一、ADXL50概述
ADXL50是美国模拟器件公司(Analog Devices Inc.)推出的一款高性能单轴加速度传感器,属于MEMS(微机电系统)加速度计家族中的代表性产品。这款传感器以其优异的性能、可靠性和集成度在工业、汽车和消费电子领域获得了广泛应用。
主要特点
测量范围:±50g
模拟输出:与加速度成比例的电压信号
带宽可调:通过外部电容设置
高灵敏度:典型值38mV/g
低噪声:适用于高精度应用
单电源供电:+5V工作电压
内置自检功能:便于系统诊断
温度补偿:提高温度稳定性
二、ADXL50工作原理
1.MEMS传感核心
ADXL50的核心是一个基于表面微机械加工工艺制造的MEMS结构,主要由以下几部分组成:
可动质量块:通过悬臂梁固定在基底上
固定电极:位于质量块两侧
差分电容结构:加速度导致质量块位移,改变差分电容值
当传感器受到加速度作用时,质量块因惯性产生位移,导致一侧电容增加而另一侧减少,形成差分电容变化。
2.信号调理电路
ADXL50集成了完整的信号调理电路,包括:
电容-电压转换器:将微小的电容变化转换为电压信号
放大器:放大微弱信号
带隙基准源:提供稳定参考电压
输出缓冲:增强驱动能力
三、电气特性与性能参数
1.主要电气参数
参数 |
典型值 |
单位 |
条件 |
电源电压 |
5 |
V |
- |
电源电流 |
10 |
mA |
- |
灵敏度 |
38 |
mV/g |
25°C |
零g输出 |
2.5 |
V |
25°C |
非线性度 |
±0.2 |
%FS |
全量程 |
带宽 |
0-25 |
kHz |
由C₁设置 |
噪声密度 |
1.5 |
mg/√Hz |
- |
工作温度 |
-40至+125 |
°C |
- |
2. 频率响应特性
ADXL50的带宽可通过外部电容C₁进行调节,典型应用中,C₁取1000pF时,带宽约为5kHz。
四、引脚功能与封装
ADXL50采用10引脚TO-100金属封装或SOIC封装,引脚配置如下:
V₊:测试点(不连接)
ST:自检输入
COM:公共端(接地)
Vₚ:电源(+5V)
C₁:带宽设置电容
Vₒᵤₜ:加速度输出
V₋:测试点(不连接)
NC:不连接
NC:不连接
NC:不连接
五、典型应用电路
自检功能实现
ADXL50的自检功能通过ST引脚控制:
ST接高电平(+5V):激活自检,产生预设加速度输出
ST接低电平或悬空:正常工作模式
自检时输出变化量典型值为±1.25V(对应约±33g)。
六、设计注意事项
1.电源管理
必须使用低噪声电源
推荐0.1μF陶瓷电容就近去耦
避免电源纹波超过50mV
2.噪声抑制
使用屏蔽电缆传输信号
必要时增加RC低通滤波
保持传感器与数字电路适当距离
3.温度补偿
虽然ADXL50内置温度补偿,但在宽温度范围应用中:
可考虑外部温度补偿算法
避免快速温度变化
注意PCB热设计
4.机械安装
确保传感器与测量方向对准
使用刚性安装减少振动耦合
避免安装应力影响传感器性能
七、应用领域
汽车电子
安全气囊触发系统
电子稳定程序(ESP)
碰撞检测
工业控制
振动监测
冲击检测
设备健康监测
消费电子
运动设备
游戏控制器
跌落保护
航空航天
无人机飞行控制
载荷监测
八、与同类产品比较
型号 |
量程 |
输出 |
带宽 |
特点 |
ADXL50 |
±50g |
模拟 |
25kHz |
高g值,工业级 |
ADXL202 |
±2g |
数字 |
5kHz |
低功耗,双轴 |
MMA7260 |
±6g |
模拟 |
1kHz |
低成本,三轴 |
LIS344ALH |
±2g |
数字 |
1.5kHz |
数字输出,低噪声 |
ADXL50在高压力量程应用中具有明显优势,特别适合需要测量高加速度同时保持高精度的场合。
九、故障排除指南
Q:无输出信号
A:检查电源电压
A:验证接地连接
A:检查输出端负载阻抗(应>10kΩ)
Q:输出不稳定
A:检查电源噪声
A:验证机械安装
A:检查带宽设置电容
Q:灵敏度异常
A:检查温度环境
A:验证电源电压精度
A:检查传感器是否过载
Q:自检功能失效
A:检查ST引脚连接
A:验证自检电压水平
A:检查输出电路
十、未来发展趋势
虽然ADXL50是一款经典产品,但MEMS技术仍在不断发展:
多轴集成:现代加速度计多集成三轴测量
数字输出:I²C/SPI接口成为主流
更低功耗:适合物联网应用
更高集成度:集成处理器和算法
尽管如此,ADXL50在特定高g值应用领域仍保持其独特价值,展现了良好设计的长久生命力。