Kionix三轴加速度传感器的高级数据路径功能简介本应用指南旨在帮助开发者

Kionix三轴加速度传感器的高级数据路径功能简介。1.前言

本应用指南旨在帮助开发者了解罗姆集团旗下Kionix公司的KX13x系列三轴加速度传感器搭载的独有功能——高级数据路径(AdvancedDataPath,ADP) 。 ADP由用户可定制的频率滤波器和一个均方根(RMS)计算器组成,后者是提供所需带宽内的加速度振幅。 X、Y和Z轴的16位ADP输出可以从专用输出寄存器中读取,存储在512字节的FIFO缓存中,然后被路由至Wake-Up(唤醒)和Back-to-Sleep(返回睡眠)引擎。通过设置想要的阈值振幅和计数器值,可以针对特定的动作、旋转或振动产生中断。本文将通过介绍两个简单的示例来直观地展示该新功能的优势。

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高级数据路径(ADP)原理示意

现实世界中的加速度信息(左)由不同频率和振幅混合而成,KX13x的ADP不仅可以捕获这些信息,而且能够输出指定频率范围内的加速度振幅(右侧列举了各种情况示例) 。

2.数据流

图2所示的是一张普通数据流图。该图顶部的第一个方块是数字加速度计的传统数据路径(ConventionalDataPath,CDP) 。 CDP包含来自MEMS的模拟输入、一个负责放大信号的模拟前端(AFE)、一个负责信号数字化的模数转换器(ADC)以及一个负责进一步处理的数字信号处理(DSP)单元。高级数据路径(ADP)包含一对高度可配置的数字滤波器——可用于低通和高通的组合滤波器,以及计算实时振幅的均方根(RMS)计算器。用户可以灵活地对ADP滤波器进行访问并设置。该滤波器可以设为Butterworth、Bessel、Chebyshev滤波器,甚至配置成自定义滤波器。 ADP的输出可以存储在专用输出寄存器,也可以被路由至内置的512字节FIFO缓存,也可以两种方式同时实现。此外,ADP输出可以作为一个输入路由到内置的动作Wake-Up(唤醒)和Back-to-Sleep(返回睡眠)引擎。这些引擎可配置阈值和灵活的计数器,从而进一步限定信号。如果满足输入信号判定标准,那么器件中的中断发生器将为主机产生一个物理中断,并设置相应的状态寄存器。图2所示的是当检测到“持续了Th时间的特定振动”时产生中断的示例情况。

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ADP数据流

3.应用实例

3.1.机器健康状况

假设fop为机械系统(比如旋转电机)的工作频率,fe为系统的错误/故障模式频率(图3) 。在此例中,fe低于fop并且在该图中显示,也就是说,由于机身松动,电机正在缓慢振动。对于传统加速度传感器,为了检测这种故障模式,人们需要用MCU/DSP进行频率分析。而MCU/DSP一直保持工作状态,会导致额外的内存空间需求以及更高的功耗。