加速传感器工作原理及架构.doc

加速传感器工作原理及架构.doc加速传感器工作原理及架构
飞思卡尔传感器产品主要分为三大部分：惯性传感器、压力传感器与安全和报警 IC。其中，惯性传感器即为加速传
感器，可以用于侦测倾斜、振动及撞击，因此可以用在汽车乘客安全、振动监控、 运动诊断、 防盗装置、 电器
平衡、地震检测、倾角/倾斜仪及便携式电子设备中。
加速传感器可用来侦测 X、Y、Z轴方向的加速度，以类比电压来表示所侦测的加速度的大小，在 IC内部主要由双
芯片构成，即重力感测单元（负责加速度的侦测）与控制 IC单元（负责信号处理）。双芯片可以分开安置也可以 叠放处理。
由图1可知，X轴或Z轴的重力检测单元将检测到的加速度变化量信号送到电荷积分器做积分运算， 而后进行取样、
保持及信号放大处理，最后用低通滤波器滤除高频噪音，在温度补偿处理后即可输岀加速度信息。此输岀之类比电
压与侦测的加速度值会维持线性比例的特性，不会受到温度的影响。
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为了说明X轴向g感测单元的感测原理，先来回顾电容的物理特性：电容值的大小与电极板的面积大小成正比， 和
电极板的间隔距离成反比。 g感测单元即利用电容的原理设计出来的，在图 2中左上角的小区块可以看到，蓝色的 部分代表可移动的电极板，而在蓝色电极板的上方左偏置与下方右偏置板块则是固定的电极板，此时蓝色电极板与
左右偏置板形成两个电容，当蓝色电极板因加速度的影响而改变与左右偏置板的间隔，则使得电容值改变进而促使 电容电压值的改变，因此可借此特性计算岀加速度的大小。
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图2 X轴问g单元结构示意
Z轴向垂直g感测单元的感测原理与 X轴向g感测单元的感测原理相同，只是架构有所差异。如图 3所示，红色
的震动块代表可移动的电极板，而绿色的顶板与蓝色的底板则是固定的极板。当红色的极板因为加速度的影响而改
变与上下极板的间隔，则将产生电容值的改变。因此，可借此特性计算岀此加速度的大小。图 3中黑色的部分为弹
簧装置，用来缓冲可移动电极板的移动
S3/辎向爭穴叮单元
图4为4X轴向g单元的SEM照片，显示了 g感测单元的架构，可移动极板在两个固定极板间左右移动，由可移 动极板与固定极板组成的指状结构是显而易见的
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图列X轴向g单元SFM照片
图5显示了 Z轴向g感测单元的架构，左图中，红色的区块为固定极板，而绿色区块则代表可移动中板，可移动中
板是在两个固定极板间上下移动。这与 X轴向g单元的指状结构是截然不同的
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图3 2轴向G单元昭片
加速传感器的6种感应功能
1）倾斜度侦测
倾斜度侦测电子罗盘，倾斜仪，文本滚动浏览 /用户界面，图像旋转，LCD投影，物理治疗法。
加速传感器在静止时，可用来检测倾斜角，倾斜角在 90〜+90之间变化时，加速传感器输出会在 ~+
间变化。输出电压对应倾斜角的公式如下示：
AU
Kx OGx
实中：