士兰微SC7A20H三轴微机械数字加速度计

描述

SC7A20H 是一款高精度数字三轴加速度传感器芯片，内置功能更丰
富，功耗更低，体积更小，测量更。
芯片通过 I²C/SPI 接口与 MCU 通信，加速度测量数据以中断方式或
查询方式获取。INT1 和 INT2 中断管脚提供多种内部自动检测的中断信
号，适应多种运动检测场合，中断源包括 6D/4D 方向检测中断信号、自由
落体检测中断信号、睡眠和唤醒检测中断信号、单击和双击检测中断信号。
芯片内置高精度校准模块，对传感器的失调误差和增益误差进行补
偿。±2G、±4G、±8G 和±16G 四种可调整的全量程测量范围，灵活测
量外部加速度，输出数据率 1.56HZ 和 4.27kHz 间可选。
芯片内置自测试功能允许客户系统测试时检测系统功能，省去复杂的
转台测试。
主要特点
 宽电压范围 1.71V-3.6V
 1.8V 兼容数字 IO 口
 低功耗模式下电源电流低至 2µA@1.8V@1.56Hz
 ±2G/±4G/±8G/±16G 动态全量程范围
 12bit 数据输出
 I²C/SPI 数字输出接口
 6D/4D 方向检测
 自由落体检测
 单击多击检测及运动检测
 可编程中断生成电路
 内嵌自测试功能
 内嵌 FIFO
 10000g 高 G 抗击能力

应用

手机平板
 室内导航
 图像旋转
 运动用户接口
 游戏

功能描述
1 详细特点
SC7A20H 是一款极小体积、超低功耗、数字输出的 A 封装的 3 轴线性加速度计。完整的电路芯片包括一个机械
传感单元和一个集成电路接口。集成电路接口，负责与机械传感单元接口，读取其传感器信息，并通过 I²C/SPI 接口提供
到外部 MCU。
2 机械传感单元
机械传感单元，由悬吊的质量块和硅框架组成。框架是质量块的固定端，悬吊质量块通过锚点固定在框架上。悬吊
质量块可在三维空间中自由移动。另外，在机械传感单元上做盖帽保护，防止封装注塑时对机械部分造成损伤。当传感
器加速时，质量块会相对固定部分产生位移，从而引起差分电容不平衡变化。集成电路接口部分通过电荷积分电路对加
在差分电容上的电压脉冲进行积分，以积分结果衡量差分电容大小，进而衡量位移量的大小，终测量出对应的加速度
值。
稳定状态下电容结构的电容值大概是 pF 级，当有加速度时，电容的大改变量是 fF 级。
3 IC 接口
电路部分的完整测量链路由电容放大器和 ADC 组成。低噪声电容放大器将机械传感单元的不平衡电容转换成模拟
电压，再通过 ADC 转换成数字信号。加速度值数据可通过 I²C/SPI 接口访问，特别适合与微处理器直接接口。电路本身
还设计有 RDY 信号，用以表示新的测量数据已经就绪，简化数据系统中的数据同步。另外，电路还设计了“唤醒”和“自由落体”检测功能，根据用户对寄存器的配置编程加速度触发事件来生成中断信号。
4 工厂校准补偿
电路部分设计有灵敏度（So）和零漂（TyOff）校准补偿功能。
校准补偿的修调值保存在电路内部的 NVM 中。当电路上电后，修调值被调入内部寄存器中以供正常操作补偿用。
该功能使用户无需更深层次的校准就可以使用电路。
5 6D/4D 检测
当检测到传感器处在设定的姿态产生中断，或者进入设定的姿态产生中断。传感器在三维空间的 6 个状态均可独立
检测。详细设置见应用说明文档。
6 自由落体检测
当检测到传感器处在自由落体状态产生中断。自由落体时，传感器质量块处于失重状态，三轴理论输出为零，传感
器内置检测模块检测大三轴输出小于设定阈值则驱动中断信号产生和相应状态寄存器置位。
7 睡眠和唤醒检测
睡眠检测，传感器内置模块对输出值进行检测，当传感器输出值在某段时间内均无变化且输出值在设置阈值范围内，
则判定传感器无动作，即置位相应状态信号和产生相应中断信号，通知 MCU 设置系统和传感器进入更低功耗的工作状
态。详细设置见应用说明文档。
唤醒检测，传感器内置模块对输出值进行检测，当传感器输出值超过设定阈值且达到设置时间范围，则判定传感器
有动作，即置位相应状态信号和产生相应中断信号，通知 MCU 设置系统和传感器进入正常工作状态。详细设置见应用
说明文档。
8 单击和多击检测
传感器根据设定的阈值和时间判断输出值是否满足单击和双击条件，置位相应状态信号和产生相应中断信号。详细
设置见应用说明文档。
9 特定词汇说明
9.1 灵敏度
灵敏度是描述传感器增益的物理量，在此可用±1G 加速度输入时能准确解析的一半大数字输出表示。实际测试
中，通过重力加速度来测量。将电路需要测量的轴正对地心，记录电路的输出值 A1，再在这个轴线的任意平面上旋转
180°，将该轴的另一端对准地心，记录电路的输出值 A2。再计算 A2-A1 的，除以 2 的结果就是该轴的灵
敏度，该值随温度和时间的变化量很小。另外一个参数“灵敏度容差”，描述了大批量电路的灵敏度范围，是衡量电路一
致性的参数。
9.2 零漂
零漂（TyOff）描述的是，0 加速度输入时，实际输出与理想输出的偏移程度。电路在稳定状态下，放置到水平面上时，
其 X 和 Y 轴的实际加速度是零，Z 轴是 1G。理想状态下，XY 轴输出应该处在输出量程的中心位置（以二进制补码表示
的 0），但实际会有很小的偏移。这种实际输出与理想输出偏移就称为“零漂”。“零漂”在某一范围内是电路上机械部分
应力的结果，因此当电路焊装到 PCB 板上或者处在某个外部压力环境下时，“零漂”会有少量的改变。“零漂”随着温度
偏移称为“温漂”。
9.3 自测试
自测试功能是允许在不做机械运动的情况下测试机械部分的功能。自测试位配置为零时，自测试功能被关闭。该自
测试位为“1”时，相应功能被打开，一个驱动力被加到机械部分的质量块上，模拟出某一确切的加速度输入。此时，电
路在设置好的量程范围内输出相应的数据。当自测试模式被使能后，电路的实际输出是外部加速度输入与静电驱动力输
入两者的代数和。如果自测试输出信号变化在说明书的范围内，则电路工作正常。
10 数字接口
SC7A20H电路内部寄存器可通过I²C或者SPI接口访问。SPI接口还可以通过软件设置成3线或者4线模式下工作。SPI
的3线模式可以先在4线写模式（写入仅需3线）下写入对应控制位配置成3线后，即可在3线下正常通信。这些接口通信管
脚复用。如果需要使用I²C接口，则CS信号必须被拉高（内部已有上拉电阻连接到VDDIO）。