CAS290-serie: lineaire versnellingsmeters met hoge prestaties (tweeassig, orthogonaal)

Kies het kleinste meetbereik dat de normale versnelling, de verwachte transiënten en een passende ontwerpmarge omvat. Varianten met een kleiner bereik bieden namelijk een hogere uitgangsgevoeligheid en lagere meetdrempels. De CAS291 heeft een bereik van ±0,85 g, met 33.500 lsb/g, 1.150 mV/g, een meetdrempel van 0,03 mg en een ruisdichtheid van maximaal 50 µg/√Hz. De CAS292 en CAS293 vergroten het bereik tot respectievelijk ±2,5 g en ±10 g, met behoud van een meetdrempel van 0,10 mg. De CAS294 en CAS295 hebben een bereik van ±30 g en ±96 g, maar hun meetdrempels stijgen tot respectievelijk 0,30 mg en 1,0 mg. Modelleer schokken en trillingen onder de ongunstigste omstandigheden voordat u het meetbereik kiest, in plaats van de keuze uitsluitend op de nominale versnelling te baseren.

Gebruik de analoge uitgang als het hostsysteem al over een geschikte omzetter met hoge resolutie beschikt of de sensorbandbreedte van meer dan 250 Hz nodig heeft. De schaalfactor is ratiometrisch en varieert van 1.150 mV/g voor de CAS291 tot 10 mV/g voor de CAS295. Beoordeel daarom het ADC-bereik, de stabiliteit van de referentie en de ingangsruis in samenhang. De digitale interface biedt een bandbreedte van meer dan 170 Hz, directe schaalfactoren van 33.500 tot 300 lsb/g en toegang tot temperatuurgegevens en de status van de ingebouwde testfunctie. Bovendien is er dan geen externe ADC nodig die uitsluitend voor de versnellingskanalen dient. De uiteindelijke keuze hangt dus af van de bandbreedte, de conversienauwkeurigheid, de verwerkingsarchitectuur en de diagnostische gegevens die het hostsysteem nodig heeft.

Voor functionele werking is een voedingsspanning van 2,7 V tot 3,6 V nodig. Houd Vdd echter tussen 3,15 V en 3,45 V als aan de opgegeven prestatiegrenzen moet worden voldaan. Het nominale werkpunt is 3,3 V, met een typische stroomopname van 3 mA voor alle varianten. Houd rekening met een opstarttijd van maximaal 20 ms en een hersteltijd van maximaal 10 ms na een meetbereikoverschrijding of schok voordat u meetgegevens als geldig accepteert. Volg bij het interfaceontwerp de voorgeschreven lokale ontkoppeling en houd de voedingsimpedantie tijdens het opstarten laag. Zo krijgt het hostsysteem een duidelijke volgorde waarin eerst de voeding stabiel is en vervolgens de gegevens geldig zijn, en wordt tijdelijk uitgangsgedrag niet ten onrechte als geldige versnelling geïnterpreteerd.

De orthogonale behuizing geeft de twee MEMS-meetassen een andere oriëntatie dan bij een vlak gemonteerde tweeassige versnellingsmeter. Door de op zijn zijkant gemonteerde CAS290 te combineren met een meetopstelling in het vlak van de printplaat, kunnen drie vrijheidsgraden op één PCBA worden gemeten zonder een aparte, loodrecht geplaatste printplaat te installeren. De behuizing meet 10,4 × 6,7 × 2,7 mm en heeft een typische massa van 0,6 g. Nauwkeurige mechanische plaatsing en beheersing van de soldeerfixatie blijven daarom belangrijk. Bij gebruik van geschikte fixatiemiddelen bedraagt de typische uitlijnfout van de behuizing ±25 mrad, terwijl de interne afwijking van de haaksheid tussen de assen 1,7 mrad bedraagt. Bepaal bij de systeemkalibratie nog steeds de werkelijke assenmatrix na montage, in plaats van uit te gaan van een perfecte geometrische uitlijning.

De CAS290-serie werkt bij temperaturen van -40 °C tot +125 °C en kan worden opgeslagen bij -55 °C tot +150 °C. De relatieve luchtvochtigheid mag maximaal 90% bedragen, zonder condensatie. Tijdens bedrijf is de toegestane schokbelasting 1.000 g bij een halve sinuspuls van 1 ms. Buiten bedrijf bedraagt de schokbestendigheid 6.500 g voor de CAS291 tot en met CAS293 en 10.000 g voor de CAS294 en CAS295, bij een halve sinuspuls van 0,1 ms. Dit zijn grenswaarden, geen aanbevolen waarden voor continu bedrijf. Langdurige blootstelling aan omstandigheden dicht bij de absolute grenswaarden kan de prestaties of betrouwbaarheid beïnvloeden. Stem daarom in het apparatuurontwerp de montage, behuizing en trillingsbeheersing af op de werkelijke mechanische omgeving.

Maak onderscheid tussen de initiële offset, herhaalbaarheid, thermische drift, langetermijnstabiliteit en door trillingen veroorzaakte nulpuntsafwijking. De variatie in de nulpuntsafwijking tussen meetcycli loopt uiteen van ±0,35 mg bij de CAS291 tot ±8,0 mg bij de CAS295. De nulpuntstabiliteit over één jaar varieert van ±7,5 mg tot ±75 mg. Over het temperatuurbereik van -40 °C tot +125 °C bedraagt de variatie in de nulpuntsafwijking ±50 mg voor de CAS291–CAS293, ±150 mg voor de CAS294 en ±500 mg voor de CAS295. De analoge uitgangen liggen nominaal rond Vdd/2 en kunnen een vaste, componentspecifieke offset hebben. Het digitale kanaal heeft een eigen instelfout van het nulpunt. Beide zijn te verkleinen door het systeem te kalibreren. Neem in het verdere foutmodel ook de temperatuurafhankelijke variatie van de schaalfactor van ±1,2% en de opgegeven trillingsgelijkrichting voor het gekozen meetbereik op.

De digitale interface is een vierdraads SPI-slave die in Mode 0 werkt. Elke transactie omvat zes bytes of 48 bits. De nominale berichtfrequentie is 1 kHz en de nominale klokfrequentie 1 MHz. De ondersteunde bereiken zijn 1 Hz tot 10 kHz voor berichten en 100 kHz tot 8 MHz voor de klok. Bij risico op aliasing wordt een bemonsteringsfrequentie boven 500 Hz aanbevolen. De toepassing moet daarnaast nog steeds voorzien in filtering die op de meetbandbreedte is afgestemd. Via afzonderlijke verzoeken worden versnellingsgegevens voor de X/Y-assen of status- en temperatuurgegevens opgevraagd. Het commandoformaat maakt het ook mogelijk de ingebouwde test op commando te activeren. Data_Out staat in de hoogohmige toestand wanneer slave select hoog is. Daardoor kan de bus worden gedeeld, mits de timing van chip select en de verwerking van controlesommen correct zijn geïmplementeerd.

De CAS290-serie maakt gebruik van capacitieve MEMS-meettechnologie. Daardoor kunnen geleidende sporen onder de behuizing een nulpuntsafwijking in de versnellingsmeting veroorzaken. Houd signaal- en voedingssporen daarom waar mogelijk buiten het montageoppervlak van de behuizing. Dit geldt ook voor verbindingen naar gemeenschappelijke sterpunten van de voeding. Als sporen onder de component onvermijdelijk zijn, moet de offset na montage worden gemeten en via compensatie op een hoger systeemniveau worden gecorrigeerd. De bevestigingsvlakken in het midden en aan de zijkanten dienen als mechanische verbindingen en moeten op elektrisch geïsoleerde soldeervlakken worden gesoldeerd. Positioneerhulpmiddelen voor een beheerste plaatsing, controles van de asoriëntatie en een kalibratie op basis van de zwaartekracht kunnen fouten door een onjuiste uitlijning van de behuizing en montagetoleranties verminderen.