MEMS 电容式加速度计

Condition-based monitoring (CbM) is one form of predictive maintenance that uses sensors to assess status of equipment overtime while the equipment is operating. The collected sensor data can establish baseline trends, such as, diagnose or even predict failure. Utilizing CbM, maintenance is performed when needed as opposed to the conventional periodic preventive maintenance model, saving both time and money.

Vibration monitoring is a common type of CbM measurement because changes in vibration trends are potentially indicative of wear or other failure modes. To measure vibration data, high bandwidth (10 kHz and more), ultralow noise (100 µg/√Hz or lower) piezoelectric sensors were historically used to satisfy these requirements. The established sensor interface for piezo sensors is integrated electronics piezoelectric (IEPE), as a result, IEPE has become a de facto interface in CbM vibration ecosystem.

With recent advancements in the microtechnology processes and fabrication techniques, MEMS accelerometers have caught up with piezoelectric sensors low noise levels and supersede in other many specifications, such as dc to low frequency response, thermal stability, shock resistance and recovery, and cost. The output of MEMS sensors, however, are either conventional 3-wire analog (ground, power, and signal) or digital if integrated with an ADC. Neither output are directly compatible with IEPE, the preferred CbM industry sensor interface.

This reference design enables a direct piezoelectric sensor IEPE replacement with benefits of high bandwidth, ultralow noise MEMS accelerometers. This circuit allows customers to easily evaluate a MEMS accelerometer for CbM applications.

ADXL1001/ADXL1002 在具有两个满度范围选项的拓展频率范围内提供超低的噪声密度，并且提供优化的工业条件监测能力。ADXL1001 (±100 g) 和 ADXL1002 (±50 g) 分别具有 30 μg/√Hz 和 25 μg/√Hz 的典型噪声密度。两款加速度计器件均具有稳定、可重复的灵敏度，并且可以承受高达 10,000 g 的外部冲击。

ADXL1001/ADXL1002 拥有集成的全静电自检 (ST) 功能和超范围 (OR) 指示器，可以提供先进的系统级功能并可用于嵌入式应用。凭借低功耗和 3.3 V 至 5.25 V 的单电源供电，ADXL1001/ADXL1002 还允许进行无线感测产品设计。ADXL1001/ ADXL1002 提供 5 mm × 5 mm × 1.80 mm LFCSP 封装，可在 −40°C 至 +125°C 的温度范围内工作。

应用

• 条件监测
• 预测性维护
• 资产健康
• 测试与测量
• 健康与使用监测系统 (HUMS)

ADXL1001/ADXL1002 在具有两个满度范围选项的拓展频率范围内提供超低的噪声密度，并且提供优化的工业条件监测能力。ADXL1001 (±100 g) 和 ADXL1002 (±50 g) 分别具有 30 μg/√Hz 和 25 μg/√Hz 的典型噪声密度。两款加速度计器件均具有稳定、可重复的灵敏度，并且可以承受高达 10,000 g 的外部冲击。

ADXL1001/ADXL1002 拥有集成的全静电自检 (ST) 功能和超范围 (OR) 指示器，可以提供先进的系统级功能并可用于嵌入式应用。凭借低功耗和 3.3 V 至 5.25 V 的单电源供电，ADXL1001/ADXL1002 还允许进行无线感测产品设计。ADXL1001/ ADXL1002 提供 5 mm × 5 mm × 1.80 mm LFCSP 封装，可在 −40°C 至 +125°C 的温度范围内工作。

应用

• 条件监测
• 预测性维护
• 资产健康
• 测试与测量
• 健康与使用监测系统 (HUMS)

ADXL1003 在拓展频率范围内提供超低的噪声密度，并且已针对轴承故障检测和诊断进行优化。ADXL1003 在整个线性频率范围内具有 45 μg/√Hz 的噪声密度（典型值）。微机电系统 (MEMS) 加速度计具有稳定、可重复的灵敏度，并且可以承受高达 10,000  g 的外部冲击。

集成的信号调理电子产品可实现全静电自检 (ST) 和超量程 (OR) 指示器等特性，可用于嵌入式应用。凭借低功耗和 3.0 V 至 5.25 V 的单电源供电，ADXL1003 还可实现无线检测产品设计。ADXL1003 采用 5 mm × 5 mm × 1.8 mm LFCSP 封装，可在 −40°C 至 +125°C 的温度范围内工作。

应用

• 状态监控
• 预测性维护
• 资产健康
• 测试与测量
• 健康与使用监测系统 (HUMS)
• 声频发射

ADXL1004 在拓展频率范围内提供超低的噪声密度，并且已针对轴承故障检测和诊断进行优化。ADXL1004 在整个线性频率范围内的噪声密度为 125 μg/√Hz（典型值）。微机电系统 (MEMS) 加速度计具有稳定、可重复的灵敏度，并且可以承受高达 10,000 g 的外部冲击。

集成的信号调节电子产品可实现全静电自检 (ST) 和超量程 (OR) 指示器等特性，可用于嵌入式应用。凭借低功耗和 3.3 V 至 5.25 V 的单电源供电，ADXL1004 还可实现无线感测产品设计。ADXL1004 采用 5 mm × 5 mm × 1.80 mm LFCSP 封装，可在 −40°C 至 +125°C 的温度范围内工作。

应用

• 条件监测
• 预测性维护
• 资产健康
• 测试与测量
• 健康与使用监测系统 (HUMS)
• 声频发射

ADXL1005 在拓展频率范围内提供超低的噪声密度，并且已针对轴承故障检测和诊断进行优化。ADXL1005 在整个线性频率范围内具有 75 μg/√Hz 的噪声密度（典型值）。微机电系统 (MEMS) 加速度计具有稳定、可重复的灵敏度，并且可以承受高达 10,000  g 的外部冲击。

集成的信号调节电子产品可实现全静电自检 (ST) 和超量程 (OR) 指示器等特性，可用于嵌入式应用。凭借低功耗和 3.3 V 至 5.25 V 的单电源供电，ADXL1005 还可实现无线感测产品设计。ADXL1005 采用 5 mm × 5 mm × 1.80 mm LFCSP 封装，可在 −40°C 至 +125°C 的温度范围内工作。

应用

• 条件监测
• 预测性维护
• 资产健康
• 测试与测量
• 健康与使用监测系统 (HUMS)
• 声频发射

模拟输出ADXL354和数字输出ADXL355均为低噪声密度、低0 g失调漂移、低功耗、3轴加速度计，具有可选测量范围。ADXL354B支持±2 g和±4 g范围，ADXL354C支持±2 g和±8 g范围，ADXL355支持±2 g、±4 g和±8 g范围。ADXL354/ADXL355在温度范围内提供低噪声、小失调漂移和长期稳定性，可实现校准工作量极小的精密应用。

ADXL355体积小巧，集成度高，是物联网(IoT)传感器节点和其他无线产品设计的理想之选。

ADXL355多功能引脚名称仅可由串行外设接口(SPI)或I²C接口的相关功能引用。

应用

• 惯性测量单元(IMU)/航姿和航向参考系统(AHRS)
• 平台稳定系统
• 结构健康监控
• 地震成像
• 倾斜检测
• 机器人
• 状态监控

模拟输出ADXL354和数字输出ADXL355均为低噪声密度、低0 g失调漂移、低功耗、3轴加速度计，具有可选测量范围。ADXL354B支持±2 g和±4 g范围，ADXL354C支持±2 g和±8 g范围，ADXL355支持±2 g、±4 g和±8 g范围。ADXL354/ADXL355在温度范围内提供低噪声、小失调漂移和长期稳定性，可实现校准工作量极小的精密应用。

ADXL355体积小巧，集成度高，是物联网(IoT)传感器节点和其他无线产品设计的理想之选。

ADXL355多功能引脚名称仅可由串行外设接口(SPI)或I²C接口的相关功能引用。

应用

• 惯性测量单元(IMU)/航姿和航向参考系统(AHRS)
• 平台稳定系统
• 结构健康监控
• 地震成像
• 倾斜检测
• 机器人
• 状态监控

模拟输出ADXL356和数字输出ADXL357均为低噪声密度、低0 g失调漂移、低功耗、3轴加速度计，具有可选测量范围。ADXL356B支持±10 g和±20 g范围，ADXL356C支持±10 g和±40 g范围，ADXL357支持±10.24 g、±20.48 g和±40.96 g范围。

ADXL356/ADXL357在温度范围内提供业界领先的噪声、最小失调漂移和长期稳定性，可实现校准工作量极小的精密应用。

低失调、低噪声和低功耗ADXL357可在机载IMU等高振动环境下实现精确的倾斜测量。ADXL356在更高频率范围内具有低噪声特性，非常适合无线条件监控。

ADXL357多功能引脚名称仅可由SPI或受限I2C接口的相关功能引用。

应用

• 惯性测量单元(IMU)/航姿和航向参考系统(AHRS)
• 平台稳定系统
• 结构健康监控
• 地震成像
• 倾斜检测
• 机器人
• 状态监控

模拟输出ADXL356和数字输出ADXL357均为低噪声密度、低0 g失调漂移、低功耗、3轴加速度计，具有可选测量范围。ADXL356B支持±10 g和±20 g范围，ADXL356C支持±10 g和±40 g范围，ADXL357支持±10 g、±20 g和±40 g范围。

ADXL356/ADXL357在温度范围内提供低噪声、小失调漂移和长期稳定性，可实现校准工作量极小的精密应用。

低失调、低噪声和低功耗ADXL357可在高振动环境下实现精确的倾斜测量。ADXL356在更高频率范围内具有低噪声特性，非常适合状态监控和其他振动检测应用。

ADXL357多功能引脚名称仅可由串行外设接口(SPI)或受限I2C接口的相关功能引用。

应用

• 惯性测量单元(IMU)/航姿和航向参考系统(AHRS)
• 平台稳定系统
• 结构健康监控
• 地震成像
• 倾斜检测
• 机器人
• 状态监控

AD4000 /AD4004/AD4008均为高精度、高速、低功耗、16位、轻松驱动、精密逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC)，采用单电源(VDD)供电。基准电压VREF由外部提供，并且可以独立于电源电压。AD4000/AD40004/AD4008功耗和吞吐速率呈线性变化关系。

轻松驱动特性可降低信号链的复杂性和功耗，同时支持较高的通道密度。低输入电流，尤其是高阻态模式与长信号采集阶段的结合，无需使用专用的ADC驱动器。轻松驱动特性扩展了能够驱动这些ADC的配套电路的范围（见数据手册中的图2）。

输入范围压缩无需向ADC驱动器放大器提供负电源，同时保留完整的ADC代码范围。输入过压箝位可保护ADC输入免受过压事件影响，尽可能减少了对参考引脚的干扰且无需外部保护二极管。

通过高达2 MSPS的快速器件吞吐量，用户可以精确捕获高频信号并实现过采样技术，以克服与抗混叠滤波器设计相关的挑战。低串行外设接口(SPI)时钟速率要求降低了数字输入和输出功耗，拓宽了数字主机选项并简化了横跨数字隔离发送数据的工作过程。通过使用独立的VIO逻辑电源，SPI兼容串行用户接口可与1.8V、2.5V、3V和5V逻辑兼容。

应用

• 自动化测试设备
• 机器自动化
• 医疗设备
• 电池供电设备
• 精密数据采集系统
• 仪器仪表和控制系统

ADAQ7980/ADAQ7988均为16位模数转换器(ADC) μModule®数据采集系统，系统中集成四个常见信号处理和调理模块，采用支持各种应用的系统级封装(SiP)设计。这些器件集成最关键的无源元件，从而消除与使用逐次逼近寄存器(SAR) ADC的传统信号链相关的许多设计挑战。这些无源元件是实现额定器件性能的关键因素。

ADAQ7980/ADAQ7988内置一个高精度、低功耗、16位SAR ADC，一个低功耗、高带宽、高输入阻抗ADC驱动器，一个稳定的低功耗基准电压缓冲器和一个高效的电源管理模块。这些产品采用5 mm × 4 mm小型LGA封装，可简化数据采集系统的设计过程。ADAQ7980/ADAQ7988的系统集成度解决了许多设计挑战难题，同时提供灵活的可配置ADC驱动器反馈环路，以便调整增益和/或共模。一组四个器件电源提供出色的系统性能；但是，可实现单电源工作且对器件工作规格的影响很小。

ADAQ7980/ADAQ7988集成在外形与集成电路(IC)一样紧凑的关键元件中，这些元件常用于数据采集信号链设计中。μModule系列将元件选型、优化和布局等设计负担从设计人员转移到器件上，缩短了整体设计时间，减少了系统故障，最终加快了产品上市时间。

串行外设接口(SPI)兼容串行接口能够将多个器件以菊花链形式连结到单三线式总线上，并提供一个可选的繁忙指示。用户接口与1.8 V、2.5 V、3 V或5 V逻辑兼容。

这些器件的额定工作温度范围为−55°C至+125°C。

应用

• 自动测试设备(ATE)
• 电池供电仪器仪表
• 通信
• 数据采集
• 过程控制
• 医疗仪器

AD7768 / AD7768-4分别为每通道集成Σ-Δ型调制器和数字滤波器的8通道和4通道、同步采样Σ-Δ型模数转换器（ADC），支持交流和直流信号的同步采样。

AD7768 / AD7768-4在110.8 kHz最大输入带宽下实现108 dB动态范围，具备±2 ppm INL、±50 µV失调误差和±30 ppm增益误差的典型性能。

AD7768 / AD7768-4用户可在输入带宽、输出数据速率和功耗之间进行权衡，并选择三种功耗模式之一以优化噪声目标和功耗。AD7768/AD7768-4的灵活性使其成为适合低功耗直流和高性能交流测量模块的可重复使用的平台。

AD7768 / AD7768-4有三种工作模式：快速模式（最大值：256 kSPS、110.8 kHz输入带宽、每通道51.5 mW）、中速模式（最大值：128 kSPS、55.4 kHz输入带宽、每通道27.5 mW）和生态模式（最大值：32 kSPS、13.8 kHz输入带宽、每通道9.375 mW。

AD7768 / AD7768-4提供丰富的数字滤波性能，如宽带、±0.005 dB低通带纹波、集成急剧滚降性能的抗混叠低通滤波器，以及在奈奎斯特频率的105 dB阻带衰减。

频域测量可使用宽带线性相位滤波器。该滤波器在以下范围具有平坦的通带（±0.005 dB纹波）：DC至102.4 kHz (256 kSPS)、DC至51.2 kHz (128 kSPS)或DC至12.8 kHz (32 kSPS)。

AD7768 / AD7768-4还提供sinc响应（通过sinc5滤波器）、低带宽的低延迟路径和低噪声测量。可为每个通道选择并运行宽带和sinc5滤波器。

在这些滤波器选项内，用户可通过从抽取速率×32、×64、×128、×256、×512和×1024中进行选择来提高动态范围。改变抽取滤波的能力可对所需输入带宽的噪声性能进行优化。

每个ADC通道的嵌入式模拟功能可简化设计，如模拟输入上的预充电缓冲器可减小模拟输入电流，每通道的基准预充电缓冲器可减小基准电压输入端的输入电流和毛刺。

器件采用5 V AVDD1A和AVDD1B电源、2.25 V至5.0 V AVDD2A和AVDD2B电源以及2.5 V至3.3 V或1.8 V IOVDD电源供电（有关1.8 V IOVDD的具体电源供电要求，请参见“1.8 V IOVDD电源”部分）。该器件需要一个外部基准电压源；绝对输入基准电压范围为1 V至AVDD1 − AVSS。

在本文档中为明确起见，AVDD1A和AVDD1B电源称为AVDD1，而AVDD2A和AVDD2B电源称为AVDD2。对于负电源，AVSS指AVSS1A、AVSS1B、AVSS2A、AVSS2B和AVSS引脚。

器件的额定工作温度范围为−40°C至+105°C，提供10 mm × 10 mm、64引脚LQFP封装，印刷电路板(PCB)尺寸为12 mm × 12 mm。在整篇数据手册中，多功能引脚（如晶振2/MCLK）由整个引脚名称或引脚的单个功能表示（例如MCLK即表示仅与此功能相关）。

应用

• 数据采集系统：USB/PXI/以太网
• 仪器仪表和工业控制环路
• 音频测试和测量
• 振动和资产状态监控
• 3相电能质量分析
• 声纳
• 高精度医疗脑电图(EEG)/肌电图（EMG)/心电图(ECG)

AD7768-1 是一款低功率、高性能 Σ-Δ 模数转换器 (ADC) ，其具有一个 Σ-Δ 调制器和数字滤波器，可实现AC 和 DC 信号的精确转换。AD7768-1 是 AD7768 的单通道版本，后者是一款 8 通道同步采样 Σ-Δ ADC。AD7768-1 提供单个可配置和可重复使用的数据采集 (DAQ) 封装，在 AC 和 DC 综合性能方面建立了全新的行业标准，并使仪器仪表和工业系统设计人员能够针对隔离式和非隔离式应用跨多个测量变量进行设计。

在 256 kSPS 下使用低纹波、有限脉冲响应 (FIR) 数字滤波器时，AD7768-1 可实现 108.5 dB 的动态范围，提供 110.8 kHz 输入带宽 (BW) 以及 ±1.1 ppm 的积分非线性 (INL)、±30 µV 的偏移误差和 ±30 ppm 的增益误差。

使用 sinc5 滤波器可提供高达 500 kHz 奈奎斯特频率 (滤波器的 −3 dB 点为 204 kHz) 的较宽带宽，从而可以在扩展的范围内查看信号。

AD7768-1 可以让用户相对于输出数据速率 (ODR) 和功耗灵活地配置和优化输入带宽。AD7768-1 具有灵活性，可以动态地分析不断变化的输入信号，使得该器件尤其适用于通用型 DAQ 系统。设计人员可以从三种可用电源模式中选择一种，因而可在较大限度地降低功耗的同时实现所需的噪声目标。AD7768-1 的设计很独特，它已经成为适用于低功耗 DC 和高性能 AC 测量模块之可重复使用的灵活平台。

AD7768-1 在 DC 和 AC 性能之间实现了较佳平衡，并具有出色的功率效率。以下三种操作模式允许用户在输入带宽与功率预算之间进行权衡折衷：

• 快速模式可提供一个具有高达 256 kSPS 采样速率和 52.2 kHz 带宽以及 26.4 mW 功耗的 sinc 滤波器，或者一个具有高达 256 kSPS 采样速率、110.8 kHz 带宽和 36.8 mW 功耗的 FIR 滤波器。
• 中值模式可提供一个具有高达 128 kSPS 采样速率，55.4 kHz 带宽和 19.7 mW 功耗的 FIR 滤波器。
• 低功耗模式可提供一个具有高达 32 kSPS 采样速率，13.85 kHz 带宽和 6.75 mW 功耗的 FIR 滤波器。

AD7768-1 拥有全面的数字滤波功能，可满足各种各样的系统要求。借助这些滤波器选项，可以针对在整个频率范围内具有严紧增益误差的频域测量、线性相位响应要求 (砖墙式滤波器)、用于控制环路应用的低延迟路径 (inc5 或 sinc3) 以及 DC 输入测量进行配置，并能够配置 sinc3 滤波器以抑制 50 Hz 或 60 Hz 的线路频率。所有滤波器都提供可编程抽取率。

对于追求比使用低纹波 FIR 滤波器时更高 ODR 的用户，存在一个 1.024 MHz sinc5 滤波器路径。此路径对量化噪声进行了限制。因此，它最适合对控制环路需要最低延迟、或在外部现场可编程门阵列 (FPGA) 或数字信号处理器 (DSP) 上实施定制数字滤波的客户。

滤波器选项如下：

• 具 ±0.005 dB 通带纹波 (至 102.4 kHz) 的低纹波 FIR 滤波器。
• 具有高达 1.024 MHz 数据速率以较大限度提高控制环路响应性能的低延迟 sinc5 滤波器。
• 完全可编程并具 50 Hz/60 Hz 抑制能力的低延迟 sinc3 滤波器。

当使用 AD7768-1 时，AD7768-1 内的嵌入式模拟功能可以在整个应用范围内极大地降低设计负担。与竞争产品相比，每个模拟输入端上的预充电缓冲器可减小模拟输入电流，从而简化了外部放大器驱动模拟输入的任务。

基准上的全缓冲输入可降低输入电流，为外部基准器件提供高阻抗输入，或在缓冲比例式测量中使用的任何基准检测电阻器方案的过程中提供高阻抗输入。

该器件采用一个 5.0 V AVDD1 − AVSS 电源、一个 2.0 V 至 5.0 V AVDD2 − AVSS 电源和一个 1.8 V 至 3.3 V IOVDD − DGND 电源工作。

在低功率模式下，AVDD1、AVDD2 和 IOVDD 电源可以利用单 3.3 V 电源轨运行。

该器件需要一个外部基准。绝对输入基准电压源 (REF_IN) 电压范围为 1 V 至 AVDD1 − AVSS。

规定的工作温度范围为 −40°C 至 +125°C。该器件采用 4 mm x 5 mm 28 引脚 LFCSP 封装。

请注意，在本数据手册全文中，多功能引脚 (例如 XTAL2/MCLK) 可以使用引脚全称，或用引脚的单个功能指代，例如 MCLK (当仅与该功能相关时)。

应用

• 提供测量和传感器类型超集的平台 ADC
  • 声音和振动、声波和材料科学研发
• 控制和硬件循环验证
• 针对预测性维护的状态监视
• 电气测试和测量
• 音频测试以及电流和电压测量
• 临床 EEG、EMG 和 ECG 生命体征监测
• 基于 USB、PXI 和以太网的模块化 DAQ
• 通道到通道隔离式模块化 DAQ 设计

AD7386/AD7387/AD7388分别为16位、14位和12位双路同步采样、高速、逐次逼近寄存器(SAR)、模数转换器(ADC)，采用3.0 V至3.6 V电源供电，吞吐速率高达4 MSPS。模拟输入类型为单端，在CS下降沿进行采样和转换。

AD7386/AD7387/AD7388具有片内时序控制器和集成片内过采样模块，可改善动态范围并在更低带宽下降低噪声。器件内置2.5 V缓冲基准电压源。或者，也可以使用最高3.3 V的外部基准电压源。转换过程和数据采集过程均采用标准控制输入，可与微处理器或数字信号处理器(DSP)轻松接口。使用独立逻辑电源时，AD7386兼容1.8V、2.5V和3.3 V接口。

AD7386/AD7387/AD7388采用16引脚LFCSP封装，额定工作温度范围为−40°C至+125°C。

产品聚焦

1. 4通道、双路同步采样ADC。
2. 引脚兼容产品系列。
3. 4 MSPS高吞吐速率。
4. 节约空间的3 mm x 3 mm LFCSP封装。
5. 集成过采样模块可提高动态范围和SNR，并降低SCLK速度要求。
6. 单端模拟输入。
7. 小采样电容可降低放大器驱动负担。

应用

• 电机控制位置反馈
• 电机控制电流检测
• 声纳
• 电能质量
• 数据采集系统
• 掺铒光纤放大器(EDFA)应用
• 同相和正交解调