Charles Kitchin, David Quinn, 和 Steve Sherman

單片加速度計的輸出可以連接到電壓-頻率轉換器（VFC），該電路的輸出是可變頻率的，以簡單且低成本地產生與加速度成比例的頻率。由此產生的高電平交流信號中的信息可以通過具有衰減和非線性響應的嘈雜環境發送，但可以可靠地恢復。對于加速度到數字轉換，可以輕松編程微處理器以讀取頻率并直接計算施加的加速度。

本文建議使用單電源電壓的兩個電路。其中一款采用精密高線性度VFC，AD654;另一個使用流行的低成本555定時器芯片。

高性能加速頻率電路：

圖1顯示了一個使用VFC的電路，其輸出頻率直接隨施加的加速度而變化。該電路采用+5 V單電源供電。

圖1.采用高線性度AD654 VFC的高性能加速頻率電路。

ADXL05封裝在TO-100密封罐中。在封裝標簽方向上檢測到的加速度（正或負）直接轉換為模擬電壓。加速度可能與運動有關，也可能涉及涉及g的靜態測量，即地球重力的加速度。例如，如果安裝ADXL05時，使凸片的方向相對于垂直方向傾斜，則輸出將取決于g的在線分量，從而提供傾斜角度的測量值。

片內緩沖放大器可提供縮放和失調;加速度計的輸出電壓作為AD654VFC的輸入，控制AD1引腳654處輸出脈沖序列的頻率。表1顯示了一組縮放選項，用于控制外部電阻和電容的各種標稱值的頻率對加速度的靈敏度，以及表示零加速度的頻率。

表 1.各種零g頻率和比例因子的標稱電路元件值

ADXL05（引腳8處的電壓輸出）的標稱靈敏度為±200 mV/g，1.8 V表示0 g。片內緩沖放大器（引腳9輸出）將輸出失調增加到+2.5 V（使用+5 V電源時提供最大對稱輸出電壓擺幅），并對信號進行放大和緩沖。C5和R3提供低通濾波，以提高低電平分辨率（但限制頻率響應）。增益和失調計算基于加速度計和VFC參數的標稱值;實際性能受器件容差的影響可能很大。為了提高零g偏移和比例因子的精度，可以使用微調電位計電路來預測1%容差固定電阻的電阻值。

標稱設計公式： AD654的輸出是一個脈沖序列，其頻率與輸入電壓的關系如下：

因此，對于ADXL0的2.5 V05 g輸出，對應于零加速度的頻率為

比例因子或關系斜率（以 Hz/g 表示）是加速度計靈敏度 （200 mV/g）、緩沖放大器增益和 VFC 關系的乘積，或

圖 2 是 1kHz 零加速頻率和 100 Hz/g 比例因子的頻率和加速度之間的標稱關系圖。

圖2.VFC輸出頻率與ADXL05芯片加速度之間的關系。

加速度計可以使用地球引力進行自我校準。當加速度計的卡舌水平時，加速度計將測量 0 g，允許調整 0-g 偏移。當加速度計的卡舌筆直朝下時，引腳9處的輸出電壓將對應于+1 g。如果將加速度計旋轉以使選項卡指向筆直向上，則其輸出將測量 -1 g。然后，讀數的差異（2 g）可用于設置加速度到頻率的整體比例因子，使用可調Rt，即用一個固定的1%電阻代替，該電阻器與經驗確定的微調值串聯。

0 g頻率可通過50 kW微調電位器進行調整，該電位器連接在ADXL05的引腳6（+3.4 V基準電壓源）和地之間。電位器的游標通過R10（更改為2 kW）連接到緩沖放大器的求和結引腳100。如有必要，應迭代0-g和滿量程頻率調整，以獲得最準確的設置。可調分壓器可以用固定電阻代替，用于可能影響電位器設置的動態測量。

使用 555 定時器以極低的成本加速到頻率：圖3顯示了如何將ADXL05加速度計連接到低成本CMOS 555定時器以提供頻率輸出。所示的組件值是為 ±1-g 傾斜儀應用選擇的。

加速度計的標稱 200mV/g 輸出出現在引腳 8 處，由板載緩沖放大器放大 2 倍至 400mV/g 電平。引腳0處的9 g偏置電平約為1.8 V，電容C4和電阻R3構成16 Hz低通濾波器，以降低噪聲并提高測量分辨率。

CMOS 555 用作壓控振蕩器，其中 R5、R6 和 C5 設置標稱工作頻率。選擇電阻R5和R6可提供約50%的占空比，將+1.8V （0 g）輸入信號施加到5的引腳555。為了盡量減少因電源變化而導致的頻率變化，555 采用加速度計的 +3.4 V 基準電壓源按比例工作，而不是直接采用 +5 V 電源供電。

該電路的輸出頻率由R5、R6和C5設置的充電和放電時間決定。

使用圖3所示的電路和元件值，加速度計引腳9的標稱輸出比例因子為±400 mV/g，因此電壓輸出為+1.8 V±0.4 V。3 引腳 555 處的輸出比例因子約為 16，500 Hz±每克 2，600 Hz。

發現該電路的頻率穩定性非常好。使用圖3所示電路，頻率為15.5 kHz 0 g，在0至+0°C商用溫度范圍內測得的70 g頻率漂移為5 Hz/°C，即0.03%/°C。 頻率與電源電壓的變化小于 10 Hz，電源電壓范圍為 +5.0 至 +9.0 V。

圖3.低成本加速頻率電路，使用流行且廣泛使用的555定時器。

審核編輯：郭婷