Freescale MMA1260D低g微机械加速度计详解

在电子工程领域，加速度计是一种非常重要的传感器，广泛应用于各种设备和系统中。今天我们来详细了解Freescale Semiconductor的MMA1260D低g微机械加速度计。

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一、产品概述

MMA系列硅电容式微机械加速度计具有信号调理、2极低通滤波器和温度补偿功能。零g偏移、满量程跨度和滤波器截止频率在工厂已设置好，无需外部设备。同时具备完整的系统自测试能力，可验证系统功能。

二、产品特性

2.1 功能特性

• 集成信号调理和线性输出：能够对加速度信号进行有效的调理，输出线性信号，方便后续处理。
• 2阶贝塞尔滤波器：采用贝塞尔实现方式，提供最大平坦的延迟响应（线性相位），能保持脉冲形状的完整性，且无需外部无源元件来设置截止频率。
• 校准自测试：可在安装前后的任何时间验证加速度计的机械和电气完整性。
• EPROM奇偶校验状态：包含故障检测电路和故障锁存器，当EPROM位的奇偶性变为奇数时，状态引脚输出会被锁存为高电平。
• 晶圆级密封：传感元件在晶圆级进行气密密封，具有卓越的可靠性和坚固的设计，高抗冲击能力。

2.2 典型应用

该加速度计适用于多种场景，如振动监测和记录、家电控制、机械轴承监测、计算机硬盘保护、计算机鼠标和操纵杆、虚拟现实输入设备以及运动诊断设备和系统等。

三、订购信息

设备	温度范围	外壳编号	封装
MMA1260D	-40 至 +105 °C	475 - 01	SOIC - 16

四、最大额定值

额定值	符号	值	单位
通电加速度（所有轴）	gpd	1500	g
未通电加速度（所有轴）	gupd	2000	g
电源电压	VDD	-0.3 至 +7.0	V
跌落测试	Hdrop	1.2	m
存储温度范围	Tstg	-40 至 +125	°C

这里需要注意，跌落测试是从任何轴落到混凝土表面。

五、静电放电（ESD）注意事项

该设备对静电放电敏感，尽管Freescale Semiconductor的加速度计包含内部2kV ESD保护电路，但用户仍需采取额外的预防措施来保护芯片免受ESD影响。人体或相关测试设备上可能积累超过2000伏的电荷，这种电荷可能会改变芯片的性能或导致其失效。在处理加速度计时，应遵循适当的ESD预防措施。

六、工作特性

6.1 工作范围

• 电源电压：4.75 - 5.25V，在此范围内，设备作为完全校准的线性加速度计工作。超出此范围，设备可能作为线性设备工作，但不能保证校准。
• 电源电流：1.1 - 3.2 mA
• 工作温度范围：-40 至 +105 °C
• 加速度范围：±1.5g

6.2 输出信号

• 零g输出：在不同条件下有不同的值，例如在TA = 25 °C，VDD = 5.0 V时，零g输出为2.25 - 2.75V。
• 灵敏度：在TA = 25 °C，VDD = 5.0 V时，灵敏度为1140 - 1260 mV/g。

6.3 其他特性

还包括带宽响应、非线性、噪声、自测试、输出级性能、机械特性等方面的参数，这些参数对于工程师在设计应用电路时非常重要。例如，在选择合适的滤波器、确定输出信号的准确性等方面都需要参考这些参数。

七、工作原理

Freescale Semiconductor的加速度计是一种表面微机械集成电路加速度计，由表面微机械电容传感单元（g - 单元）和CMOS信号调理ASIC封装在一个集成电路中。传感元件在晶圆级使用体微机械“帽”晶圆进行气密密封。

g - 单元是由半导体材料（多晶硅）通过半导体工艺（掩膜和蚀刻）形成的机械结构，可建模为两个固定板中间有一个可移动板。当受到加速度作用时，中间板会从其静止位置偏转，从而改变与两个固定板的距离，这种距离变化可用于测量加速度。g - 单元的极板形成两个背靠背的电容器，CMOS ASIC使用开关电容技术测量g - 单元电容器，并从两个电容器的差值中提取加速度数据，同时对信号进行调理和滤波，提供与加速度成比例的高电平输出电压。

八、特殊功能

8.1 滤波功能

加速度计包含一个板载2极开关电容滤波器，采用贝塞尔实现方式，无需外部无源元件设置截止频率，能有效保持脉冲形状的完整性。

8.2 自测试功能

传感器提供自测试功能，用户通过向自测试引脚施加逻辑高输入，可验证加速度计的机械和电气完整性。自测试时，会在自测试板和可移动板之间施加校准电位，产生静电力使中间板偏转，加速度计的控制ASIC测量偏转并输出相应的电压。

8.3 状态功能

加速度计包含故障检测电路和故障锁存器，状态引脚输出在EPROM位奇偶性变为奇数时会被锁存为高电平，可通过自测试输入引脚的上升沿重置，除非故障条件仍然存在。

九、基本连接

9.1 引脚说明

引脚编号	引脚名称	描述
1 - 3	VSS	与内部VSS的冗余连接，可留空不连接
4	VOUT	加速度计的输出电压
5	STATUS	用于指示故障的逻辑输出引脚
6	VDD	电源输入
7	VSS	电源接地
8	ST	用于启动自测试的逻辑输入引脚
9 - 13	微调引脚	用于工厂微调，留空不连接
14 - 16	-	无内部连接，留空不连接

9.2 PCB布局建议

• 在VDD上使用0.1 µF电容器去耦电源。
• 加速度计与微控制器的物理耦合距离应最小化。
• 在加速度计下方放置接地平面以减少噪声，并将接地平面连接到所有内部VSS端子。
• 在加速度计输出端使用1 kΩ和0.1 µF的RC滤波器以最小化时钟噪声。
• PCB的电源和接地布局不应耦合电源噪声。
• 加速度计和微控制器不应处于高电流路径。
• 选择A/D采样率和任何外部电源开关频率，使其不干扰内部加速度计采样频率，以防止混叠误差。

十、加速度感应方向

加速度计可测量动态和静态加速度，在不同的加速度方向下，输出电压会相应变化。例如，在地球重力场下，当加速度计处于特定位置时，会产生正1g的输出。

十一、封装尺寸

该加速度计采用16引脚SOIC封装，文档中给出了详细的封装尺寸信息，包括各尺寸的最小值和最大值等，工程师在设计PCB时需要参考这些尺寸。

十二、联系信息

如果工程师在使用过程中遇到问题或需要更多技术支持，可以通过以下方式联系Freescale Semiconductor：

• 主页：www.freescale.com
• 邮箱：[e-mail]
• 不同地区有不同的技术信息中心联系方式，如美国/欧洲、日本、亚太地区等。

Freescale MMA1260D低g微机械加速度计具有丰富的功能和良好的性能，在众多应用场景中都能发挥重要作用。工程师在使用时需要充分了解其特性、工作原理和连接方式，以确保设计的电路能够稳定、准确地工作。你在实际应用中是否遇到过类似加速度计的使用问题呢？欢迎在评论区分享。