ADXL366——嵌入式低功耗设计中的实用加速度计

在做电池供电的可穿戴设备和 IoT 节点时，加速度计的功耗经常被忽略，但它可能是系统待机电流的大头。

Analog Devices 的 ADXL366 是我用过的功耗最低的三轴加速度计之一，集成了很多能替 MCU 干活的功能，能在硬件层面帮我们做功耗管理。
*附件：adxl366.pdf

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核心特性

• 供电电压： 1.1V–3.6V （单节纽扣电池直接驱动）
• 功耗：
  • 测量模式：0.96 µA @ 100Hz ODR
  • 唤醒模式：191 nA
  • 待机模式：47 nA
• 范围：±2g / ±4g / ±8g（14 位分辨率，±2g 时 0.25 mg/LSB）
• 接口：SPI / I²C（4 线 SPI，I²C 支持高速模式）
• 封装：2.2 × 2.3 × 0.87 mm，12 引脚 LGA

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功耗优化手段

ADXL366 的低功耗不仅在传感器本身，还体现在它能替 MCU 做预处理，减少唤醒次数：

1. 三种模式
   • 测量模式：连续采样，全带宽，无欠采样混叠
   • 唤醒模式：周期采样（1.5~12.5 SPS），中间关掉电路
   • 待机模式：配置保留，最低 47 nA
2. 硬件运动检测
   • 支持绝对阈值和 参考模式 （滤掉 1g 重力影响）
   • 活动 / 静止检测可配置持续时间，减少误触发
3. 硬件计步器
   • 功耗仅 +120 nA
   • 步数达到一定数量才计入，降低误报
4. 512 样本 FIFO
   • 缓存超过 13 秒数据，MCU 批量读取
   • 触发模式可保存事件前后的加速度数据
5. AWAKE 信号
   • 可直接驱动电源开关，实现传感器做系统唤醒控制

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寄存器配置示例（SPI）

假设要实现“静止时低功耗，检测到运动后切到高精度测量”：

// SPI 写寄存器函数
void adxl366_write(uint8_t reg, uint8_t val) {
    uint8_t buf[2] = { reg | 0x0A, val }; // 写指令 + 寄存器地址
    spi_transfer(buf, NULL, 2);
}

// 进入参考模式活动检测
void adxl366_init(void) {
    // 待机模式修改配置
    adxl366_write(0x2D, 0x00); // POWER_CTL: standby

    // 活动检测阈值: 250 mg
    adxl366_write(0x20, 0x00);
    adxl366_write(0x21, 0xFA);

    // 活动检测时间: 1 sec @ 100Hz
    adxl366_write(0x22, 100);

    // 启用活动检测（参考模式），Loop 模式，活动/静止切换
    adxl366_write(0x27, 0x3F);

    // 切到测量模式
    adxl366_write(0x2D, 0x07); // POWER_CTL: measurement + autosleep
}

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硬件接口注意事项

• SPI 接线 ：SCLK、MOSI、MISO、CS 全部带上 10k 上拉/下拉防止悬空
• I²C 地址选择 ：MISO/ASEL 引脚拉高/拉低可切换
• 电源去耦 ：VREG_OUT 需接 0.2 µF 电容到 GND，否则会有异常复位

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调试经验

• 参考模式初始化 ：先设置活动阈值 >1g 进入测量模式，再改到实际值，否则阈值会被 1g 偏置干扰
• FIFO 读取 ：必须一次性按 X/Y/Z 顺序读取，否则会数据错位
• 计步器调优 ：默认灵敏度（400 LSB）适合正常步行，跑步或特殊步态需要调整 PEDOMETER_SENS_H/L
• 唤醒模式下不支持 FIFO ，需要直接从数据寄存器读

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应用方向

• 健康手环、手表
• BLE 运动传感节点
• 运动触发的智能开关
• 便携医疗监测设备

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在我们最近的一个可穿戴项目里，用 ADXL366 + Loop 模式的活动/静止检测，把 MCU 唤醒频率从每秒几十次降到几分钟一次，CR2032 电池寿命直接翻倍。

如果你的设计目标是 超低功耗 + 运动检测 ，ADXL366 值得优先考虑。

附录 1：ADXL366 SPI 典型连接电路

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+3.0V (或纽扣电池) │ ┌─┴──────────────┐ │ ADXL366 │ │ │ VDDIO──┤12 10 ├──VS (+3.0V) GND───┤ 7 11├──GND VREG_OUT─┤ 9 8├──ADC_IN (NC 或接GND) SCLK─────┤ 1 5├──INT1 (接MCU中断输入) MOSI/SDA─┤ 2 6├──INT2 (可选) MISO/ASEL┤ 3 4├──CS/SCL └────────────────┘

注意要点 ：

• VREG_OUT → GND 加 0.2 µF 去耦电容（必须，否则可能复位不稳定）
• 所有数字 IO（SCLK、MOSI、MISO、CS）建议串联 33~100 Ω 电阻以减小 EMI
• INT1 建议直接接 MCU 外部中断口，用于活动/静止事件唤醒 MCU

附录 2：Loop 模式活动/静止检测时序示意

makefile

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时间轴 → ────────────────────────────────────────────────────────────── 状态: [活动检测]------------------->[静止检测]-----------------> AWAKE: ──────────────1─────────────┐ 0 │ INT1: ____↑_______________________↓_________↑__________________ 活动中断 静止中断 再次活动中断

说明 ：

• Loop 模式下，活动检测和静止检测交替运行
• 检测到活动 → 进入静止检测，直到检测到静止事件
• 检测到静止 → 切回活动检测
• INT1 每次事件都会拉高/拉低，MCU 可选择响应或忽略
• AWAKE 信号可直接用作系统电源控制信号，实现硬件级节能