《具有高稳定性、低噪声和振动抑制特性的偏航角速度陀螺仪》由会员分享，可在线阅读，更多相关《具有高稳定性、低噪声和振动抑制特性的偏航角速度陀螺仪（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 20112014 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 功能框图 图1.产品特性 偏置稳定度：12/小时 Z轴(偏航角速度)响应 角向随机游动：0.01/s 可在宽频率范围内提供高振动抑制特性 测量范围可扩大至450/s 抗冲击能力：10,000 g 输出与基准电源成比率 6 V单电源供电 工作温度：40C至+105C 根据数字命令执行自测 超小尺寸、重量轻( 1000。 Rev. B | Page 7 of 12 图10. 25C时的ST1输出变化图11. ST1输出变化与温度的关系，插口中有16个器件 图12. 25C时的自测不匹配 图13.
2、 25C时的ST2输出变化 图14. ST2输出变化与温度的关系，插口中有16个器件图15. 采用2.2 kHz输出滤波器的ADXRS646频率响应 ADXRS6462505101520PERCENT OF POPULATION (%)ST1 (mV)65063061059057055053051049047045043041039037035009771-0060.300.350.400.450.500.550.600.650.700.75ST1 (V)TEMPERATURE (C)60402002040608010012014009771-104706050403020100PERCENT
3、 OF POPULATION (%)MISMATCH (%)43210123409771-0082505101520PERCENT OF POPULATION (%)ST2 (mV)35037039041043045047049051053055057059061063065009771-0070.750.300.350.400.450.500.550.600.650.70ST2 (V)TEMPERATURE (C)60402002040608010012014009771-10391815129630360908070605040302010MAGNITUDE RESPONSE (dB)PH
4、ASE RESPONSE (Degrees)FREQUENCY (kHz)0.111009771-101COUT = 470pFMAGNITUDEPHASERev. B | Page 8 of 12 图16. 25C时的VTEMP输出 图17. VTEMP输出与温度的关系图18. 25C时的功耗80706050403020100PERCENT OF POPULATION (%)VTEMP OUTPUT (V)2.702.752.802.852.902.953.003.053.103.153.203.253.3009771-0094.500.51.01.52.02.53.03.54.0VTEMP
5、 (V)TEMPERATURE (C)1005005010015009771-10235302520151050PERCENT OF POPULATION (%)CURRENT CONSUMPTION (mA)2.82.93.03.13.23.33.409771-013ADXRS646Rev. B | Page 9 of 12 图19. 简化陀螺仪检测结构一个转折fOUT = 1/(2 ROUT COUT) ROUT = (180 k REXT)/(180 k + REXT) 图20. 温度传感器结构XYZ09771-015VRATIOVTEMPRFIXEDRTEMP09771-016工作原理
6、 ADXRS646使用谐振器陀螺仪原理工作。图19是四种多晶 硅检测结构之一的简化图。每种检测结构均包含一个扰动 框架，通过静电驱动到谐振状态。这会产生必要的速度， 从而在旋转期间产生科里奥利力。ADXRS646设计用于感 应Z轴(偏航)角速度。当检测结构旋转时，产生的科氏力耦合至外部检测框架， 该框架包含置于固定捡拾器指之间的可动指。这样便形成 一个容性捡拾结构来检测科氏运动。检测到的信号被馈送 至一系列增益和解调级，产生电速率信号输出。四传感器 设计可抑制线性和角加速度，包括外部重力、冲击和振 动。四路传感结构以机械方式耦合四种检测结构，使外部 重力表现为可通过ADXRS646中实施的完全
7、差分架构来消 除的共模信号，因而可进行抑制。静电谐振器的工作电压为21 V。由于大多数应用一般只提供 6 V电压，因此芯片内包括一个电荷泵。如果提供21 V外部 电源，则可以省略CP1至CP4上的两个电容，将此电源连 接到CP5(引脚6D、7D)。当ADXRS646上电时，CP5不应接 地。虽然不会造成损坏，但在某些情况下，如果不先断开 ADXRS646的电源，则断开接地后电荷泵可能无法启动。可以精确控制该频率，因为ROUT在制造期间被调整至180 k 1%。在RATEOUT引脚(1B, 2A)和SUMJ引脚(1C, 2C)之间 连接的任何外部电阻将导致：陀螺仪为18 kHz谐振频率时，经常会
8、添加另一个外部滤波器 (硬件或软件)，以衰减解调尖峰引起的高频噪声。推荐由 3.3 k串联电阻和22 nF并联电容(2.2 kHz极点)组成的RC输 出滤波器。温度输出和校准 通过执行温度校准来提高陀螺仪的整体精度是常见做法。 ADXRS646有一路温度相关的电压输出，可以作为这种校 准方法的输入。温度传感器结构如图20所示。温度输出呈 非线性特征，任何连接到TEMP输出的负载电阻都会导致 TEMP输出和温度系数降低。因此，建议缓冲该输出。25C时TEMP引脚(3F, 3G)的标称电压为2.9 V，VRATIO = 6 V。 25C时温度系数为10 mV/C(典型值)；图17显示了整个温度 范
9、围的输出响应。虽然TEMP输出的重复度高，但绝对精 度不高。设置带宽 外部电容COUT与片内电阻ROUT一起构成一个低通滤波器， 用于限制ADXRS646速率响应的带宽。3 dB频率由ROUT和 COUT设置：ADXRS646Rev. B | Page 10 of 12 电源比率 ADXRS646的零点输出电压(RATEOUT)、灵敏度、自测响 应(ST1和ST2)和温度输出(TEMP)与VRATIO成比率。因此， ADXRS646与电源比率式ADC配合使用，可以自动消除微 小电源波动所引起的误差。非比率式的行为会引起某种通 常可忽略不计的小误差。注意，为了确保满测量范围， VRATIO不得大
10、于AVCC。零点调整 标称的3.0 V零点输出电压针对的是RATEOUT (1B, 2A)的对 称摆幅范围。然而，某些应用可能需要对称的输出摆幅。 将适当的电流注入SUMJ (1C, 2C)可以调整零点。注意，电 源干扰可能会引起某种程度的零点不稳定现象。这种情况 下应特别注意避免数字电源噪声。自测功能 ADXRS646具有自测功能，可以让各检测结构和相关电子 电路如同陀螺仪受到角速率效应一样。自测功能由施加于ST1引脚(5F, 5G)、ST2引脚(4F, 4G)或以 上二者的标准逻辑高电平启动。对ST1引脚施加逻辑高电 平会使得RATEOUT电压发生450 mV(典型值)的变化，对 ST2引
11、脚施加逻辑高电平会使得+450 mV(典型值)出现相反的 变化。施加于ST1和ST2引脚的电压不得大于AVCC。自测响 应遵循封装大气的粘度温度相关性，约为0.25%/C。同时启动ST1和ST2不会造成损坏。ST1与ST2产生的输出响 应严格匹配(2%)，但同时启动二者可能会引起与自测不 匹配度成比例的小视在零点偏置偏移。连续自测 片内集成ADXRS646以及成熟的制造工艺均为陀螺仪提供 了经实际验证的可靠性。 作为额外的故障检测措施，可以在上电或工作期间偶尔执 行自测。然而，某些应用可能必须在旋转速率检测的同时 执行连续自测。 修改测量范围 在RATEOUT和SUMJ之间增加单个225 k电
12、阻，可以降低 ADXRS646比例因子，把测量范围扩展到差不多450/s。 如果在RATEOUT和SUMJ之间增加外部电阻，COUT必定会 按比例增加才能保持正确的带宽。ADXRS646Rev. B | Page 11 of 12 图21. 有随机振动和无随机振动(15 g RMS，20 Hz至2 kHz)时 ADXRS646输出响应；陀螺仪带宽设置为1600 Hz图22. ADXRS646正弦振动输出响应(5 g，20 Hz至5 kHz)； 陀螺仪带宽设置为1600 Hz10.10.010.0010.00010.00001(/sec)2/ HzFREQUENCY (Hz)101001k10k
13、09771-017WITH VIBRATIONNO VIBRATION0.120.040.0200.020.040.060.080.10(/sec)FREQUENCY (Hz)101001k10k09771-018抗振性 陀螺仪设计用于仅对旋转做出响应。但是，所有陀螺仪也 会响应线性运动，其精度不尽相同。偏置稳定性经常用作 主要品质因数，用于评估高性能陀螺仪，实际应用中会出 现许多额外的误差源。特别是在需要运动传感器的应用场 合，会出现振动和加速，而由此造成的误差经常会淹没偏 置漂移。差分四路传感器设计使得ADXRS646本身就能抗振动，无 需进行补偿。图21和图22演示了ADXRS646出色
14、的抗振 性。图21显示了在20 Hz至2 kHz施加的有15 g rms随机振动 和无15 g rms随机振动时ADXRS646输出响应。性能类似， 与输入振动的方向无关。若要进一步改善抗振性和加速，可使用加速度计实施某些 重力敏感补偿。无论振动频率高低，振动响应恒定时这种 技术最成功。图22演示了20 Hz至5 kHz范围内对5 g正弦振动 的ADXRS646直流偏置响应。此图表明不存在敏感的频率 且振动校正微乎其微。因而，必要时可使用加速度计进行 重力敏感补偿，但器件固有的性能足以用于许多应用场合。ADXRS646Rev. B | Page 12 of 12 外形尺寸 图23. 32引脚陶
15、瓷球栅阵列封装CBGA (BG-32-3) 尺寸单位：mm订购指南 型号1温度范围 封装描述 封装选项 ADXRS646ADXRS646BBGZ 40C至+105C32引脚陶瓷球栅阵列CBGABG-32-3 ADXRS646BBGZ-RL 40C至+105C32引脚陶瓷球栅阵列CBGABG-32-3 EVAL-ADXRS646Z 评估板 ABCDEFG76543TOP VIEW3.80 MAXDETAIL ABALL DIAMETER0.60 0.55 0.500.60 MAX 0.25 MINCOPLANARITY 0.1521*A1 CORNER INDEX AREA3.20 MAX 2.
16、50 MIN*BALL A1 IDENTIFIER IS GOLD PLATED AND CONNECTEDTO THE D/A PAD INTERNALLY VIA HOLES.7.05 6.85 SQ 6.70A1 BALL CORNERBOTTOM VIEWDETAIL A0.80 BSC4.80 BSC SQSEATING PLANE07-11-2012-B20112014 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D09771sc-0-1/14(B) 1 Z = 符合RoHS标准的器件。
