advanced techniques of higher performance signal processing
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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
在Tweet上@我们!@ADI_News #ADIDC13
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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