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ADXRS61x系列陀螺仪与不同类型MCU搭配使用的电平匹配方案

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 ADXRS61x系列陀螺仪由ADI公司生产的模拟输出角速度传感器,使用ADI公司的表面微机械加工工艺(MEMS),以创造一个功能齐全,成本低角速度传感器在单芯片上集成所有需要的电子产品。该设备的制造技术是相同的高容量BiMOS过程的高可靠性汽车安全气囊加速度计使用。

该系列陀螺仪输出信号是一个与旋转角速率成正比的电压信号,输出信号与参考供电成比率。用一个外围电阻可以减小比例系数,用一个外部电容来设置带宽。为了便于补偿,陀螺还会输出一个温度信号,另有两个数字输入来检验陀螺是否可以正常工作,下图是ADXRS610功能框图:


 ADXRS610是一种Z轴角速率敏感元件,也称为偏航角速率传感器。当围绕敏感轴顺时针旋转时,陀螺会输出正向电压值。ADXRS610会输出与偏航角速率成正比的电压信号,但是这种线性关系是有一定范围的,超出了这个范围,陀螺仪的电压输出就不精确正比于偏航角速率了,下图即描述了ADXRS610陀螺仪的线性输出范围。


针对ADXRS61X系列陀螺仪,可以采用外置ADC采样+单片机/DSP采处理,或直接通过单片机/DSP的片内ADC外设进行采用并处理,但目前大部分单片机的ADC外设允许输入电平都在2.5~3.3V左右,有些低功耗产品甚至允许输入电平仅为1.2V,如何采集ADXRS61X系列陀螺仪的数据是一个关键的问题。

解决方案:

1.改变陀螺仪电压基准Vratio

这是最简单有效的方法,在该款陀螺仪设计之初,工程师已经考虑到上述电平问题,在陀螺仪引脚中设计了一个Vratio引脚,将该引脚接入精准的电压稳压芯片,作为其输出的参考电压,例如,若该引脚与ADP3333-2.5电源芯片的输出连接,则陀螺仪的输出范围为:0-2.5V,当陀螺仪静止不动时(角速率0°/s),陀螺仪输出电压则应为1.25V,正负满量程分别输出2.5V和0V。下面两幅图是Protel软件绘制的原理图,采用2.5V稳压芯片为VRATIO提供基准电压。

 

 

 

2.电平转换

如果是利用独立的ADC芯片对陀螺仪进行采样,则可能会涉及到电平转换,例如,陀螺仪的Vratio引脚仍与5V供电电源连接,其输出为0-5V,采用 AD7862型ADC芯片对其进行采样。AD7862-3型A/D转换器,其输入信号范围为-2.5V~+2.5V,而ADXRS61x系列陀螺仪其输出信号的电压为0~5V,因此需要设计一个电平转换电路来将陀螺仪的输出电压转换到AD7862的输入信号范围之内。

下图为电平转换的电路原理图: