基于LIS2HH12：MEMS 数字输出运动传感器超低功耗高性能 3 轴“pico”加速度计

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STMCU小助手发布时间：2023-4-20 19:22

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文章简介:	基于LIS2HH12：MEMS 数字输出运动传感器超低功耗高性能 3 轴“pico”加速度计

引言
本文档介绍了以 LGA 封装提供的低压 3 轴数字量输出线性 MEMS 加速度计。
LIS2HH12 是属于“pico”系列的超低功耗高性能 3 轴线性加速度计，具有数字 I2C、SPI 串行接口标准输出。
器件具有超低功耗工作模式，可实现高级节能、智能睡眠唤醒（活动）以及恢复睡眠（不活动）功能。
LIS2HH12 具有±2g/±4g/±8g 的动态用户可选满量程，并能通过 10 Hz 到 800 Hz 的输出数据速率测量加速度。
器件可配置为通过检测惯性唤醒/自由落体事件以及通过器件自身的位置生成两个独立中断信号。两个中断发生器的阈值和时序可由终端用户动态设定。
LIS2HH12 内置 32 级先进先出（FIFO）缓冲器提供给用户存储数据，可以减少主控的干预。
LIS2HH12 采用纤薄的小型塑料平面网格阵列封装(LGA)，可确保在更大的温度范围（-40 °C 至+85 °C）内正常工作。
SMD 封装的超小尺寸和重量使其成为智能手机和可穿戴设备以及计步器、倾斜监测和活动识别等应用的理想选择。

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2 工作模式
LIS2HH12 提供两种不同的工作模式：下电模式和激活模式。在激活模式中，可选择六种不同的输出数据速率(ODR)：800 Hz、400 Hz、200 Hz、100 Hz、50 Hz 和 10 Hz。从 800 Hz 到 100 Hz，每个 ODR 的电流消耗都是恒定的，而 50 Hz 和 10 Hz 进一步降低了电流消耗，具体取决于所选的 ODR。
施加电源后，LIS2HH12 执行一段 20 ms 的启动程序来从内部存储器加载校准参数。在启动阶段结束时，将器件自动配置为下电模式。
通过参考 LIS2HH12 数据表，CTRL1 寄存器的输出数据速率 ODR[2:0]位用于选择操作模式（下电模式、激活模式）和相关输出数据速率（表 2. 数据速率配置）。

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2.1 下电模式
器件处于下电模式时，器件内部几乎所有模块都会被关闭，以最大限度地降低功耗。数字接口（I2C 和 SPI）仍然
在工作，以便能够与器件进行通信。保留配置寄存器的内容而不更新输出数据寄存器，因此可保持进入下电模式前存储器中采样的最后数据。
在下电模式期间，中断引脚继续在最后一个逻辑状态下驱动。

2.2 激活模式
在激活模式中，以通过 CTRL1 寄存器的 ODR[2:0]位选择的输出数据速率（ODR）生成数据。可选择六种不同的ODR，以保证所需的应用带宽：800 Hz、400 Hz、200 Hz、100 Hz、50 Hz 和 10 Hz。
可通过 CTRL1 寄存器的 Zen、Yen 和 Xen 位单独启用三个加速度轴。可采用单轴、双轴或三轴的所有组合，与禁用的轴相关的输出寄存器被强制为 0000h。
数据中断生成和 FIFO 缓冲区有效，并可以分别通过 IG_CFGx (30h, 36h)和 FIFO_CTRL (2Eh)寄存器激活和配置。
可启用活动/不活动识别功能，以降低系统功耗。

2.3 数据稳定时间
LIS2HH12 读取链路包含了低通滤波，能够提高信噪比性能并降低混叠效应。因此，当器件从下电模式切换到激活模式或更改 ODR 时，必须考虑滤波器的建立时间。
表 4. 要丢弃的样本数阐明了根据内部滤波器带宽和输出数据率选择，必须丢弃的样本数。通过设置 CTRL4 寄存器中的 BW [2:1]位可改变带宽，通过设置 CTRL1 中的 ODR [2:0]位可改变输出数据速率。

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2.4 系统带宽
采样链可由 4 个级联模块表示：模拟低通滤波器、ADC 转换器、抽取滤波器和数字低通滤波器。

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来自机械模块的模拟信号在经 ADC 转换前通过抗混叠滤波器进行滤波，在激活模式中，对于大于 50 Hz 的 ODR，如果将 CTRL4 寄存器中的 BW_SCALE_ODR 位设为 1，则可以使用 CTRL4 寄存器中的 BW[2:1]位配置滤波器截止频率，否则（默认条件），自动将滤波器带宽设为 ODR/2。

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ADC 模块是一个模数转换器，可以 3.2 kHz 的恒定采样率转换输入模拟信号。在激活模式期间，ADC 周期性地接通/关闭，其占空比取决于所选数据速率。
抽取滤波器是执行信号滤波和下采样的数字模块。抽取器平均执行 N 个采样，以将采样率从3.2 kHz 降至选定 ODR。低通抽取滤波器的截止频率取决于所选的 ODR，如表 7. 抽取滤波器带宽中所述。

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对于等于或大于 100 Hz 的 ODR，当 BW_SCALE_ODR = 0 时，可通过模拟滤波器保证抗混叠带宽。
通过将 CTRL1 寄存器中的 HR 位设为 1，可以使能数字低通滤波器。选择高分辨率模式时，将对来自抽取滤波器的数字信号进行额外的低通滤波，并通过 CTRL2 寄存器中的 DFC[1:0]位选择带宽。

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2.5 活动/不活动功能
活动/不活动识别功能能够减少系统功耗，可支持开发新型智能应用。
当活动/不活动识别功能激活时，LIS2HH12 能够自动将采样率降低至 10 Hz，当检测到唤醒中断事件时会立即增加ODR 和带宽。
利用此功能，根据用户所选的加速事件，系统可以高效地从低功耗模式转换成全性能模式，反之亦然，因此可以保证节能和灵活性。
通过在 ACT_THS (1Eh)中写入所需阀值来激活活动/不活动识别功能；阀值由 7 个位表示，并应用于正负方向。高通滤波器自动启用。

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