器

1989

演示首款可工作的MEMS加速度计

1991

首个产品样片

： 的首款器件

加速度计的工作原理

强

质量块

弱

质量块

无加速

质量块

加速度计的工作原理

常数

MEMS加速度计的工作原理

单轴加速度计芯片具有相同元件

左/右（x轴）

左 右质量块

检验质量块悬挂弹簧

悬挂弹簧

运动

iMEMS加速度计的工作原理

单轴加速度计芯片具有相同元件

左/右（x轴）

67

(ca. 1992-1995)

iMEMS加速度计的工作原理

所有活动部件都悬吊在基板上方

68

(ca. 1992-1995)

MEMS加速度计的工作原理

偏转测量由 可变差分电容“指集”来实现

测量检验质量块位置

Suspension

Spring

Suspension

SpringSuspension

Spring

Suspension

Spring

Finger SetsFinger Sets Finger SetsFinger Sets

ProofMass

Suspension

Spring

Suspension

SpringSuspension

Spring

Suspension

SpringSuspension

Spring

Suspension

SpringSuspension

Spring

Suspension

Spring

Finger SetsFinger Sets Finger SetsFinger SetsFinger SetsFinger Sets Finger SetsFinger Sets

ProofMassProofMass

X

Y

利用差分电容拾取质量块的运动情况 C1和C2是质量块和一组固定的指集之间的电容

持续监控(C1 – C2)，以便确定质量块是否沿X轴运动

C1 C2

简化读取器架构

CMOS

传感器

时钟

传感器 交流

（时钟域）

增益

解调器 直流

（基带）

增益

转换回

基带 放大 放大 激励

加速度计可测量：

72

测量倾斜

A = G sin

由倾斜产生的加速度是重力矢量在敏感轴上的投影。

G

敏感轴

G 17mg / °倾斜

靠近水平

m

k

高性能加速度计 业界最强大、最齐全的产品组合

低g

高g

ADXL103

ADXL203

ADXL78

ADXL213

ADXL278

1

2

2

1

2

双极点贝塞尔滤波器

PWM

输出

±1.7

g

±1.7

g

±1.7

g

ADXL337 3

±3g

±35/50/70g

±35/50/70g

±70/250/500g

ADXL001 1

20-22KHz带宽

ADIS16006 2

±5g

200 μg/√Hz rms

SPI

温度传感器

ADIS16003 2

±1.7

g 110 μg/√Hz rms

SPI

温度传感器

精度：0.1°

温度校准

可编程/报警/滤波

ADIS16209/3/1 2

±90,

±180g

ADIS16227/3 3

±70g ADIS16204

2

可编程捕捉缓冲器

峰值采样/保持

±37/70g 功能

功能

倾斜/倾角计

嵌入式FFT/存储器

可编程报警频段

多种工作模式

振动

ADXL326 ±16

g

撞击

ADIS16240 3

±19g 可编程触发器

事件捕获缓冲器

ADXL312 3

AECQ-100

认证

±1.5/3/6/12g

最高13位分辨率

功耗：30μA至140μA

3

撞击

iMEMS XL

模拟

iMEMS XL

数字

iSensor XL

数字

g

轴

轴

g

轴

g

ADXL206 2

±5g

+175高温

ADXL212 2

±5g

ADXL343 3

±2/4/8/16

g

ADXL344 3

±2/4/8/16

g

ADXL345 3

±2/4/8/16

g

ADXL346 3

±2/4/8/16

g

ADXL362 3

±2/4/8g

分辨率：12位(±2g)

功耗：<2uA

ADXL377 3

±20

0g

ADXL350 3

最小值/最大值

温度灵敏度

±1/2/4/8g

致力于提供高性能：

• 业界最低的功耗

• 业界最高的全寿命精度

• 业界最宽的温度范围

• 业界最佳的传感器/信号处理

• 业界最高的集成度

… 所有条件下均保证高性能

产品聚焦： ADXL362：业界功耗最低的MEMS加速度计

目前为止…

测量模式：< 2 µA (100 Hz)

唤醒模式：270 nA

还有助于节省系统功耗

可实现自主、连续工作、运动激活开关

增强型活动/非活动检测

深FIFO

ADI惯性MEMS传感器：

加速度计测量线性运动

陀螺仪测量旋转

76

陀螺仪构建模块 到底需要什么？

x

x

x

x

良好的XL

（我们已经知道如何实现）

+

可将任意旋转转化为力的小装置

+

可将“小装置”产生的力传送至加速度计的耦合机制

陀螺仪构建模块 科氏效应：旋转转化 为力：始于1835年

质量块

旋转

振荡

科氏

力

什么是科氏效应？ 简而言之…当一个物体作周期运动时（振荡或者旋转），在其正交平面内旋转物体，也会在与物体周期运动的垂直方向上产生科里奥利力。

陀螺仪构建模块

x

x

x

x

良好的XL

（我们已经知道如何实现）

+ +

可将“小装置”产生的力传送至加速度计的耦合机制

带有速度的质量块

陀螺仪构建模块

x

x

x

x

耦合机制：

在XL的中心挖一个洞，

然后放置一个“活动质量块”

带有速度的质量块

谐振器运动

陀螺仪工作原理

81

加速度计范围 谐振器范围

加速度计框架

谐振器

科氏加速度

施加的旋转

锚

陀螺仪工作原理

82

无旋转

陀螺仪工作原理

83

施加旋转

单质量块陀螺仪的问题

单质量块陀螺仪通常无法区分旋转（要测量的对象）和共振频率的振动

84

陀螺仪工作原理

85

施加旋转

-

+

ADXRS62X系列设计采用两个梁（质量块）以相反方向（180°反相）共振

冲击和振动是共模信号，因此差分操作可以抑制许多误差

陀螺仪工作原理

86

施加振动

-

+

抵消

机械传感器照片

87

单质量块陀螺仪的问题…

…使用双质量块陀螺仪时同样存在问题，只是程度较小。

这对我们而言还不够好。

最新的

高性能陀螺仪和IMU 业界最强大、最齐全的产品组合

速率级

战术级

> 10 o/小时

运动中稳定度

< 10 o/小时

运动中稳定度

ADXRS45X

ADIS16265

ADXRS646

ADXRS642

0.015o/s/g

5mA

6o/小时

灵敏度：16ppm/oC

ADIS1636X /

405/7

ADIS16305

6, 9,

10

4

ADIS16375 6

ADIS16334 6

ADIS16385 6

稳定度：12o/小时；0.13mg

0.013o/s/g

连续偏置估算

<8cm3

40ppm/oC

ADIS16135/3

偏航：6o/小时

四核设计

业界领先的抗振性

ADXRS62x/

652

垂直贴装

封装选项

灵敏度：25ppm/oC

iMEMs陀螺仪

模拟

iMEMs陀螺仪

数字 iSensor陀螺仪

数字 IMU

(DoF)-X

0.03o/s/g

ADIS16488

ADIS16448

开发中

0.015o/s/g

范围：1000o/s

40ppm/oC

8cm3

6o/hr ; 0.1mg

0.009o/s/g 6 - 10

6 - 10

高达1200o/s

ADIS16136 4o/小时

0.18 ARW

目标

ADIS-NxGn

ADXRS-NxGn

产品聚焦： ADXRS64x高性能陀螺仪系列 四通道差分传感器技术

引脚和封装与ADXRS62x系列兼容

出色的抗振性

线性加速度灵敏度最低为

0.015°/s/g

振动校正最低为0.0001°/s/g2

各种规格：

偏置稳定度最低为12°/hour

速率噪声密度最低为0.01°/s/√Hz

角速率测量范围高达50,000°/s

启动时间最快为3 ms

功耗低至3.5 mA

ADXRS64x陀螺仪特性

ADI独特的四通道差分传感器设计

MEMS麦克风

92

只是又一种经过伪装的加速度计

麦克风技术的发展趋势是MEMS

性能不受无铅回流焊温度影响

以自动化组装取代高成本的人工分拣和组装

信噪比更好且具有出色的匹配

具有更高的抗机械冲击性

工作温度范围更宽

功耗更低

良好的器件一致性，在整个温度范围内和振动的条件下

93

MEMS

数字输出

MEMS

模拟输出

ECM

JFET

ADI公司麦克风结构

薄膜和背板电极构成一个电容

声压使薄膜振动，从而改变电容

电容变化经过放大并转换成模拟或数字输出

薄膜

有孔的背板

悬挂弹簧 检测间隙

正常谈话：

60 dB（或20 MPa）

0.55 nm (5.5 A)

啼哭的婴儿：

110 dB

170 nm (1700 A)

ADI公司MEMS麦克风 中薄膜的移动距离是多少？

95

为什么使用MEMS麦克风？ 性能密度 随着封装尺寸变小，驻极体麦克风性能迅速降低

在与最小驻极体麦克风相同的体积下，MEMS麦克风使性能迈上新的台阶！

96

70dB

55dB

麦克风物理体积（立方毫米）

10mm3 100 200 300 400 500 600 700

MEMS麦克风

基于驻极体的麦克风

SNR

MEMS麦克风使信噪比体积曲线的斜率急剧增加！

为什么使用MEMS麦克风？ 灵敏度随温度变化较小 ECM与ADMP441

97 相对于原始灵敏度的变化情况(dB)

顶部与底部开孔：性能影响

底部开孔提供出色的SNR和频率响应

98

目前市场上的所有顶部开孔麦克风（MEMS和ECM）在其高频响应中均存在尖峰，因此不适合宽带语音应用

所有顶部开孔麦克风均具有较低的SNR (55 dB…58 dB)

目前市场上没有高性能的顶部开孔麦克风

ADI底部开孔MEMS麦克风 竞争对手的顶部开孔MEMS麦克风

业界集成度最高的MEMS麦克风

ADMP441集成的信号链比任何其它MEMS麦克风都要多！

典型模拟输出麦克风(ADMP404)集成一个输出运算放大器

典型数字输出麦克风(ADMP421)集成一个ADC并提供单个位的输出流（称为“脉冲密度调制”或PDM）– 依然需要一个滤波器和一些信号处理器件

且PDM编解码器主要面向移动设备

ADMP441提供完整的I2S输出 – 最常见的数字音频接口

ADMP441 ADMP421

ADMP404

次级

放大器

串行器

I2S等

数字信号处理器或微控制器

滤波

ADI MEMS麦克风产品组合 高性能MEMS麦克风

ADMP441 完整的I2S输出

集成度最高的麦克风已上市！

ADMP421 SNR：61dB

脉冲密度调制(PDM)输出

数字输出

更高的集成度

封装

3.35x2.6x0.88 mm

4.72x3.76x1 mm

4x3x1 mm

模拟输出

灵活的信号采集

ADMP405 SNR：62dB

平坦的频率响应：200

Hz至15 kHz

ADMP401 平坦的频率响应：100

Hz至15 kHz

ADMP521 SNR：65dB

脉冲密度调制(PDM)输出

ADMP404 SNR：62dB

平坦的频率响应：100

Hz至15 kHz

ADMP504 SNR：65dB

频率响应：100 Hz至15kHz

65dB SNR系列

62dB SNR系列

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内容回顾

传感器是信号源

传感器信号通常电平较低且难以检测

信号调理是实现高性能的关键所在

硅传感器集成信号调理功能

应用不断要求提高精度

带有移动硅元件的运动传感器正在各个市场被广泛应用

101

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本研讨会涉及的设计资源

设计工具和资源：

前往我们的EngineerZone ®支持社区，在线提出技术问题、交流思想

在主页上选择一个技术领域：

ez.analog.com

点击此处访问设计会议社区：

www.analog.com/DC13community

102

名称 描述 URL

光电二极管向导 光电二极管/放大器设计工具

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本研讨会涉及的产品选型表

103

产品型号 描述

AD590/592/TMP17 双引脚电流输出型温度传感器

AD849x 热电偶放大器，带冷结补偿

ADT7320/7420 0.25C精密数字温度传感器

AD7793 24位ADC，集成RTD传感驱动器

ADA4638 光电二极管放大器

ADXL362 2µA高分辨率数字加速度计

ADXRS64X 高性能陀螺仪系列

ADMP404/504 高性能模拟麦克风

ADMP441 完整的数字麦克风，集成滤波器

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前往展室，了解集成冷结补偿的K型热电偶测量系统(CN0271)

这是一款集成冷结补偿的完整K型热电偶测量系统。该系统内置16位Ʃ-∆

型ADC、冷结放大器和低噪声仪表放大器，可针对长导线提供共模抑制。

104

演示/电路板图片

该演示板有售：

http://www.analog.com/DC13-hardware

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前往展室，观看倾斜测量演示

105

使用 ADXL203 双轴加速度计进行倾斜测量

该演示板有售：

www.analog.com/DC13-hardware

SDP-S板 软件输出显示 EVAL-CN0189-SDPZ

谢谢！

ADI中国地区技术支持热线：4006 100 006

ADI中国地区技术支持信箱：china.support@analog.com

ADI中文技术论坛：ezchina.analog.com

ADI样片申请网址：http://www.analog.com/zh/sample

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