加速度计：功耗内卷，别忘了这些性能

来源:电子发烧友网发布时间:2022-01-27991浏览

电子发烧友网报道（文/李宁远）作为导航测量系列的元器件之一，加速度计是测量运载体加速度的器件。从本质上说，加速度计其实是一个一自由度的振荡系统，按检测质量的位移方式分类有线性加速度计和摆式加速度计。

加速度计在检测质量受支撑的约束只能沿一条轴线移动，这个轴常称为输入轴或敏感轴。这也是为什么称其为一自由度的振荡系统。当弹簧力与检测质量加速运动时产生的惯性力相平衡时，弹簧的变形反应被测加速度的大小，电位器作为位移传感元件把加速度信号转换为电信号以供输出。
加速度计不仅在汽车工业设备中，在我们日常的消费电子中也有着极多的应用。不同的应用领域中对加速度计自身的性能要求肯定会稍有不同。但低功耗以及稳定的高灵敏度是所有应用向的加速度计都在追求的。

NXP模拟加速度计

NXP的FXLN83xxQ模拟加速度计旨在支持面向工业、医疗和检测应用的模拟功能，拥有±2 / ±4 / ±8 / ±16 g动态范围可选择，不同范围下灵敏度分别为28.62 / 57.25 / 114.5 / 229.0 mV/g。

（图源：NXP）
FXLN83xxQ是一个3轴、低功耗、低g模拟输出加速度计系列，由加速度传感器以及3x3x1mm QFN封装中的CMOS信号调节和控制ASIC组成，模拟输出在内部针对零g偏移和灵敏度进行补偿。每个轴的输出信号的带宽可使用外部电容器独立调整。高带宽模式下，分别为2.7 kHz（XY轴），600 Hz（Z轴）；低带宽模式下，分别为1.1 kHz，600 Hz。FXLN83xxQ系列的模拟加速度计其实功耗也控制得很低，还能将器件置于低电流关机模式来节省电源，正常工况下整个器件的功耗在180µA左右。

ADI ADXL100X系列

ADI的ADXL100X系列在工业应用上能满度范围选项的拓展频率范围内提供超低的噪声密度，这也是其在检测应用上的一大特色。

（图源：ADI）
作为具有模拟输出的单平面轴加速度计，在±50g的范围内能够保证 25 µg/Hz 的典型噪声密度。在保证噪声密度的同时，这个系列具有稳定、可重复的灵敏度，并且可以承受高达10000g的外部冲击。
不管从温度、线性度还是交叉轴来看，作为工业应用的ADXL100X都保证了足够稳定，全温度范围内灵敏度稳定性为5%，线性度为满度范围的±0.1%，在交叉轴上ZX和YX也保有±1%的灵敏度。这三组数据给测量的稳定性和精准度做了保证。在保证元件测量的优异性能后，ADXL100X采用单电源供电并做到了1.0mA的低功耗，并提供了具备快速恢复的省电待机操作模式。兼顾灵敏度和功耗的工业应用加速度计不少见，但能做到这个水平的还是少数。

ST IISXXX系列

ST的MEMS加速度计嵌入了一些用于运动和加速度检测的有用功能，包括自由落体、唤醒、单次/两次轻击识别、活动/不活动检测以及6D / 4D方向，加速度量程覆盖±400g。
IISXXX系列同样是针对工业应用开发的加速度计系列。这个系列在功耗上绝对是首屈一指的，这些特性包括低功耗模式、自动唤醒功能和可用于存储数据的FIFO缓存，从而降低了主处理器负载和系统功耗。

（图源：ST）
系列下的IIS2ICLX是2轴线性加速度计，这个型号噪声极低，仅为15µg/Hz，能够在极端温度和重复使用环境下保持高精度和可靠性。因为其内嵌了补偿机制，所以在不同的温度条件下仍然能保持出色的稳定性。既然说这整个系列是低功耗的代表，那么功耗到底有多低呢？IIS2ICLX的电流消耗仅有0.42mA，通过2轴提供全部性能。值得一提的是该系列的可编程机器学习内核集成了人工智能算法，进一步降低了系统级功耗。
而IIS2DLPC则是这个系列里超低功耗的3轴加速度计，具有用户可选择的±2g/±4g/±8g/±16g满标度，并能够以1.6 Hz至1600 Hz的输出数据速率测量加速度。IIS2DLPC搭载了动态地从超低功耗到高性能高分辨率的操作模式。不同模式下功耗都处于同系列产品的最低值，在power-down模式下，电流消耗仅有50nA，有源低功耗模式下低于1µA，高性能模式下也仅仅只有120µA。工业级别的加速度计能把功耗控制在µA级，这个系列可以说是独一档。