基于集成傳感器的模擬電子羅盤功能設(shè)計(jì)

　　在LSM303DLH中磁力計(jì)采用各向異性磁致電阻（Anisotropic Magneto-Resistance）材料來檢測空間中磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。這種具有晶體結(jié)構(gòu)的合金材料對(duì)外界的磁場很敏感，磁場的強(qiáng)弱變化會(huì)導(dǎo)致AMR自身電阻值發(fā)生變化。

　　在制造過程中，將一個(gè)強(qiáng)磁場加在AMR上使其在某一方向上磁化，建立起一個(gè)主磁域，與主磁域垂直的軸被稱為該AMR的敏感軸，如圖3所示。為了使測量結(jié)果以線性的方式變化，AMR材料上的金屬導(dǎo)線呈45º角傾斜排列，電流從這些導(dǎo)線上流過，如圖4所示。由初始的強(qiáng)磁場在AMR材料上建立起來的主磁域和電流的方向有45º的夾角。

　　當(dāng)有外界磁場Ha時(shí)，AMR上主磁域方向就會(huì)發(fā)生變化而不再是初始的方向了，那么磁場方向和電流的夾角θ也會(huì)發(fā)生變化，如圖5所示。對(duì)于AMR材料來說，θ角的變化會(huì)引起AMR自身阻值的變化，并且呈線性關(guān)系，如圖6所示。

　　ST利用惠斯通電橋檢測AMR阻值的變化，如圖7所示。R1/R2/R3/R4是初始狀態(tài)相同的AMR電阻，但是R1/R2和R3/R4具有相反的磁化特性。當(dāng)檢測到外界磁場的時(shí)候，R1/R2阻值增加?R而R3/R4減少?R。這樣在沒有外界磁場的情況下，電橋的輸出為零；而在有外界磁場時(shí)電橋的輸出為一個(gè)微小的電壓?V。

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(shí)，電橋輸出?V正比于?R。這就是磁力計(jì)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(huì)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(diǎn)：

　　1）即使遇到外界強(qiáng)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(shí)間工作也能保持初始磁化方向?qū)崿F(xiàn)精確測量，不會(huì)因?yàn)樾酒瑴囟茸兓騼?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(jì)和三軸加速計(jì)，采用數(shù)字接口。磁力計(jì)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(duì)磁場強(qiáng)度的精確測量。和采用霍爾效應(yīng)原理的磁力計(jì)相比，LSM303DLH的功耗低，精度高，線性度好，并且不需要溫度補(bǔ)償。

　　LSM303DLH具有自動(dòng)檢測功能。當(dāng)控制寄存器A被置位時(shí)，芯片內(nèi)部的自測電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)約為地磁場大小的激勵(lì)信號(hào)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(jì)以外LSM303DLH還集成一顆高性能的加速計(jì)。加速計(jì)同樣采用12位ADC，可以達(dá)到1mg的測量精度。加速計(jì)可運(yùn)行于低功耗模式，并有睡眠/喚醒功能，可大大降低功耗。同時(shí)，加速計(jì)還集成了6軸方向檢測，兩路可編程中斷接口。