上次，我们详细解释了G细胞MEMS。
在第四部分中，我想讨论一下如何使用 ASIC 将这种 G 型 MEMS 的电容器电容作为信号进行处理的机制。
从G-cell MEMS中提取加速度信息
让我们来看看如何从 G 单元 MEMS 中提取加速度信息。
首先，回顾一下。在之前对G-cell MEMS的解释中，我们提到过可移动板的运动取决于所施加的加速度。
G型电池可以看作是一个可变电容器，其电容值随可移动极板的移动而变化。该电容值代表了电流加速度。
现在，ASIC 的任务是从 G 单元中提取信号。
ASIC代表专用集成电路，这里使用的 ASIC 是一种专门用于控制 MEMS 和处理测量数据信号的半导体集成电路。
如上图所示，G 单元的输出按顺序进行处理，形成 MCU（微控制器）可以轻松处理的数据。
| 1. 积分器 CV 转换 |
・CV（电容到电压）转换模块的功能是将G单元（电容器）的电容值（=加速度值）转换为电压值。 在早期产品中，校正处理采用模拟值，但近年来，利用数字计算实现高精度校正处理已成为可能。因此，电压值通过模数转换器 (AD) 和积分器转换为数字值。由于这是 ASIC 的入口，因此也称为前端。 |
| 2. 收益 | - 加速度值被放大，以便在后续阶段进行校正处理。 |
| 3. 过滤器 | - 使用带通滤波器去除不必要的信号分量和噪声。 |
| 4. 温度补偿和增益 |
- 设备温度变化会导致检测值出现误差，因此需要进行校正。 此外，由于各种因素，施加的加速度和检测到的加速度并非线性对应关系。对此进行了校正，使其呈线性关系。 ・此外，根据应用情况调整输出值分辨率。 |
| 5. 输出 | 通过到目前为止的处理，我们已经获得了一个干净的加速值，然后将其转换为适合 SPI 等通信接口的格式，并从设备输出。 |
----------------------------------------------------------------------
以下是每个模块的更多详细信息。
首先，让我解释一下最左边的入口部分（称为前端）。
前端
积分器 CV 转换
上图显示了 G 细胞 MEMS 中发生的效应。
在此，G-cell 可变电容器在 ASIC 的控制下进行充电和放电。
这种充电和放电过程是通过一种称为开关电容器电路的功能来实现的。
这里有一个充电开关和一个放电开关，其中一个始终处于断开状态，另一个始终处于闭合状态。该开关快速切换以输出电荷。
通过积分，可以得到与加速度等效的电压值。
上图摘自NXLS9XXX 系列数据手册，其中标有 CV 转换的部分负责将 G 电池容量转换为电压。
可以直接输出电压值，但最好进行校正以使测量值更加准确。
在较老的传感器中，校正是使用模拟电路进行的，但现在数字处理已成为常态，因此校正是在 AD 转换之后进行的。
NXLS9XXX 系列采用 Σ-Δ（也称为 Δ-Σ）AD 转换器。
Sigma-delta ADC 具有多项优势，最显著的优势是抗锯齿和过采样带来的分辨率提升。
到目前为止的 CV 转换和 AD 转换称为调制器。
由于加速度值是以数字值的形式获得的，因此现在更容易纠正错误、进行滤波，并更改输出格式以适应应用程序。
后端
接下来，我们将解释纠错过程。
理想情况下，当输入“1G”时，测量输出应为“1G”。但实际上，由于各种因素的影响，输出值可能会出现偏差，例如“0.9G”。因此，需要进行校正，使输出值达到1G。
偏移量和灵敏度
加速度传感器最重要的输出特性是其偏移精度和灵敏度。
- 偏移误差也称为偏差或偏差，其结果值大于或小于施加的加速度。
- 灵敏度又称比例因子，是施加加速度与输出加速度值的斜率。
平均值
如果噪声导致数值看起来比实际值大或小，可以使用平均值来消除这些变化并获得实际值。
然而，它的缺点是需要多个样本，这可能会很耗时，但通常可以通过使用高速计算来克服这个问题。
非线性合成
施加的加速度和检测到的加速度并非线性对应关系。
这主要是由于 G 型电池 MEMS 的特性（变形、形状）造成的。
ASIC 具有加速值和校正值的数据库，用于进行校正。
温度补偿
随着器件温度的变化，其输出特性可能会发生变化。
具体来说，温度变化会导致构成加速度传感器的组件膨胀和收缩，从而导致 G-Cell MEMS 变形，进而产生这种效果。
该ASIC芯片内置温度传感器，可通过参考当前温度和校正值的数据库进行校正。
输出缩放
取决于用户的使用方式，
a) 何时需要更宽的加速度检测范围
b) 当需要更高分辨率时
因此，对加速度检测范围的要求可能会有所不同。
在上图中，左侧显示了用法 a)，其设置为在 120 G 时输出 2047 LSB，从而可以测量尽可能大的施加加速度。
另一方面，在右侧的图中，使用了方法 b)，在 80 G 时输出 2047 LSB，从而可以检测到施加加速度的最小差异。
根据应用程序改变加速值分配的过程称为缩放。
这是通过ASIC内部简单的位移操作实现的。
输出格式
经过校正处理后，加速度检测值的精度已得到提升，并通过与用户所用MCU兼容的通信接口输出。以下通信方式主要用于汽车加速度传感器。
直接连接到MCU（微控制器）时
直到2008年左右，许多用户仍然偏爱模拟输出，但数字输出已逐渐成为主流。对于数字输出而言，SPI接口常用于汽车领域，而I2C接口则常用于消费领域。
- 模拟电压值
- SPI
- I2C
NXP 的某些产品允许用户随时更改通信方式。
当传感器放置在远离MCU的位置时
当使用加速度传感器检测车辆碰撞时，传感器通常安装在车门或保险杠等位置，以便立即检测到碰撞。然而，接收测量结果的微控制器（MCU）无法承受200G的冲击力，因此通常将其放置在车辆相对安全的中心位置，导致传感器与MCU之间距离较大。在这种距离下，由于抗噪性问题，SPI或I2C通信无法安全进行。另一方面，CAN（控制器局域网）成本过高。此外，由于需要在车内铺设长线，线材的重量也不容忽视。因此，人们开发了专门用于碰撞检测的通信方法。
- DSI3
- PSI5
NXP是这两个规范制定组织的成员， NXP的一些产品也允许用户随时切换通信方式。
手臂
安全气囊意外弹出是一个重大问题，因为它可能导致乘客受伤。
通常情况下，MCU 会根据加速度传感器的测量值来决定是否展开安全气囊。
此外，加速度传感器本身具有碰撞检测功能，通过将MCU的结果与加速度传感器的结果进行比较，可以更精确地进行碰撞检测（冗余）。
该安全功能利用加速度传感器本身来检测碰撞，称为 ARM（意思是“准备就绪！”）。
通过一次性编程 (OTP) 设置选项
ASIC 具有一次写入（非易失性）存储区域，可以将管理信息和配置写入该区域。
以前，通过向保险丝阵列施加高电压来熔断保险丝并写入设置。
目前主流方法是将设置写入 Flash 并锁定，使其无法被覆盖。
镜像注册
当加速度计启动时，它会将 OTP 存储器的内容复制到镜像寄存器（RAM）中，并参考该镜像寄存器的值来执行加速度值校正处理和功能设置。
如果用户在开发过程中想要测试某个功能，或者想要使用与 OTP 内存内容不同的设置进行操作，他们可以通过重写镜像寄存器的内容来临时更改到所需的设置。
但是，一旦断电，设置将恢复到初始设置，即 OTP 寄存器设置。
至此，我们对加速度传感器专用集成电路（ASIC）的解释就结束了。
下次我想谈谈包装和组装。
参考信息
=========================
我们目前无法回复此帖子“评论”部分的评论。
由此给您带来的不便，我们深表歉意。如有任何疑问，请联系您的恩智浦经销商或直接联系恩智浦公司。
本页概述了恩智浦汽车加速度传感器的原理、特性和应用。
在上一篇文章中，我们解释了G细胞MEMS。
在第四部分中，我想讨论一下如何使用 ASIC 将这种 G 型 MEMS 的电容器电容作为信号进行处理的机制。