加速度計是可穿戴設計的關鍵技術。幾乎所有設備都可以從了解其方向中受益，并且添加加速度計提供了實現(xiàn)復雜用戶界面的新方法。如果系統(tǒng)知道它是如何移動的，它可以以不同的方式響應，從改變屏幕以反映位置或方向到支持手勢控制。已經(jīng)封裝在加速度計中以提供位置數(shù)據(jù)的處理能力也被輕敲以提供用于這種設計的傳感器融合中樞。這可以節(jié)省空間，重量和功率，允許其他傳感器連接到加速度計，而無需使用中央控制器或應用處理器中的處理周期。

所有這些都是手機行業(yè)的先驅(qū)，但加速度計是進入更多設計，從健身系統(tǒng)到智能手表。接口也在變化，從模擬接口轉(zhuǎn)移到簡單的數(shù)字鏈路，再到包含其他傳感器數(shù)據(jù)的控制器?？纱┐髟O備的加速度計包括2軸和3軸設備，最高6軸，集成溫度和均勻磁傳感器，可在設計中提供更多功能。

MMA3202系列雙軸（X和Y）硅電容式微機械加工飛思卡爾半導體的加速度計具有信號調(diào)理功能，4極點低通濾波器和溫度補償以及兩個軸的獨立輸出。零g偏移滿量程跨度和濾波器截止是出廠設置，無需外部設備，因此更容易包含在設計中，因為生產(chǎn)線中不需要調(diào)整。同樣，完整的系統(tǒng)自檢功能可驗證系統(tǒng)功能。

圖1：MMA3202雙軸加速度計在X軸和Y軸上具有不同的靈敏度。

加速度計是一個表面 - 微機械電容式感應單元（g-cell）和CMOS信號調(diào)理ASIC包含在單個封裝中，使用大容量微加工“帽”晶圓密封在晶圓級密封。

g-cell是一種機械多晶硅結構這可以被認為是兩個固定板，其間有可移動板。通過將系統(tǒng)加速到加速度，中心板可以從其靜止位置偏轉(zhuǎn)，并且這種變化被捕獲為板之間的電容變化。 CMOS ASIC使用開關電容技術測量g-cell電容器，并從兩個電容器之間的差異中提取加速度數(shù)據(jù)。 ASIC還為信號提供信號條件和濾波器（開關電容），提供與加速度成比例的高電平輸出電壓，X軸和100軸的靈敏度分別為100 g和50 g。

圖2：將MMA3202雙軸加速度計集成到設計中。

2軸器件可以作為可穿戴設計的一部分輕松連接，盡可能靠近帶有0.1μF電容的中央微控制器在電源線上解耦電源。確保加速度計下方有一個接地層有助于降低噪聲，并且該接地層應連接到接口中的所有開放式端子。

加速度計輸出端的1kΩ和0.01μFRC濾波器將有助于最大限度地減少開關電容濾波器電路的時鐘噪聲。此外，重要的是要確保電源和接地的PCB布局不會耦合電源噪聲，并且加速度計和微控制器不是高電流路徑。選擇A/D采樣速率和任何外部電源的開關頻率，使它們不會干擾內(nèi)部加速度計采樣頻率，可以防止混疊誤差，從而導致傳感器產(chǎn)生錯誤結果并提供系統(tǒng)的虛假響應。 》加速度計還可用于高級可穿戴設計中的導航，現(xiàn)在來自英維思的ADIS16305 iSensor提供完整的慣性系統(tǒng)，包括陀螺儀和三軸加速度計。每個傳感器都將iMEMS技術與優(yōu)化動態(tài)性能的信號調(diào)理相結合，工廠校準表征每個傳感器的靈敏度，偏置，對齊和線性加速度。因此，每個傳感器都有自己的動態(tài)補償公式，可在各種條件下提供精確的傳感器測量。

ADIS16305提供了一種簡單，經(jīng)濟的方法，用于集成精確的多軸慣性傳感，作為所有必要的運動測試和校準是工廠生產(chǎn)過程的一部分，大大縮短了系統(tǒng)集成時間改進的SPI接口和寄存器結構提供更快的數(shù)據(jù)采集和配置控制，ADIS16305使用與ADIS1635x，ADIS1636x和ADIS1640x系列兼容的引腳排列，與接口flex連接器配合使用。

用戶寄存器為所有用戶提供尋址SPI接口上的輸入/輸出操作。每個16位寄存器有兩個7位地址：一個用于高位字節(jié)，另一個用于低位字節(jié)。雖然ADIS16305獨立產(chǎn)生數(shù)據(jù)，但它作為SPI從器件工作，使用16位段與系統(tǒng)處理器作為主器件進行通信。各個寄存器讀取需要這些16位序列中的兩個，第一個提供讀命令位（R/W = 0）和目標寄存器地址（A6至A0）。第二序列在數(shù)據(jù)OUT（DOUT）線上發(fā)送寄存器內(nèi)容（D15至D0）。 SPI工作在全雙工模式，這意味著主處理器可以讀取DOUT的輸出數(shù)據(jù)，同時使用相同的系統(tǒng)時鐘脈沖在DIN上傳輸下一個目標地址。

同時，STMicroelectronics的A3G4250D很低 - 功率3軸角速率傳感器，在零速率水平下具有高穩(wěn)定性，并且在整個溫度和時間內(nèi)具有靈敏度。傳感元件與接口芯片相結合，通過標準SPI數(shù)字接口為外部世界提供測量的角速率，以簡化與控制器的集成。還提供I2C兼容接口。傳感元件采用意法半導體開發(fā)的專用微加工工藝制造，在硅片上生產(chǎn)慣性傳感器和執(zhí)行器。 A3G4250D具有±245 dps的滿量程，可以通過用戶可選帶寬測量速率，因此僅使用應用所需的功率。

圖3：A3G4250D的結構3來自意法半導體的軸式加速度計。飛思卡爾的Xtrinsic FXOS8700CQ是一款帶有集成線性加速度計和磁力計的6軸傳感器，可用于從便攜式導航設備到醫(yī)療監(jiān)控設備的可穿戴設計。雖然規(guī)格說明了6軸，但塑料封裝結合了3軸線性加速度計和3軸磁力計，可選擇I2C或點對點SPI串行接口，帶有14位加速度計和16位磁力計ADC分辨率，來自數(shù)字信號處理器的其他嵌入式功能。

FXOS8700CQ具有動態(tài)可選的加速度滿量程范圍±2 g/±4 g/±8 g，固定磁性測量范圍為±1200μT。輸出數(shù)據(jù)速率（ODR）范圍為1.563 Hz至800 Hz，用戶可以為每個傳感器選擇。交錯磁場和加速度數(shù)據(jù)的ODR速率高達400 Hz?？?a href="http://www.makelele.cn/v/tag/1315/" target="_blank">編程自動ODR更改還使用自動喚醒并返回休眠功能以節(jié)省功耗，這適用于磁性和加速事件中斷源。

圖4：Xtrinsic FXO8700CQ 6軸加速度計和磁傳感器可用于為可穿戴系統(tǒng)構建電子羅盤。

結論

當今許多加速度計提供從加速度計到中央處理器的簡單SPI或I2C接口，使設計人員的集成更加簡單無論是使用2軸，3軸還是6軸傳感器的可穿戴系統(tǒng)。但是，必須注意傳感器的放置。避免高電流路徑并確保選擇采樣率以避免開關模式電源的抗混疊并確保數(shù)據(jù)盡可能準確。這允許設計人員為最新的可穿戴設備添加各種新的用戶界面技術和定位功能。