MMA8653FCR1

يُعدّ MMA8653FCR1 من NXP Semiconductors مقياس تسارع MMA8653FCR1 من NXP Semiconductors مقياس تسارع ذكي ومنخفض الطاقة ثلاثي المحاور بالسعة مع دقة 10 بت، وهو موجود في حزمة DFN-10 مدمجة للغاية بقياس 2 × 2 × 1.0 مم فقط. تم تصميم الجهاز للإلكترونيات الاستهلاكية وتطبيقات الاستشعار الصناعية التي تتطلب اكتشاف الحركة والإمالة والتوجيه بأقل استهلاك للطاقة وبصمة اللوحة.

ويتميز مقياس التسارع بثلاثة نطاقات قابلة للتحديد ديناميكيًا على نطاق كامل: زائد/ناقص 2 جم (الحساسية 256 LSB/g)، زائد/ناقص 4 جم (128 LSB/g)، زائد/ناقص 8 جم (64 LSB/g)، وكلها ذات حساسية عالية تبلغ 1 مجم/LSB وضوضاء منخفضة تبلغ 150 ميكرو-غرام لكل جذر هرتز مستقلة عن الدقة. يوفر ADC 10 بت ADC إخراجًا رقميًا يمكن الوصول إليه من خلال واجهة تسلسلية I2C بمعدلات بيانات قياسية (100 كيلوهرتز) أو الوضع السريع (400 كيلوهرتز)، مع معدلات بيانات إخراج قابلة للبرمجة من 1.56 هرتز إلى 800 هرتز.

الجهاز مزود بوظائف ذكية مدمجة تعمل على إلغاء تحميل المعالج المضيف: اكتشاف الحركة/السقوط الحر، واكتشاف الاتجاه الرأسي/المنظر الطبيعي مع تباطؤ بمقدار 15 درجة، وانتقالات حالة الاستيقاظ/السكون القابلة للتكوين. يمكن تكوين دبابيس المقاطعة القابلة للبرمجة (INT1 و INT2) لأي مجموعة من الوظائف المضمنة، مما يتيح لمقياس التسارع مراقبة أحداث القصور الذاتي مع البقاء في وضع الطاقة المنخفضة أثناء فترات عدم النشاط. تزيد ميزة الاستيقاظ التلقائي تلقائياً من معدل الاستهلاك التلقائي للتيار عند اكتشاف الحركة وتقلل منه أثناء عدم النشاط، مما يحقق استهلاك تيار منخفض للغاية يبلغ 7 ميكرو أمبير في وضع الطاقة المنخفضة.

يعمل الجهاز بمجالات إمداد منفصلة: VDD (من 1.95 فولت إلى 3.6 فولت) لقسم التناظرية/المستشعر وVDDDIO (من 1.62 فولت إلى 3.6 فولت) لواجهة I2C الرقمية، مما يتيح الاتصال المباشر بوحدات التحكم الدقيقة 1.8 فولت أو 2.5 فولت أو 3.3 فولت بدون مغيرات مستوى. يوفر دبوس BYP التوصيل لمكثف تجاوز المنظم الداخلي. عنوان I2C التابع هو 0x1D (الكتابة: 0x3A، القراءة: 0x3B).

تشير لاحقة R1 إلى شريط وبكرة تغليف مع 3000 وحدة لكل بكرة. ملاحظة: لقد أوقفت NXP هذا المنتج (نهاية العمر الافتراضي) وتوصي باستخدام FXLS8974CF كبديل. الجهاز متوافق مع RoHS3، ومستوى MSL 1 (غير محدود)، ومصنف على أنه EAR99.

يعمل MMA8653FCR1 كمقياس تسارع MMA8653FCR1 سعوي، حيث يقوم بتحويل التسارع الميكانيكي إلى خرج رقمي من خلال محول طاقة وتكييف إشارة وخط أنابيب تحويل تناظري إلى رقمي.

عنصر الاستشعار بالسعة: تستخدم آلية الاستشعار الأساسية هيكل نظام كهروميكانيكي دقيق (MEMS) يتكون من كتلة إثبات معلقة بواسطة نوابض سيليكون فوق أقطاب كهربائية ثابتة. عندما يتم تطبيق التسارع على أي محور، تنحرف كتلة الإثبات بشكل متناسب، مما يؤدي إلى تغيير السعة بين كتلة الإثبات والأقطاب الثابتة. يحتوي الجهاز على ثلاثة أنصاف جسور سعوية مستقلة، واحد لكل محور (X، Y، Z)، ينتج كل منها تغيرًا تفاضليًا في السعة يتناسب مع التسارع المطبق.

تكييف الإشارة: يتم تحويل تغيرات السعة إلى إشارات جهد عن طريق محول السعة إلى جهد (C-V) باستخدام بنية مكثف مبدل. تمر إشارات الجهد بعد ذلك من خلال مضخم كسب قابل للبرمجة (PGA) الذي يحدد النطاق الكامل: زائد/ناقص 2 جم أو زائد/ناقص 4 جم أو زائد/ناقص 8 جم. يزيد الكسب الأعلى من الحساسية ولكنه يقلل من نطاق التسارع الأقصى القابل للقياس.

التحويل التناظري إلى رقمي: تتم رقمنة الإشارات التناظرية المكيّفة بواسطة سجل تقريب متعاقب (SAR) مكون من 10 بت ADC. يعمل ADC بمعدل مضاعف زائد، ويتم تقليل الإخراج الرقمي إلى معدل بيانات الإخراج (ODR) الذي يحدده المستخدم والذي يتراوح من 1.56 هرتز إلى 800 هرتز. توفر دقة 10 بت 10 بت 1,024 مستوى منفصل، مما ينتج عنه حساسية 1 مجم/إلليسبايت في نطاق موجب/ناقص 2 جم.

معالجة الإشارات الرقمية: تمر بيانات التسارع المرقمنة من خلال سلسلة مرشحات رقمية تتضمن كلاً من خيارات التصفية منخفضة التمرير وعالية التمرير. يزيل مرشح التمرير العالي مكون الجاذبية للتيار المستمر، مما يتيح الكشف عن أحداث التسارع الديناميكية (الحركة والصدمات) بدون إزاحة الجاذبية الثابتة 1g. يتم تخزين البيانات المفلترة في سجلات الإخراج التي يمكن الوصول إليها عبر واجهة I2C.

وظائف مدمجة: تقوم آلات الحالة المدمجة بتنفيذ الكشف عن الحركة من خلال مقارنة حجم التسارع بالعتبات القابلة للبرمجة، والكشف عن السقوط الحر من خلال التحقق مما إذا كان حجم جميع المحاور أقل من العتبة، والكشف عن الاتجاه من خلال تحليل زاوية ناقل الجاذبية بالنسبة لمحاور الجهاز. تعمل هذه الوظائف بشكل مستقل دون تدخل المعالج المضيف، وتولد مقاطعات فقط عند استيفاء الشروط المكوّنة.

الاستيقاظ/السكون التلقائي: تراقب آلة حالة إدارة الطاقة بيانات مقياس التسارع وتنتقل تلقائيًا بين وضعي الاستيقاظ التلقائي (ODR مرتفع) والسكون (ODR منخفض). عندما يتم الكشف عن حركة تتجاوز عتبة قابلة للتكوين، يستيقظ الجهاز إلى وضع ODR أعلى للقياس الدقيق. خلال فترات عدم النشاط، ينام الجهاز في وضع السكون عند مستوى ODR أقل، مما يقلل من استهلاك التيار إلى 7 ميكرو أمبير مع الاستمرار في مراقبة أحداث الاستيقاظ.