STMicroelectronics AIS25BA MEMS运动传感器深度解析与应用指南

STMicroelectronics AIS25BA MEMS数字输出运动传感器是一款超低噪声、低延迟、高带宽、三轴数字加速度计，设有专用时分多路复用 (TDM) 接口。AIS25BA设计用于满足汽车非安全应用的需求，例如宽带有源噪声控制 (ANC) 和振动监测。AIS25BA具有用户可选的±3.85g至±7.7g满量程范围、传感器数据用TDM接口以及器件配置用I^2^C接口。

数据手册；*附件：STMicroelectronics AIS25BA MEMS数字输出运动传感器数据手册.pdf

STMicroelectronics AIS25BA MEMS数字输出运动传感器采用紧凑型焊盘栅格阵列 (LGA) 封装，可确保在-40°C至+125°C扩展温度范围内工作。该器件符合AEC-Q100汽车应用类标准。

特性

• 符合AEC-Q100标准
• 电源电压：1.71V至2.1V
• 3轴加速度计，具有用户可选的满量程：±3.85g、±7.7g
• 宽扁平直流至2.4kHz频率响应
• 低延迟：266µs（整个读卡链）（2kHz时）
• 超低噪声密度，X轴和Y轴为30µg/√Hz；Z轴为50µg/Hz
• 用于传感器数据的TDM（8kHz、16kHz、24kHz）从接口和用于配置的I^2^C 接口
• 扩展温度范围：-40°C至+125°C
• 内置自检功能
• 2.5mm x 2.5mm x 0.86 mm LGA-14封装
• 高冲击耐受性：10000g
• 无铅、ECOPACK，符合RoHS指令

引脚分配

STMicroelectronics AIS25BA MEMS运动传感器深度解析与应用指南‌

‌摘要‌
AIS25BA是STMicroelectronics推出的汽车级超低噪声3轴数字加速度计，集成了专用TDM接口和I²C配置接口。本文基于数据手册详细解析其关键特性、电气参数、接口协议及实际应用要点。

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‌一、核心特性与产品定位‌

‌1.1 突出特性‌

• ‌超低噪声密度‌：X/Y轴典型值30 μg/√Hz，Z轴50 μg/√Hz，适用于高精度振动监测。
• ‌宽带宽与低延迟‌：频率响应从直流至2.4 kHz（典型值），全链路延迟仅266 μs @ 2 kHz
• ‌双接口设计‌：TDM接口传输传感器数据（支持8/16/24 kHz），I²C接口用于设备配置
• ‌高鲁棒性‌：AEC-Q100认证，10000g冲击耐受能力，扩展工作温度范围-40°C至+125°C

‌1.2 应用场景‌

• ‌宽带主动噪声控制‌：利用宽频带特性实现实时噪声抵消
• ‌振动监测系统‌：适用于工业设备状态监控与预测性维护

‌1.3 物理规格‌

• ‌封装‌：LGA-14 (2.5×2.5×0.86 mm³)，符合ECOPACK®环保标准
• ‌供电范围‌：1.71 V至2.1 V（典型1.8 V）

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‌二、电气与机械参数深度解析‌

‌2.1 关键机械特性‌

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
‌测量范围‌	全选择±3.85g / ±7.7g	-	3.85 / 7.7	-	g
‌灵敏度‌	@ ±3.85g	-	0.122	-	mg/LSB
‌零g偏移精度‌	@ 25°C	-180	-	+180	mg
‌噪声密度‌	X/Y轴@2.4kHz	-	30	-	μg/√Hz
‌谐振频率‌	MEMS元件	5150	-	-	Hz

‌设计要点‌：

• 灵敏度温度系数(TCSo)仅±0.015 %/°C，保证温漂稳定性
• 非线性度<0.5 %FS，确保高线性输出

‌2.2 电气特性与功耗管理‌

模式	供电电压	电流消耗	温度范围
‌正常工作‌	1.71-2.1 V	5.0 mA（三轴使能）	-40至+125 °C
‌功耗下降‌	-	1 μA	-

‌接口特性‌：

• ‌输出数据率‌：支持8/16/24 kHz TDM采样率
• ‌数字电平‌：高电平输入>0.7×Vdd，低电平输出<0.2 V

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‌三、TDM接口技术详解‌

‌3.1 接口架构‌

• ‌时钟信号‌：BCLK（位时钟）、WCLK（字时钟）、MCLK（主时钟）
• ‌数据流‌：SDOUT串行数据输出，支持左对齐16位数据格式

‌3.2 帧同步机制‌

• ‌WCLK功能‌：标识帧起始，支持50%占空比、单时隙宽度或单BCLK宽度
• ‌采样率配置‌：
  • ‌手动模式‌：通过TDM_CTRL_REG(2Eh)寄存器配置
  • ‌自动模式‌：启用ODR_AUTO_EN，根据MCLK/WCLK比率自动选择8/16/24 kHz

‌3.3 时隙映射灵活性‌

支持两种配置模式：

1. ‌X/Y/Z轴映射至SLOT0/1/2‌
2. ‌X/Y/Z轴映射至SLOT4/5/6‌

‌3.4 四大配置模式‌

• ‌配置1‌：无延迟，数据在BCLK上升沿有效
• ‌配置2‌：无延迟，数据在BCLK下降沿有效
• ‌配置3‌：延迟一个BCLK周期，上升沿有效
• ‌配置4‌：延迟一个BCLK周期，下降沿有效

‌3.5 时钟同步要求‌

• BCLK和WCLK必须通过MCLK整数分频获得
• BCLK/WCLK比率必须为整数值，确保ADC与TDM数据率完全同步