ADIS16448BMLZ

紧凑、精密10自由度惯性传感器 ADIS16448 产品特性 概述 三轴数字陀螺仪，数字范围调整设置： ±250°/s、±500°/s、±1000°/s 轴间对准： 0x04。 新数据指示 DIAG_STAT[7](见表31)为磁力计(xMAGN_OUT)和气压计 输出寄存器(BARO_OUT)提供了一个新数据位。xMAGN_ OUT和BARO_OUT寄存器接收到新数据后，此位立即变 为1。四个寄存器中有一个接到读取请求时，此位恢复为0。 SEQ_CNT寄存器(见表36)提供一个计数器功能，帮助确定 磁力计和气压计寄存器中何时有新数据。使用全采样速率 (SMPL_PRD[15:8] = 0x00)时，SEQ_CNT从16开始，每次陀 螺仪数据更新便递减1。当它达到1时，下一陀螺仪更新周 期 后 它 又 变 回 16。 当 SEQ_CNT等 于 16时 ， 磁 力 计 (xMAGN_OUT)和气压计(BARO_OUT)寄存器包含新数 据。初始化期间，SEQ_CNT寄存器可以帮助同步磁力计和 气压计输出中的新数据读取环路。开始连续读取环路时， 应在磁力计和气压计寄存器更新前读取SEQ_CNT，以确定 需要经历的采样周期数。 表36. SEQ_CNT(基地址 = 0x3A)，只读 位 [15:11] [6:0] Rev. A | Page 18 of 24 描述 无关 二进制计数器：16至1，当D = 0时 计数器范围 = 16/2D – 1，当1 ≤ D ≤ 4时 有关D的更多信息参见表34 ADIS16448 校准 ADIS16448的机械结构和组装工艺使每个传感器均具有出 色的位置和对准稳定性，即使经受温度循环、冲击、振动 和其它环境条件后，仍然稳定如初。工厂校准包括在整个 温度范围内对各陀螺仪和加速度计进行动态测试，从而产 生传感器特定的校正公式。 陀螺仪 XGYRO_OFF(见表37)、YGYRO_OFF(见表38)和ZGYRO_ OFF(见表39)寄存器分别提供X轴、Y轴和Z轴陀螺仪的用户 可编程偏置调整函数。图21显示，传感器数据须利用偏置 校正系数进行调整，然后立即载入输出寄存器。 ADC FACTORY CALIBRATION AND FILTERING xGYRO_OUT xACCL_OUT xGYRO_OFF xACCL_OFF GLOB_CMD[0](见表25)用于在启动时将xGYRO_OUT中存 储的值的逆值载入xGYRO_OFF寄存器。利用此命令和抽 取滤波器(SMPL_PRD[12:8]，见表34)，可以自动求取陀螺 仪数据的均值，从而提高此功能的精度；具体步骤如下： 1. 设置SENS_AVG[10:8] = 001 (DIN = 0xB901)以将xGYRO_ OUT灵敏度优化到0.01°/s/LSB。 2. 设置SMPL_PRD[12:8] = 0x10 (DIN = 0xB710)以将抽取率 设置为65,536 (216)，均值时间为80秒(65,536 ÷ 819.2 SPS)。 3. 等待80秒，同时让器件保持不动。 4. 设置GLOB_CMD[0] = 1 (DIN = 0xBE01)，等待闪存备份 完成。 加速度计 09946-020 MEMS SENSOR 单命令偏置校正 图21. 用户校准，陀螺仪和加速度计 XACCL_OFF(见表40)、YACCL_OFF(见表41)和ZACCL_ OFF(见表42)寄存器分别提供X轴、Y轴和Z轴加速度计的用 户可编程偏置调整函数。这些寄存器调整加速度计数据的 方式与图21所示XGYRO_OFF的调整方式相同。 陀螺仪偏置误差估计 任何系统级校准功能都必须从估计偏置误差开始，这种估 计通常依据器件静止时的陀螺仪输出数据样本。数据的样 本大小取决于目标精度。图7显示了偏置测量的均值时间 与预期精度之间的权衡关系。振动、热梯度和电源不稳定 性可能影响该过程的精度。 描述(默认值 = 0x0000) X轴，陀螺仪偏移校正系数，二进制补码， 0.01°/s/LSB，0°/s = 0x0000 表41. YACCL_OFF(基地址 = 0x22)，读/写 位 [15:14] [13:0] 描述(默认值 = 0x0000) Y轴，陀螺仪偏移校正系数，二进制补码， 0.01°/s/LSB，0°/s = 0x0000 描述(默认值 = 0x0000) 未使用 Y轴，加速度计偏移校正系数，二进制补码， 1/1200 g/LSB，0 g = 0x0000 描述(默认值 = 0x0000) 未使用 Z轴，加速度计偏移校正系数，二进制补码， 1/1200 g/LSB，0 g = 0x0000 加速度计偏置误差估计 表39. ZGYRO_OFF(基地址 = 0x1E)，读/写 位 [15:0] 描述(默认值 = 0x0000) X轴，加速度计偏移校正系数，二进制补码， 1/1200 g/LSB，0 g = 0x0000 表42. ZACCL_OFF(基地址 = 0x24)，读/写 表38. YGYRO_OFF(基地址 = 0x1C)，读/写 位 [15:0] 位 [15:0] 位 [15:14] [13:0] 表37. XGYRO_OFF(基地址 = 0x1A)，读/写 位 [15:0] 表40. XACCL_OFF(基地址 = 0x20)，读/写 描述(默认值 = 0x0000) Z轴，陀螺仪偏移校正系数，二进制补码， 0.01°/s/LSB，0°/s = 0x0000 陀螺仪偏置校正系数 完成偏置估计后，将估计值乘以−1以改变其极性，再将其 W 转换为偏移校正寄存器所需的数字格式(见表37、表38和 表 39)，最后将校正系数写入校正寄存器。例如，设置 XGYRO_OFF = 0xFFF6 (DIN = 0x9BFF, 0x9AF6)即可将X轴 偏置降低10 LSB (0.1°/sec)。 在静态条件下，将各加速度计放在其对重力的响应可以预 测的位置。常用方法是测量各加速度计处于峰值响应位置 (即±1 g是理想测量位置)时的响应。然后求取+1 g和−1 g加 速度计测量结果的均值，以估算残余偏置误差。使用旋转 方向上的多个点可以提高响应的精度。 Rev. A | Page 19 of 24 ADIS16448 加速度计偏置校正系数 表45. ZMAGN_HIC(基地址 = 0x2A)，读/写 完成偏置估计后，将估计值乘以−1以改变其极性，再将其 转换为偏移校正寄存器所需的数字格式(见表40、表41和 表 42)，最后将校正系数写入校正寄存器。例如，设置 XACCL_OFF = 0xFFF4 (DIN = 0xA1FF, 0xA0F4)即可将X轴 偏置降低12 LSB (10 mg)。 位 [15:0] 撞击对准点 设置MSC_CTRL[6] = 1 (DIN = 0xB446)即可使能此功能并保 持DIO1的出厂默认设置。此功能用于以图22所示的点为基 准执行撞击点转换。有关MSC_CTRL的更多信息参见表30。 描述(默认值 = 0x0000) Z轴硬铁校正系数，二进制补码， 7 LSB/mgauss，0x0000 = 0 mgauss 硬铁系数 硬铁误差估计完成后，执行以下步骤： 1. 将估计值乘以−1以改变其极性。 2. 将其转换为硬铁校正寄存器(见表43)所需的数字格式。 3. 将校正系数写入寄存器。例如，设置XMAGN_HIC = 0xFFF6 (DIN = 0xA7FF, 0xA6F6)即可将X轴偏置降低10 LSB (~1.429 mgauss)。 软铁效应 XMAGN_SIC(见表46)、YMAGN_SIC(见表47)和ZMAGN_ SIC(见表48)寄存器为各磁力计响应的灵敏度提供调整变量， 从而简化执行系统级软铁校正的过程。 表46. XMAGN_SIC(基地址 = 0x2C)，读/写 位 [15:0] 09946-119 ORIGIN ALIGNMENT REFERENCE POINT SEE MSC_CTRL[6]. 表47. YMAGN_SIC(基地址 = 0x2E)，读/写 图22. 撞击点物理参考 磁力计校准 ADIS16448提供了影响硬铁和软铁校正系数的寄存器，如 图23所示。 位 [15:0] 1 + xMAGN_SIC ADC FACTORY CALIBRATION AND FILTERING xMAGN_HIC 描述(默认值 = 0x8000) Y轴软铁校正系数，二进制补码， 1 LSB = 100%/32,767 0x7FFF = 100%增加(2×) 0x8000 = 100%减少(0×) 表48. ZMAGN_SIC(基地址 = 0x30)，读/写 xMAGN_OUT 位 [15:0] 09946-022 MAGNETIC SENSOR 描述(默认值 = 0x8000) X轴软铁校正系数，二进制补码， 1 LSB = 100%/32,767 0x7FFF = 100%增加(2×) 0x8000 = 100%减少(0×) 图23. 硬铁和软铁系数校正 描述(默认值 = 0x8000) Z轴软铁校正系数，二进制补码， 1 LSB = 100%/32,767 0x7FFF = 100%增加(2×) 0x8000 = 100%减少(0×) 硬铁校正 XMAGN_HIC(见表43)、YMAGN_HIC(见表44)和ZMAGN_ HIC(见表45)寄存器分别提供X轴、Y轴和Z轴磁力计的用户 可编程偏置调整函数。硬铁效应会导致磁力计响应偏移。 表43. XMAGN_HIC(基地址 = 0x26)，读/写 位 [15:0] 描述(默认值 = 0x0000) X轴硬铁校正系数，二进制补码， 7 LSB/mgauss，0x0000 = 0 表44. YMAGN_HIC(基地址 = 0x28)，读/写 位 [15:0] 描述(默认值 = 0x0000) Y轴硬铁校正系数，二进制补码， 7 LSB/mgauss，0x0000 = 0 闪存更新 利用用户校准寄存器优化系统级精度之后，设置 GLOB_CMD[3] = 1 (DIN = 0xBE04)可将这些设置保存到非 易失性闪存。确定闪存中用户校正系数的更新频率时，务 必考虑闪存的耐久性额定值。 恢复工厂校准 设置GLOB_CMD[1] = 1 (DIN = 0xBE02)即可执行工厂校准 恢复功能，将陀螺仪和加速度计偏移寄存器复位到0x0000， 并将所有传感器数据复位到0。然后，它会自动更新闪存 并重新启动数据采样和处理。有关GLOB_CMD的信息参见 表25。 Rev. A | Page 20 of 24 ADIS16448 报警 报警1和报警2提供两个具有可编程电平、极性和数据源的 独立报警。 静态报警的使用 表53. ALM_CTRL(基地址 = 0x48)，读/写 位 [15:12] 静态报警设置将数据源选择(ALM_CTRL[15:8])与表49和 表 50所列ALM_MAGx寄存器中的值进行比较，并使用 ALM_MAGx[15]确定触发极性。这些寄存器的数据格式与 ALM_CTRL[15:8]的数据选择格式相同。静态报警配置示 例参见表54的报警1。 表49. ALM_MAG1(基地址 = 0x40)，读/写 位 [15:0] 描述(默认值 = 0x0000) 阈值设置；与ALM_CTRL[11:8] 输出寄存器选择的格式一致 表50. ALM_MAG2(基地址 = 0x42)，读/写 位 [15:0] 描述(默认值 = 0x0000) 阈值设置；与ALM_CTRL[15:12] 输出寄存器选择的格式一致 动态报警的使用 动态报警设置监控数据选择以进行变化率比较。变化率比 较表示为ALM_MAGx寄存器的幅值除以ALM_SMPLx寄存 器(见表51)的采样数设置所代表的时间。动态报警配置示 例参见表54的警报2。 描述(默认值 = 0x0000) 未使用 二进制，采样数(0x00和0x01均等于1) 表52. ALM_SMPL2(基地址 = 0x46)，读/写 位 [15:8] [7:0] 报警示例 表54给出了一个示例：当经过滤波的ZACCL_OUT数据降 至0.7 g以下时，报警1触发；当经过滤波的ZGYRO_OUT数 据在100 ms时间内的变化率超过50°/sec或500°/sec2时，报警 2触发。滤波设置有助于减少噪声引起的误触发，并优化 触发点的精度。对于819.2 SPS的内部采样速率，82样本的 ALM_SMPL2设置提供约为100 ms的比较周期。 表51. ALM_SMPL1(基地址 = 0x44)，读/写 位 [15:8] [7:0] [11:8] 7 6 5 4 3 2 1 0 描述(默认值 = 0x0000) 报警2数据源选择 0000 = 禁用 0001 = XGYRO_OUT 0010 = YGYRO_OUT 0011 = ZGYRO_OUT 0100 = XACCL_OUT 0101 = YACCL_OUT 0110 = ZACCL_OUT 0111 = XMAGN_OUT 1001 = YMAGN_OUT 1010 = ZMAGN_OUT 1011 = BARO_OUT 1100 = TEMP_OUT 报警1数据源选择(同报警2) 报警2，动态/静态(1 = 动态，0 = 静态) 报警1，动态/静态(1 = 动态，0 = 静态) 报警2，极性(1 = 大于ALM_MAG2) 报警1，极性(1 = 大于ALM_MAG1) 数据源滤波(1 = 滤波，0 = 未滤波) 报警指示(1 = 使能，0 = 禁用) 报警指示有效极性(1 = 高电平，0 = 低电平) 报警输出线路选择(1 = DIO2，0 = DIO1) 描述(默认值 = 0x0000) 未使用 二进制，采样数(0x00和0x01均等于1) 表54. 报警配置示例 报警报告 DIAG_STAT[9:8]位提供的错误标志指示报警状况。ALM_ CTRL[2:0]位提供硬件指示控制，并决定使用DIO1还是 DIO2。 DIN 0xCD36, 0xCCAF 0xC704, 0xC6E2 0xC503, 0xC448 0xC866 Rev. A | Page 21 of 24 描述 ALM_CTRL = 0x36AF 报警2：动态，Δ-ZGYRO_OUT (Δ-time, ALM_SMPL2) > ALM_MAG2 报警1：静态，ZACCL_OUT < ALM_MAG1， 滤波数据DIO2输出指示，正极性 ALM_MAG2 = 0x04E2 = 1,250 LSB = 50°/s ALM_MAG1 = 0x0348 = 840 LSB = +0.7 g ALM_SMPL2[7:0] = 0x52 = 82样本 82样本 ÷ 819.2 SPS = ~100 ms ADIS16448 应用信息 安装 电源考虑 为使器件正常工作并实现最佳性能，电源必须在3.15 V到 3.45 V范围内。启动期间，当VDD达到1.6 V时，内部电源转 换系统开始吸取电流。当VDD达到2.35 V时，内部处理器开 始初始化。处理器启动后，VDD必须在128 ms内达到2.7 V。 此外，若要关断器件，务必使电源降至1.6 V以下。图9显示 电源上有一个10 μF电容，此电容有助于传感器实现最佳噪 声性能。 ADIS16448/PCBZ ADIS16448/PCBZ包括一个ADIS16448AMLZ、一个接口 PCB和一个灵活的连接器/电缆。这款特别灵活的电缆使得 ADIS16448AMLZ 可搭配任何使用ADIS1636x、ADIS16375、 ADIS16385、ADIS1640x或ADIS1648x IMU产品的系统，此 类系统采用24引脚接口，而非ADIS16448 的20引脚接口。利 用这一器件组合可以更快速地完成安装，以支持原型评估 和算法开发。图24提供了一个采用这三个器件的机械设计 示例。 15mm TO 45mm 33.40mm 23.75mm 11 2 1 10.07mm J1 12 11 2 1 ADIS16448BMLZ J2 接口PCB上的C1/C2焊盘没有电容，当这些焊盘可以支持 推荐的电源电容10 μF(见图9)。 EVAL-ADIS支 持 利 用 PC对 ADIS16448进 行 评 估 。 访 问 www.analog.com/EVAL-ADIS即可下载用户指南(UG-287)和 软件(IMU评估)。 15.05mm 30.10mm FLEXIBLE CONNECTOR/CABLE • 根据图24给出的位置，在系统框架中钻M2和M3孔。 • 用M2机械螺丝安装ADIS16448，安装扭矩为25英寸盎司。 • 用M3机械螺丝安装接口PCB。 • 将接口FLEX上的J1连接到ADIS16448AMLZ连接器。 • 将接口FLEX上的J2连接到接口PCB上的J3。 注意，J2(接口 FLEX)有20个引脚，J3(接口PCB)有24个引脚。确保J2(接 口FLEX)的引脚1连接到J3(接口PCB)的引脚20。J3有一 个引脚1指示标志以指导此安装。 • 使用接口PCB上的J1和J2实现与系统电源和嵌入式处理 器的电连接，采用12引脚、1 mm带状电缆。构建此类电 缆时，下列器件可能有用：3M产品型号152212-0100GB(带状电缆压接连接器)和3M产品型号3625/12(带状 电缆)。 基于PC的评估工具 12 20.15mm 下面是使用这三个器件的安装过程示例： INTERFACE PCB 09946-021 NOTES 1. USE FOUR M2 MACHINE SCREWS TO ATTACH THE ADIS16448. 2. USE FOUR M3 MACHINE SCREWS TO ATTACH THE INTERFACE PCB. 图24. ADIS16448/PCBZ的物理安装图 图25给出了接口板的引脚分配。 1 2 SCLK DNC 1 2 GND CS 3 4 DOUT DNC 3 4 DIO3 DNC 5 6 DIN GND 5 6 DIO4 GND 7 8 GND DNC 7 8 DNC GND 9 10 VDD DNC 9 10 DNC VDD 11 12 VDD DIO2 11 12 DIO1 09946-122 J2 J1 RST 图25. 接口PCB的J1/J2引脚分配 Rev. A | Page 22 of 24 ADIS16448 外形尺寸 24.53 24.15 23.77 20.150 BSC 2.00 BSC 2.00 BSC 2.60 2.40 DIA. 2.20 6.70 BSC 10-32 THREADED HOLE 4.70 4.50 4.30 30.10 BSC 33.40 BSC 38.08 37.70 37.32 1.00 BSC 0.66 BSC TOP VIEW 12.50 BSC 19.55 BSC 2.96 2.70 2.44 7.57 BSC 29.200 BSC 7.89 7.63 7.37 2.30 BSC (2 PLCS) SIDE VIEW 2.30 BSC (2 PLCS) 1.00 BSC PITCH 2.84 BSC (Pin Height) 10.23 BSC 5.18 BSC (PCB to Connector) 03-14-2013-D 11.10 10.80 10.50 END VIEW 图26. 带连接器接口的20引脚模块封装 (ML-20-2) 尺寸单位：mm 订购指南 型号1 ADIS16448AMLZ ADIS16448/PCBZ 1 温度范围 −40°C至+85°C 封装描述 带连接器接口的20引脚模块封装 接口PCB Z = 符合RoHS标准的器件。 Rev. A | Page 23 of 24 封装选项 ML-20-2 ADIS16448 注释 ©2012–2013 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D09946sc-0-3/13(A) Rev. A | Page 24 of 24