Série CAS290 : accéléromètres linéaires hautes performances (biaxes, orthogonaux)

Choisissez la plage la plus faible qui couvre les accélérations normales et les transitoires attendus, tout en conservant une marge de conception adaptée. Les modèles à plage réduite offrent en effet une sensibilité de sortie plus élevée et des seuils de mesure plus bas. Le CAS291 couvre ±0,85 g avec une sensibilité de 33 500 lsb/g et de 1 150 mV/g, un seuil de 0,03 mg et une densité de bruit maximale de 50 µg/√Hz. Les CAS292 et CAS293 étendent la plage à ±2,5 g et ±10 g tout en conservant un seuil de 0,10 mg. Les CAS294 et CAS295 couvrent ±30 g et ±96 g, mais leurs seuils passent respectivement à 0,30 mg et 1,0 mg. Avant de choisir la plage, modélisez les chocs et les vibrations dans les conditions les plus défavorables plutôt que de vous baser uniquement sur l’accélération nominale.

Utilisez la sortie analogique lorsque le système hôte dispose déjà d’une conversion haute résolution adaptée ou nécessite la bande passante du capteur supérieure à 250 Hz. Son facteur d’échelle est ratiométrique et varie de 1 150 mV/g pour le CAS291 à 10 mV/g pour le CAS295. Il faut donc prendre en compte conjointement la plage du convertisseur analogique-numérique (CAN), la stabilité de la référence et le bruit d’entrée. L’interface numérique offre une bande passante supérieure à 170 Hz, des facteurs d’échelle directs allant de 33 500 à 300 lsb/g, ainsi que l’accès à la température et à l’état de l’autotest intégré. Elle évite également d’ajouter un CAN externe uniquement pour les voies d’accélération. Le choix dépend donc de la bande passante, de la précision de conversion, de l’architecture de traitement et des données de diagnostic nécessaires au système hôte.

Une alimentation de 2,7 V à 3,6 V permet le fonctionnement du capteur, mais Vdd doit rester entre 3,15 V et 3,45 V pour respecter les limites de performance annoncées. La tension nominale de fonctionnement est de 3,3 V, avec une consommation de courant typique de 3 mA pour l’ensemble de la série. Prévoyez jusqu’à 20 ms pour le démarrage et jusqu’à 10 ms de récupération après un dépassement de plage ou un choc avant de considérer les données de mesure comme valides. La conception de l’interface doit respecter le schéma de découplage local spécifié et maintenir une faible impédance d’alimentation au démarrage. Le système hôte dispose ainsi d’une séquence claire de validation de l’alimentation puis des données, sans interpréter les transitoires de sortie comme des mesures d’accélération valides.

Le boîtier orthogonal oriente les deux axes de détection MEMS différemment d’un accéléromètre biaxial monté à plat. En associant le CAS290 monté sur le côté à un dispositif de détection dans le plan, il est possible de mesurer trois degrés de liberté sur une seule carte électronique assemblée, sans ajouter de carte perpendiculaire. Le boîtier mesure 10,4 × 6,7 × 2,7 mm et présente une masse typique de 0,6 g : le positionnement mécanique et la maîtrise des dispositifs de maintien pendant le soudage restent donc importants. Avec des dispositifs de maintien adaptés, le défaut d’alignement typique du boîtier est de ±25 mrad, tandis que le défaut d’orthogonalité des axes internes est de 1,7 mrad. L’étalonnage du système doit néanmoins déterminer la matrice des axes après montage, plutôt que de supposer un alignement géométrique parfait.

La série CAS290 fonctionne de -40 °C à +125 °C et peut être stockée de -55 °C à +150 °C, avec une humidité relative limitée à 90 % sans condensation. La tenue aux chocs en fonctionnement est de 1 000 g pour une impulsion demi-sinusoïdale de 1 ms. Hors fonctionnement, elle atteint 6 500 g pour les CAS291 à CAS293 et 10 000 g pour les CAS294 et CAS295, avec une impulsion demi-sinusoïdale de 0,1 ms. Il s’agit de conditions limites et non de conditions recommandées pour un fonctionnement continu. Une exposition prolongée à des niveaux proches des limites absolues peut affecter les performances ou la fiabilité. La conception de l’équipement doit donc prévoir un montage, un boîtier et des dispositifs de maîtrise des vibrations adaptés à l’environnement mécanique réel.

Distinguez le décalage initial de la répétabilité, de la dérive thermique, de la stabilité à long terme et du biais induit par les vibrations. La variation du biais d’un cycle de fonctionnement à l’autre va de ±0,35 mg pour le CAS291 à ±8,0 mg pour le CAS295, tandis que la stabilité du biais sur un an va de ±7,5 mg à ±75 mg. Sur la plage de -40 °C à +125 °C, la variation du biais est de ±50 mg pour les CAS291–CAS293, de ±150 mg pour le CAS294 et de ±500 mg pour le CAS295. Les sorties analogiques sont nominalement centrées autour de Vdd/2 et peuvent présenter un décalage fixe propre au composant, tandis que la voie numérique présente sa propre erreur de réglage du biais. Un étalonnage du système permet de réduire ces deux erreurs. Le modèle d’erreur doit également tenir compte de la variation thermique du facteur d’échelle de ±1,2 % et du redressement vibratoire spécifié pour la plage de mesure choisie.

L’interface numérique est une interface SPI esclave à quatre fils fonctionnant en mode 0. Chaque transaction contient six octets, soit 48 bits. La fréquence nominale des messages est de 1 kHz et celle de l’horloge de 1 MHz ; les plages prises en charge sont de 1 Hz à 10 kHz pour les messages et de 100 kHz à 8 MHz pour l’horloge. Une fréquence d’échantillonnage supérieure à 500 Hz est recommandée en cas de risque de repliement spectral, mais l’application doit néanmoins prévoir un filtrage adapté à sa bande passante de mesure. Des requêtes distinctes permettent d’obtenir les données d’accélération X/Y ou les données d’état et de température. Le format de commande permet également d’activer un autotest intégré sur commande. La sortie Data_Out passe à l’état haute impédance lorsque le signal de sélection de l’esclave est à l’état haut. Le bus peut ainsi être partagé, à condition de respecter les temporisations de sélection du composant et de gérer correctement la somme de contrôle.

La série CAS290 utilise une détection MEMS capacitive : les pistes conductrices passant sous le boîtier peuvent donc introduire un biais dans la mesure d’accélération. Dans la mesure du possible, les pistes de signal et d’alimentation doivent rester à l’écart de l’empreinte du boîtier, y compris les connexions menant aux points communs de distribution de l’alimentation en étoile. Si le routage sous le composant est inévitable, le décalage doit être mesuré après montage, puis éliminé par une compensation au niveau supérieur du système. Les plages de fixation centrales et latérales assurent une liaison mécanique et doivent être soudées à des plages électriquement isolées. Des gabarits assurant un positionnement maîtrisé, des vérifications de l’orientation des axes et un étalonnage fondé sur la gravité peuvent réduire les erreurs liées au désalignement du boîtier et aux tolérances d’assemblage.