1. 了解工作原理
示例的傾斜傳感器系統與圖1中的通用系統非常相似。MEMS加速度計包括傳感器元件和接口電路。加速度計信號通過一個單極點低通濾波器，該濾波器將信號帶寬限制在50Hz。模數轉換器以200 SPS的采樣率運行，并將其輸出送入數字處理級。數字處理功能包括一個均值濾波器、溫度驅動器校正公式、將靜態加速度計讀數轉變成傾斜角的數學函數、用戶接口寄存器和一個串行接口。

假設偏置誤差為零，當加速度計的測量軸與重力方向垂直時，其輸出將為零。其測量軸與重力方向平行時，將產生+1 g或–1 g的輸出，極性取決于方向。靜態加速度計測量與傾斜角之間的關系是一個簡單的正弦或正切函數，如圖3所示。這里的分析重點考慮水平模式（正弦）。

圖 3. MEMS傾斜傳感器工作原理

2. 通過產品文獻獲取相關信息
表 1 列出了影響高級傳感器系統周期供電的參數。這些參數一部分可從產品數據手冊獲得，而其他參數需要針對終端系統性能目標進行分析。PON和T1是數據手冊提供的參數。其余參數可用于估計T2和T3。關閉模式功率得自線性調節器的關斷電流。

表 1. 傳感器系統技術指標

3. 利用經驗假設來量化其余影響因素
建立時間影響一個傳感器系統能夠支持的精度和測量速率。許多不同的因素都會影響建立時間，但這里重點分析電的因素。估計建立時間需要性能目標、部分重要假設和一個用于分析傳感器對供電響應的模型。第一項重要假設是濾波器在初始啟動周期（上電時間）之后建立。雖然這兩個周期可以同時進行，但以連續發生的方式著手分析是更為保守的方法。圖 4 提供分析傳感器對供電響應的簡化模型。

圖 4. 建立時間分析的模型

供電后，加速度計傳感器的輸出 a(t)呈現階躍響應。因為傳感器采用單電源供電，其輸出很可能會從零開始，并迅速轉變至確定其方位的電平。為簡明起見，假定零輸出與最低有效加速度水平相對應。這種情況下，我們采用–2 g加速度，以便在最小額定值–1.7 g的基礎上提供一些裕量。同時，最大傾斜范圍為+30°，相當于+0.5 g。將這兩個間隔結合，加速度計信號在啟動時可進行的最大轉換為+2.5 g。單極點、低通濾波器的階躍響應 b(t)可通過以下公式獲得：

包括數字濾波器的模型需要離散形式的 b(t)，以及一個總和模型來仿真濾波器。

建立時間是在規定精度AE范圍內穩定到最終值所需的時間。圖5顯示兩條瞬態響應曲線，指示每條曲線達到0.1 g精度所需的建立時間。

圖 5. 上電瞬態響應

本例中，誤差預算允許0.2°的建立精度。正弦公式提供一種將此目標轉變成加速度衡量指標的簡單方法。

使用諸如Excel或MATLAB之類的工具對此公式進行建模將非常簡單。如果使用Excel，輸出在N = 16時的第18次采樣和N=64 時的第65次采樣達到距0.5 g約3 mg內的水平。將這些數值分別除以采樣速率(200 SPS)，可針對21ms (N = 1)、 90ms (N = 16)和325ms (N = 64)這些設置提供建立時間估計值。假設熱建立的相關誤差可忽略不計（如合理的話）。因為所考量的器件提供了溫度校準響應，所以這一假設應該可以接受。驗證此假設為在最終表征過程中確認精度提供了好機會。

此類系統的數據采集時間T3不需要超過一個采樣周期，因為所有必需的校正和濾波都在器件內部實現。采集時間只會使總體測量時間增加5ms。

4. 使功耗與周期時間相關
此分析的最后一部分與平均功耗和周期時間有關，周期時間實際上等于各測量事件之間的時間量。表2總結了重要的周期供電因素，包括傳感器數據手冊中規定或通過該簡單分析過程產生的因素，以及完全啟動（周期供電）和休眠模式恢復（周期休眠）的次數。

表 2.關鍵周期供電參數匯總

下面通過計算舉例說明，如何使用這些參數來分析和比較一個要求測量速率為1SPS的系統的周期供電和周期休眠。

周期供電：

周期休眠：

這里的周期休眠非常有利。但是，如果將周期時間增加至每分鐘采樣一次(TC = 60 s)，周期供電方式的平均功耗會是0.2mW，而周期休眠方式為1.2 mW。圖6所示為周期時間與平均功耗的關系。

圖 6.周期時間與平均功耗的關系

休眠模式保留全部初始化值，同時關閉系統其余部分。盡管保持這些設置需要一定功率，但恢復時間要比完全啟動更快。傾斜傳感器ADIS16209具有可編程休眠時間和自動喚醒功能。這種解決方案非常適用于那些具有數據就緒信號喚醒功能的主處理器，在讀取所需數據后命令傳感器再次在另一個固定的周期內重新處于休眠模式。使用休眠模式的另一 MEMS產品實例是振動傳感器ADIS16223，該傳感器收集并儲存振動數據，自動返回至休眠模式，然后啟動對另一測量事件的倒計時。這種傳感器非常適合需要進行周期性監控的系統，無需分配處理器資源來管理休眠模式和數據收集模式。

這里通過簡單分析提供了部分有用的深度信息。具體而言，在某些情況下，不管休眠模式需要多少功率，通過休眠模式管理仍然能夠實現節能。在上述示例中，需要以1 SPS速率進行傾斜測量的系統采用休眠模式，省電能力提高了4倍。此處，休眠模式針對最高6s的測量周期時間可實現節能。對于測量周期時間更長的系統，與關斷性能相關的功率開銷更低，從而使得平均功率電平更低。

結論
無論是出于經濟還是環保原因，降低功耗的要求都很普遍。降低功耗可以減小功率轉換器、電池和太陽能電池等電源的尺寸和成本。其他潛在好處還包括降低熱和機械設計要求，降低EMI輻射，有利于環境影響評級。歡迎轉載,本文來自電子發燒友網(http://www.1cnz.cn)

對于重視高集成度傳感器產品但又不得不考慮盡可能降低功耗的工程師而言，本文提到的概念和分析方法提供了一個很好的起點。更重要的是，因為每種系統設計都存在新的機會與風險，所以確定并分析影響總體功率目標特性的相關思考過程將更加重要。完成初始分析之后，或許一句俄羅斯諺語“Доверяй, но проверяй`”（“信任，但要確認”）最能說明該如何確保最終成功實現。要跟蹤重要假設，例如建立精度(3 mg)及熱建立因素是否會有影響。如果有合適的硬件，要在盡可能匹配其預期使用條件的情況下測試這些解決方案。最后，測試這些假設將增加自信，并可調整改善新假設，以用于今后的電源管理方法分析。