ST集成傳感器方案實現(xiàn)電子羅盤功能

圖7 惠斯通電橋

當(dāng)R1=R2=R3=R4=R，在外界磁場的作用下電阻變化為R時，電橋輸出V正比于R。這就是磁力計的工作原理。

2.2 置位/復(fù)位(Set/Reset)電路

由于受到外界環(huán)境的影響，LSM303DLH中AMR上的主磁域方向不會永久保持不變。LSM303DLH內(nèi)置有置位/復(fù)位電路，通過內(nèi)部的金屬線圈周期性的產(chǎn)生電流脈沖，恢復(fù)初始的主磁域，如圖8所示。需要注意的是，置位脈沖和復(fù)位脈沖產(chǎn)生的效果是一樣的，只是方向不同而已。

圖8 LSM303DLH置位/復(fù)位電路

置位/復(fù)位電路給LSM303DLH帶來很多優(yōu)點：
1） 即使遇到外界強磁場的干擾，在干擾消失后LSM303DLH也能恢復(fù)正常工作而不需要用戶再次進(jìn)行校正。
2） 即使長時間工作也能保持初始磁化方向實現(xiàn)精確測量，不會因為芯片溫度變化或內(nèi)部噪音增大而影響測量精度。
3） 消除由于溫漂引起的電橋偏差。
2.3 LSM303DLH的性能參數(shù)

LSM303DLH集成三軸磁力計和三軸加速計，采用數(shù)字接口。磁力計的測量范圍從1.3 Gauss到8.1 Gauss共分7檔，用戶可以自由選擇。并且在20 Gauss以內(nèi)的磁場環(huán)境下都能夠保持一致的測量效果和相同的敏感度。它的分辨率可以達(dá)到8 mGauss并且內(nèi)部采用12位ADC，以保證對磁場強度的精確測量。和采用霍爾效應(yīng)原理的磁力計相比，LSM303DLH的功耗低，精度高，線性度好，并且不需要溫度補償。

LSM303DLH具有自動檢測功能。當(dāng)控制寄存器A被置位時，芯片內(nèi)部的自測電路會產(chǎn)生一個約為地磁場大小的激勵信號并輸出。用戶可以通過輸出數(shù)據(jù)來判斷芯片是否正常工作。

作為高集成度的傳感器模組，除了磁力計以外LSM303DLH還集成一顆高性能的加速計。加速計同樣采用12位ADC，可以達(dá)到1mg的測量精度。加速計可運行于低功耗模式，并有睡眠/喚醒功能，可大大降低功耗。同時，加速計還集成了6軸方向檢測，兩路可編程中斷接口。

3. ST電子羅盤方案介紹

一個傳統(tǒng)的電子羅盤系統(tǒng)至少需要一個三軸的磁力計以測量磁場數(shù)據(jù)，一個三軸加速計以測量羅盤傾角，通過信號條理和數(shù)據(jù)采集部分將三維空間中的重力分布和磁場數(shù)據(jù)傳送給處理器。處理器通過磁場數(shù)據(jù)計算出方位角，通過重力數(shù)據(jù)進(jìn)行傾斜補償。這樣處理后輸出的方位角不受電子羅盤空間姿態(tài)的影響，如圖9所示。

圖9 電子羅盤結(jié)構(gòu)示意圖

LSM303DLH將上述的加速計、磁力計、A/D轉(zhuǎn)化器及信號條理電路集成在一起，仍然通過I2C總線和處理器通信。這樣只用一顆芯片就實現(xiàn)了6軸的數(shù)據(jù)檢測和輸出，降低了客戶的設(shè)計難度，減小了PCB板的占用面積，降低了器件成本。

LSM303DLH的典型應(yīng)用如圖10所示。它需要的周邊器件很少，連接也很簡單，磁力計和加速計各自有一條I2C總線和處理器通信。如果客戶的I/O接口電平為1.8V，Vdd_dig_M、Vdd_IO_A和Vdd_I2C_Bus均可接1.8V供電，Vdd使用2.5V以上供電即可；如果客戶接口電平為2.6V，除了Vdd_dig_M要求1.8V以外，其他皆可以用2.6V。在上文中提到，LSM303DLH需要置位/復(fù)位電路以維持AMR的主磁域。C1和C2為置位/復(fù)位電路的外部匹配電容，由于對置位脈沖和復(fù)位脈沖有一定的要求，建議用戶不要隨意修改C1和C2的大小。

對于便攜式設(shè)備而言，器件的功耗非常重要，直接影響其待機(jī)的時間。LSM303DLH可以分別對磁力計和加速計的供電模式進(jìn)行控制，使其進(jìn)入睡眠或低功耗模式。并且用戶可自行調(diào)整磁力計和加速計的數(shù)據(jù)更新頻率，以調(diào)整功耗水平。在磁力計數(shù)據(jù)更新頻率為7.5Hz、加速計數(shù)據(jù)更新頻率為50Hz時，消耗電流典型值為0.83mA。在待機(jī)模式時，消耗電流小于3uA。