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2005757

器件型号:2005757
器件类别:传感器    运动与定位传感器    测斜计   
厂商名称:First Sensor
标准:
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器件描述

测斜计 SI-11.S1.C-30; SensIncline

参数
产品属性属性值
制造商:First Sensor
产品种类:测斜计
RoHS:详细信息
工作角:30 deg
输出类型:Digital
安装风格:SMD/SMT
产品:Inclinometers
端接类型:SMD/SMT
商标:First Sensor
最大工作温度:+ 85 C
最小工作温度:- 40 C
产品类型:Inclinometers
工厂包装数量:1
子类别:Sensors
零件号别名:53000502

2005757器件文档内容

SI & SA series – high-precision inertial sensors

The capacitive inclinometers and accelerometers are

based on single crystal silicon sensor elements and

utilize state-of-the-art micromachining technology

to achieve large signal-to-noise ratios and excellent

stability over temperature. Due to high aspect ratio

microstructures (HARMS) the sensors feature ultra-

low cross axis sensitivities. The patented AIM (Air gap

Insulated Microstructures) technology minimizes parasitic

capacitances.

Benefits of the AIM technology                  Features of the sensor system                 Certificates

–– Ultra-low cross axis sensitivity due to      –– Dual axis measurement                      –– Quality Management System according to

HARMS technology                                –– Excellent stability over temperature       EN ISO 9001

–– Thin-film free mechanical components,        –– Digital SPI interface                      –– Qualified according to DIN EN 60068,                

single crystal silicon based                    –– High resolution ADC offering more than     DIN EN 60749, MIL-STD-883

–– Minimizing of parasitic capacitances due to  100 dB dynamic range                          –– RoHS and REACH compliant

insulation of the functional components by      –– Configurable bandwith output filter

air gap                                         –– Shock survival 1500 g                      Applications

–– Complete dry processing                      –– Hermetically sealed package

–– Excellent thermal performance                –– Customized sensor solutions for packaging  –– Geoengineering

–– Large signal-to-noise ratio                  and signal processing                         –– Condition monitoring

–– Mechanical over-damped to reduce parasitic                                                 –– Navigation

signals                                                                                       –– Security systems

–– Customer specific measurement ranges                                                       –– Platform control and stabilization

due to flexible adjustment of mass, spring                                                    –– Tilt sensing and leveling

and damping                                                                                   –– Industrial applications

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SI & SA series – high-precision inertial sensors

Performance characteristics

ASSP

Parameter                               Condition                                      Min.                  Typ.           Max.                      Unit

Supported nominal capacitance                                                          0.25                                 15                        pF

Differential capacitance range                                                         -750                                 750                       fF

Input noise                             at max. gain settings                                                50                                       zF/√Hz

Linearity                               at max. voltage output                         11                                                             Bit

ADC dynamic range                       in 100 Hz BW                                                         100                                      dB

Output bandwidth                                                                       3                                    420                       Hz

Output data rate                                                                       6                                    1563                      Hz

ASSP resolution                         2’s complement                                                       24                                       Bit

Supply voltage                                                                         4.75                  5.00           5.25                      V

Supply current                                                                         20                    24             28                        mA

Power down current                                                                                           1                                        μA

Operating temperature range                                                            -40                                  85                        °C

Resolution temperature sensor                                                                                14                                       Bit

Sensitivity temperature sensor                                                                               80                                       LSB/K

Typical performance                     characteristics (1)

Inclinometer SI-11.S1.C-30

Sensor-ASSP system

Parameter                               Condition                                                            SI-11.S1.C-30        Unit

Measurement range                       Full scale (linear @ ±30°)                                           ±30 (±90)            °

Resolution                              @ 10 Hz                                                              < 0.0015             °

Scale factor (repeatability)            Short-term                                                           ±35                  ppm

Scale factor (temperature coefficient)  Without calibration                                                  ±50                  ppm/K

Bias (repeatability)                    Short-term                                                           ±0.0030              °

Bias (temperature coefficient)          Without calibration                                                  ±0.0025              °/K

Non-linearity                           Full scale                                                           < 0.3                %

Noise density                                                                                                < 0.0004             °/√Hz

Digital interface                                                                                            SPI

Capacitive sensing element

Noise density                           calculated                                                           < 3.0                aF/√Hz

Capacitive sensitivity                                                                                       450…750              fF/g

Frequency response                      3dB frequency                                                        150                  Hz

Damping ratio                                                                                                1.5

Measurement voltage                     RMS                                                                  < 1.2                V

Shock survival                          Bare die                                                             > 2500               g

Specification note

(1)  Maximum and minimum ratings of the performance parameters depend on                

     the exact set-up of the sensor settings. Please contact First Sensor for further

     information.

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SI & SA series – high-precision inertial sensors

Typical performance                     characteristics (1)

Accelerometer SA-12.S1.C-3

Sensor-ASSP system

Parameter                               Condition                                                            SA-12.S1.C-3  Unit

Measurement range                       Full scale                                                           ±3            g

Resolution                              @ 10 Hz                                                              < 40          μg

Scale factor (repeatability)            Short-term                                                           ±35           ppm

Scale factor (temperature coefficient)  Without calibration                                                  ±50           ppm/K

Bias (repeatability)                    Short-term                                                           ±60           μg

Bias (temperature coefficient)          Without calibration                                                  ±130          μg/K

Non-linearity                           Full scale                                                           < 0.6         %

Noise density                                                                                                < 12          μg/√Hz

Digital interface                                                                                            SPI

Capacitive sensing element

Noise density                           calculated                                                           < 1.0         aF/√Hz

Capacitive sensitivity                                                                                       175…250       fF/g

Frequency response                      3dB frequency                                                        900           Hz

Damping ratio                                                                                                0.9

Measurement voltage                     RMS                                                                  < 1.8         V

Shock survival                          Bare die                                                             > 2500        g

Accelerometer SA-13.S1.C-8

Sensor-ASSP system

Parameter                               Condition                                                            SA-13.S1.C-8  Unit

Measurement range                       Full scale                                                           ±8            g

Resolution                              @ 10 Hz                                                              < 65          μg

Scale factor (repeatability)            Short-term                                                           ±50           ppm

Scale factor (temperature coefficient)  Without calibration                                                  ±50           ppm/K

Bias (repeatability)                    Short-term                                                           ±150          μg

Bias (temperature coefficient)          Without calibration                                                  ±420          μg/K

Non-linearity                           Full scale                                                           < 0.6         %

Noise density                                                                                                < 20          μg/√Hz

Digital interface                                                                                            SPI

Capacitive sensing element

Noise density                           calculated                                                           < 0.3         aF/√Hz

Capacitive sensitivity                                                                                       50…70         fF/g

Frequency response                      3dB frequency                                                        1600          Hz

Damping ratio                                                                                                0.6

Measurement voltage                     RMS                                                                  < 3.0         V

Shock survival                          Bare die                                                             > 2500        g

Specification note

(1)  Maximum and minimum ratings of the performance parameters depend on                

     the exact set-up of the sensor settings. Please contact First Sensor for further

     information.

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SI & SA series – high-precision                                                        inertial                             sensors

Typical performance                     characteristics (1)

Accelerometer SA-14.S1.C-15

Sensor-ASSP system

Parameter                               Condition                                                            SA-14.S1.C-15  Unit

Measurement range                       Full scale                                                           ±15            g

Resolution                              @ 10 Hz                                                              < 95           μg

Scale factor (repeatability)            Short-term                                                           ±50            ppm

Scale factor (temperature coefficient)  Without calibration                                                  ±50            ppm/K

Bias (repeatability)                    Short-term                                                           ±200           μg

Bias (temperature coefficient)          Without calibration                                                  ±700           μg/K

Non-linearity                           Full scale                                                           < 0.6          %

Noise density                                                                                                < 30           μg/√Hz

Digital interface                                                                                            SPI

Capacitive sensing element

Noise density                           calculated                                                           < 0.25         aF/√Hz

Capacitive sensitivity                                                                                       30…45          fF/g

Frequency response                      3dB frequency                                                        2000           Hz

Damping ratio                                                                                                0.5

Measurement voltage                     RMS                                                                  < 3.7          V

Shock survival                          Bare die                                                             > 2500         g

Specification note

(1)  Maximum and minimum ratings of the performance parameters depend on                

     the exact set-up of the sensor settings. Please contact First Sensor for further

     information.

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SI & SA series – high-precision inertial sensors

Dimensional drawing

                                                                                       dimensions in mm

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SI & SA series – high-precision inertial sensors

Electrical connection

Pin assignment

Pin         Mnemonic           Description                            Comment

01…04       NC                 Not connected                          Should be left as an open pin

05          GND                Ground pin

06          SSN                Serial select line for SPI

07          SCK                Serial clock for SPI

08          MOSI               Master out - slave in for SPI

09          MISO               Master in - slave out for SPI

10          DVDD               Digital supply voltage                 100 pF bypass capacitor to GND

11          GND                Ground pin

12…18       NC                 Not connected                          Should be left as an open pin

19          GREF               Actuation reference                    100 μF polarized capacitor to GND (ESR < 1 Ω and DCL < 6 μA is recommended)

20          CEN                Chip enable                            Connect 10 kΩ Resistor to VDD (achieve the power down mode by applying GND)

21          AVDD1              1st Analog supply voltage              Connect 100 nF and 100 pF bypass capacitors to GND

22          AVDD2              2nd Analog supply voltage              100 pF bypass capacitor to GND

23…28       NC                 Not connected                          Should be left as an open pin

Pin layout  and external   circuitry

                                      18 17    16     15   14 13  12

            100µF

                        +                                                          100pF

            10k            19                                                  11

VDD                        20               S                                  10                     VDD 5V

VDD              100pF     21                                                  09                     SPI MISO

                           22                              Set A               08                     SPI MOSI

     100nF

                           23                                                  07                     SPI Clock

VDD                        24                  Set B                           06                     SPI Slave Select

                 100pF

                           25                                                  05                     GND

                                      26       27 28 01    02 03  04

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Functional description of the sensor-ASSP system

                          ASSP for signal conditioning                                       Internal or         Voltage                                  5V

                                                                                                                                    Power

     Sensing element                                                                 external clock              reference  management                    Power down

                                                    Voltage

                                                    reference

                                                                                                                            Calibrated

                                                                                                                            sensor output

                                                                             Decimation                   Compensation              or

                                                        Digitalized                  filter               (scale factor,    normal reading

                          C2V/ADC                   output signal                    (delay,              bias,                                           Sensor

                                                        of the ADC           data rate,                   temperature)                                    output

                                                                             bandwidth)                                     Temperature

                                                                                                                                    sensor

                          C2V gain          ADC digital           Filter decimation           Down        Select            Temperature ADC

                          control           gain                     factor                  sampling     compensated       calibration

                                                                                                          output            settings

Fig. 1: Block diagram of the sensor system

SPI communication                                                                    plus address or a command plus address and data. The width of the

As it is shown in Figure 2 the ASSP is controlled by the interface                   commands and addresses is 4 bits, while the width of the data can be

register which consists of SPI register and system register. The                     multiples of 8 bits. The different frame structures are as follows:

system controller manages the interface between the registers. The

SPI register is an interface that enables the user to read and calibrate                     Command

the sensor outputs (acceleration and temperature), while the system                          Command      Address

register and the MTP register store the trimming programmable data                           Command      Address                                   Data

                                                                                     MSB                                                                          LSB

of different blocks. The SPI register is accessed through the device SPI

interface while the system register is accessed indirectly through the               The digital interface of the ASSP operates at 5 V logic levels and the

SPI register by using the appropriate SPI command.                                   reset signal has an internal pull up resistance. The chip enable must

                                                                                     be pulled high for the chip to power up. The SPI interface can be used

                                    System                                           after 1 ms from enabling the chip (to account for the digital part startup

                                    Register                                         sequence). The electrical and timing characteristics of the SPI interface

SPI Register  System                                                                 are detailed in the table below and Figure 3.

              Controller

                                    MTP Register                                     The chip operates as the slave in the SPI communication. To initiate

                                                                                     the communication the Serial Select Bar (CSB) must be kept low. The

Fig. 2: Block diagram of the register architecture                                   change in the data lines Master Input Slave Output (SDO) and Master

                                                                                     Output Slave Input (SDI) must be synchronized to the falling edge

The chip has a standard 4 wire SPI interface for communication.                      of the SPI Clock (SCK) (ranging from 200 kHz to 10 MHz), while the

The SPI frame has 3 forms: it can either be a command, a command                     master and slave samples their inputs on the rising edge of SCK.

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SPI interface characteristics

Parameter                                          Symbol                     Conditions                    Min.                 Typ.           Max.             Unit

Low level input voltage                            VIL                                                      0                                   0.1 x DVDD  (2)  V

High level input voltage                           VIH                                                      0.8 x     DVDD  (2)                 DVDD (2)         V

Low level output voltage                           VOL                        iol = 0 mA (capacitive load)                       DGND                            V

High level output voltage                          VOH                        ioH = 0 mA (capacitive load)                       DVDD (2)                        V

Pull-up resistor (3)                               Rpull_up                   Internal pull-up R to VDD                          100                             kΩ

Pull-down resistor                                 Rpull_down                 Internal pull-down R to VSS                        -                               kΩ

Input capacitance of SSB pad                       Cinssb                                                                                       30               pF

Input capacitance of SPI pads    (excluding  SSB)  Cin                                                                                          3                pF

Fspi4                                              SPI clock input frequency  Max. load 25pF on SDO or SDI  0.2                  0.4            10               MHz

Tlow_sck_4                                         SCK low pulse                                            50                                                   ns

Thigh-sck_4                                        SCK high pulse                                           50                                                   ns

Tsetup_sdi_4                                       SDI setup time                                           0                                                    ns

Thold_sdi_4                                        SDI hold time                                            2                                                    ns

Tdelay_sdo_4                                       SDO output delay           Load 25pF                                                         45               ns

T_setup_csb_4                                      Chip select setup time                                   1                                                    Tsck

T_hold_csb_4                                       Chip select hold time                                    1                                                    Tsck

                                 T_setup_csb_4                                                                                         T_hold_csb_4

     CSB

                                                                                          T_high_sck_4   T_low_sck_4

     SCK

     SDI

                                             T_setup_sdi_4     T_hold_sdi_4

     SDO

                                                                                                            T_delay_sdo_4

Fig. 3: SPI timing diagram

Specification notes

(2)  Power supply DVDD = 5 V typical.

(3)  Only used for reset input.

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SPI register file                                                         The SPI frame that is used for the communication through the SPI

There are 16 SPI registers with addresses starting from address 0x0 to    register is composed of a command and an address following by

0xF. Each SPI register is an 8 bit width data (from bit 0 to 7) as shown  arguments. The SPI command and address are 4 bit words and the data

below.                                                                    are composed of n multiples of 8 bit words. The n value is from 1 to 4. In

Address                            Bits                                   order to read a register, the address must be followed by one or several

    dec  7         6  5            4       3    2       1     0           0x00 data corresponding to the number of 8 bit registers to be read.

                                                                          The reading address is automatically incremented at each new 0x00

     0   DataRDY                                                          data sent. The available SPI commands are as follows:

     1                Output accelerometer [23:0]

     2                                                                    Command  Address      Arguments            Description

     3             0  0            0        0   0       0     0           4 bits   4 bits       8 bits

     4   0         0                                                      0x5                   n multiples of 0x00  Read n multiples of 8 bits data

                                   Output temperature [13:0]                       SPI                               from the SPI address

     5                                                                             register

     6                                                                    0x7      address      Data                 Write n multiples of 8 bits data

     7                Reserved by First Sensor                                                                       from the SPI address

     8

     9                             32 bit data

    10

     11

    12                             Adress

    13                             Command

    14                Reserved by First Sensor

    15

Registers 0 to 5 contain the output of the temperature sensor as well

as the output of the accelerometer including the DataRDY bit. This is

used to indicate that a new accelerometer reading data is available and

returns to “0” when the data is read. Furthermore, there are different

controls inside the SPI register:

––   Address 0 to 3: data of the accelerometer

––   Address 4 to 5: data of the temperature sensor

––   Address 8 to 11: data to read and write in the system register

––   Address 12: system register address to read and write

––   Address 13: system register command

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Reading the output of the sensors

The accelerometer’s output (24 bit word) needs to be extracted from

the 4 read registers (32 bit word). An SPI example frame used to read

the accelerometer’s output registers is:

     void  read_acc  (unsigned            char   data[])

     {

                         P3OUT     &=           ~BIT0;

                         SPI_byte_send(0x50                 +  0x00);                                  //Reading    Command  0x50  &  Start  Address  SPI  0x00

                         data[0]   =            SPI_byte_read();                                       //Data  SPI  register  0x0

                         data[1]   =            SPI_byte_read();                                       //Data  SPI  register  0x1

                         data[2]   =            SPI_byte_read();                                       //Data  SPI  register  0x2

                         data[3]   =            SPI_byte_read();                                       //Data  SPI  register  0x3

                         P3OUT     |=           BIT0;

     }

The argument is 4 “0x00” data which mean that 4 registers are read         acquisition of all samples. DataRDY bit is set to “1” in each new sample

beginning from the SPI register address 0x0. Please note that the 24 bit   and returns automatically to “0” when data is read. Therefore, DataRDY

accelerometer’s output (first bit is DataRDY following by 24 bits output   bit should be checked for each acquired sample to guarantee that the

data) is coded in two’s complement. The reading rate should be slightly    acquired sample is a new sample.

higher than the output rate of the decimation filter to ensure the proper

The temperature sensor’s output (14 bit word) comes directly from the

2 read registers (16 bit word). An example SPI frame used to read the

temperature output registers is:

     void  read_temp(unsigned             char   data[])

     {

                         P3OUT     &=           ~BIT0;

                         SPI_byte_send(0x50                 +  0x04);                                  //Reading    Command  0x50  &  Start  Address  SPI  0x04

                         data[0]   =            SPI_byte_read();                                       //Data  SPI  register  0x4

                         data[1]   =            SPI_byte_read();                                       //Data  SPI  register  0x5

                         P3OUT     |=           BIT0;

     }

The argument is 2 “0x00” data which mean that 2 registers are read

beginning from the SPI register address 0x4.

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Functional description of the sensor-ASSP system

Configuration

Different configurations of the sensor are selectable by writing bits in

the system register. This subsection explains the way to configure the

sensor. For the purpose of communication to the system register, one

can use the dedicated SPI registers slots (from address 0x8 to 0xD).

The following table describes the 8 bits commands used to access the

system register via the address 0xD of the SPI register.

Command            Description

8 bits

0x01               Read from system register

0x02               Write to system register

The system register reading command is composed of two steps.

The first one reads and copies the 32 bit data from the address of the

system register to the addresses 0x8, 0x9, 0xA and 0xB slots of the SPI

register. The second step is similar to the read out of the accelerometer

or temperature data. However, the read out refers to the addresses 0x8,

0x9, 0xA and 0xB of the SPI register. The system register reading and

writing command is described in the following table.

                                 Arguments

Mnemonic  Command  SPI register                                                                  Description

                   address                                System register  System register

                                 Data                     address          command

          0x7      0xC                                    0xAddress        0x01                  Read and copy the 32 bit data from the system register to

                                                                                                 the SPI register

RSYS

          0x5      0x8           0x00000000                                                      Read the copied data in the SPI register

WSYS      0x7      0x8           32 bit data to write     0xAddress        0x02                  Write the desired 32 bit data in the SPI register and copy

                                                                                                 the data to the indicated address of the system register

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Functional description of the sensor-ASSP system

An example SPI frame used to read parameters from the system               register is:

     void   read_sys(unsigned            char  reg_address)

     //Step  1    writes   the       desired   system      register   address     to     the  SPI    register      0xC    and  writes    the

     //system     register      command       0x01   to   read   the  data  from         the  system     register    and  to   copy   the

     //data  to    the     SPI  register.

     {

                P3OUT                    &=   ~BIT0;                       

                              SPI_byte_send(0x70             +   0x0C);                                   //Writing            Command   0x70    and  SPI  register      address

                SPI_byte_send(reg_address);                //System                                                       register       address

                              SPI_byte_send(0x01);                                                               //Send          read   System   Register    Command

                P3OUT                    |=   BIT0;                                   

     }

     void   read_reg(unsigned            char  dataR[])

     //Step  2    is  similar        to  the   read  out    of   the  sensor    output        data   of  the    accelerometer       and  the

     //temperature         sensor.       However,   the    starting   address     of     the  SPI    register      is   0x8.

     {

                P3OUT                    &=   ~BIT0;                       

                              SPI_byte_send(0x50             +   0x08);                                   //Reading            Command   0x50    &  Start  Address     SPI   0x08

                              dataR[0]        =  SPI_byte_read();                                         //Data          SPI   register    0x8

                              dataR[1]        =  SPI_byte_read();                                         //Data          SPI   register    0x9

                              dataR[2]        =  SPI_byte_read();                                         //Data          SPI   register    0xA

                              dataR[3]        =  SPI_byte_read();                                         //Data          SPI   register    0xB

                              P3OUT      |=   BIT0;                           

     }

An example SPI frame used to write parameters to the system register is:

     void   write_sys(unsigned           long      parameter,    unsigned   char         system_address)

     //As   described      in   Table    8   the   command      to  write  data   to     the  system      register      consists    of   sending

     //the   SPI   command         0x7   to  write   the   desired    data  to    the    SPI  register       with    the  starting      address

     //0x8.Afterwards           the  system    register     address   is    written      to   the    SPI    register      0xC  and  finally

     //the   data     are  written       to   the   system  register       using  the    system       register     command     0x02.

     {

                P3OUT                    &=   ~BIT0;                       

                              SPI_byte_send(0x70             +   0x08);                                   //Writing            Command   &  Start     Address   SPI

                              SPI_byte_send(parameter              >>    24);     //Send  desired           data

                              SPI_byte_send(parameter              >>    16);     //Send  desired           data

                              SPI_byte_send(parameter              >>    8);      //Send  desired           Data

                SPI_byte_send(parameter);                //Send                                         desired           Data

                              SPI_byte_send(system_address);                      //Send  System       Register     Address

                              SPI_byte_send(0x02);                                                               //Send          write  System     Register  Command

                P3OUT                    |=   BIT0;                                   

     }

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Description of system registers

System register map

The system register map consists of 52 registers. The system register

address is 8 bit coded. Each system register slot is a 32 bits width data

(from bit 0 to 31). The main registers to configure the sensor systems

are as follows:

Address                                                                              Bits

dec      31      30  29  28    27        26        25  24      23            22  21  20  19  18    17  16  15  14  13  12  11  10  9  8  7   6  5      4  3  2   1  0

0

     1

2            LVM             COMP SEL                      OUT BW                                              MTP SLOT STATUS

...

5                              CLK

6

7                                        OUT LIMIT

8

9                                                                                        SET SEL

...

13                                                                                                                                           B GAIN 3

14                                                                                                                                       B OFFSET P

15                                                                                                                                    B OFFSET N

16

...

24                                       A OFFSET N

25

26                                                             B ADCGAIN

27

28                             A GAIN 2                        A GAIN 1

...

32                                     A GAIN 3

...

35

36                                     DECI RESET                                                                      A ADCGAIN

37                   B GAIN 1

...

40                                                                                                                                    LVREF

41

42                                       A OFFSET P

43                                                             DOWN SAMP EN  DOS

44                                                                                                                                                     B GAIN 2

45

46                                                 TC SF2                                                                          TC BIAS2

47                                                                                       TC BIAS1

48                                                                                       TC BIAS0

49                                                                                       TC SF1

50                                                                                       TC SF0

51                                                                                                                         TC TEMP

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Description of system registers

Capacitance-to-voltage and sense control

settings

The signal conditioning of the analog, capacitive output of the

micromechanical transducer is done using the capacitance-to-voltage

converter (C2V). The C2V has several programmable options to select

the sensor output channel, to control the gain settings or to overcome

any offset in the input signal. This also enables the C2V to cancel

out the rest capacitance of the accelerometer. The C2V consists of

two main stages. Separate settings for sense modes in C2V are used

depending on the sense signals. Furthermore, the gain of the ADC is a

signed digital gain that is used to adjust the overall scale factor of the

sensor. The following table shows the C2V and ADC registers, their

address, read/write permissions and ASSP default values.

                Register address            Access                   Default

Register name                               R/W                      Dec      Description

                Dec  Bits         MSB  LSB

                                                                              Sensor output control

SET SEL         9    2            19   18   R/W                      2        "1": 1st sense channel SetA

                                                                              "2": 2nd sense channel SetB

LVREF           40   4            9    6    R/W                      0        "0" is 2.1 V in coarse trimming steps of 145 mV up to 4.4 V

LVM             2    1            30   30   R/W                      1 (SI)   Voltage Mode "0": Normal (2.1 V...4.4 V) selected by LVREF

                                                                     0 (SA)   "1": 1.2 V exitation voltage (SI)

SNS_A_GAIN_1    28   4            25   22   R/W                      11 (SI)  Gain control 1 for channel SetA C2V

                                                                     12 (SA)

SNS_A_GAIN_2    28   3            28   26   R/W                      5 (SI)   Gain control 2 for channel SetA C2V

                                                                     2 (SA)

SNS_A_GAIN_3    32   4            27   24   R/W                      15       Gain control 3 for channel SetA C2V,

                                                                              "4" if GAIN1=0, "8" if GAIN1=1, "15" if any other value of GAIN1

SNS_A_OFFSET_P  42   13           31   19   R/W                      5667     Positive offset trimming for channel SetA C2V signal

SNS_A_OFFSET_N  24   13           31   19   R/W                      5667     Negative offset trimming for channel SetA C2V signal

SNS_A_ADCGAIN   36   20           19   0    R/W                      500      ADC digital gain (signed) of the sense channel SetA

SNS_B_GAIN_1    37   4            30   27   R/W                      11 (SI)  Gain control 1 for channel SetB C2V

                                                                     12 (SA)

SNS_B_GAIN_2    44   3            4    2    R/W                      5 (SI)   Gain control 2 for channel SetB C2V

                                                                     2 (SA)

SNS_B_GAIN_3    13   4            7    4    R/W                      15       Gain control 3 for channel SetB C2V,

                                                                              "4" if GAIN1=0, "8" if GAIN1=1, "15" if any other value of GAIN1

SNS_B_OFFSET_P  14   13           12   0    R/W                      5667     Positive offset trimming for channel SetB C2V signal

SNS_B_OFFSET_N  15   13           12   0    R/W                      5667     Negative offset trimming for channel SetB C2V signal

SNS_B_ADCGAIN   26   20           31   12   R/W                      500      ADC digital gain (signed) of the sense channel SetB

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Description of system registers

SET SEL                                                                           SNS GAIN 1 and SNS GAIN 2

The register SET SEL is used to select the sensitive direction of the             The total C2V gain is given by the following equation (1), where LVREF

sensor. Up to now, simultaneous read out of both sensor channels is not           is the excitation voltage reference that can be between 2.1 V and 4.4 V.

possible. However, you can switch between the two channels using the              The minimum C2V gain is 0.365 V/pF and the maximum gain is 97.8 V/pF.

command. If SNS SEL=1 sense channel SetA is measured, SET SEL=2

means sense channel SetB, that is placed orthogonal compared to axis                                    25 · LVREF · (1 + SNS GAIN2)
                                                                                           GAINC2V         = 9 · (1 + SNS GAIN1)
SetA, is measured. When the output channel has been changed, the                                                                                   (1)

following register settings shall be used to decrease the effect of input

parasitic according to SetA or SetB as follows:                                   SNS GAIN 3

Channel SetA (SNS SEL=1)                 Channel SetB (SNS SEL=2)                 The C2V bandwidth is determined by SNS GAIN 3, the register value

                                                                                  should be 4 if SNS GAIN 1=0, 8 if SNS GAIN 1=1 and 15 for any other

OCS1, Register 15, Bit 31-24, 54 (dec)   OCS1, Register 15, Bit 31-24, 182 (dec)  value of SNS GAIN 1.

OCS2, Register 15, Bit 23-16, 182 (dec)  OCS2, Register 15, Bit 23-16, 54 (dec)

OCS3, Register 16, Bit 15-8, 182 (dec)   OCS3, Register 16, Bit 15-8, 54 (dec)    SNS OFFSET P and SNS OFFSET N

OCS4, Register 16, Bit 7-0, 54 (dec)     OCS4, Register 16, Bit 7-0, 182 (dec)    Programmability is added at each of the differential input terminals of the

                                                                                  C2V for offset cancellation. The controls OFFSET P and OFFSET N are

LVREF                                                                             used to control each of these arrays. Changing each control separately

The voltage reference provides the low voltage required for driving the           will vary the offset capacitor according to the following equation (2):

sensors excitation. The voltage can output 2.1 V and up to 4.4 V. The

reference output can be trimmed using register LVREF, LVREF=0 (default)           CAPOffset, P&N        =  1500 + 1.5 · OFFSETP&N                  (2)

is corresponding to 2.1 V and LVREF=15 is corresponding to 4.4 V.

                                                                                  The two controls (“P” and “N”) can be used to add a common-

LVM                                                                               mode capacitor which is used to cancel the rest-capacitance of the

It is recommended to use a low voltage mode for excitation reference              accelerometer. The maximum value of each register is 8191 which

voltage when working with the SI sensor. Using the low voltage mode               corresponds to 13.78 pF. A portion of this value is taken for cancelling

leads to a measurement voltage of 1.2 V. The normal register LVREF is             the MEMS rest capacitance and the remaining part represents the

not active when using the low voltage mode.                                       dynamic range for trimming the static differential offset.

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Description of system registers

ADC GAIN

The sense ADC gain is a signed digital gain used to adjust the overall             �C [fF] =                   Outraw

scale factor of the sensor system. The default value of the ADC gain                                 GAINC2V · GAINADC · 7.5             (3)

register is 500. The ADC gain is used to adjust differences of the

capacitive scale factor of both channels and different sensor systems

while the noise performance is not affected.                                       Afterwards the determined capacitive output is compared to the

                                                                                   full scale output that is needed in your application. For example, the

Please note, that it is necessary to adjust the C2V and the sense control          application requires a measurement range of ±30° that is equal to

registers values to use the ADC within an optimized operating range.               ±0.5 g and the determined scale factor is 600 fF/g, your full scale

Regarding the signal flow, which is shown in Figure 4, the analog, capacitive      output is ±300 fF while the total differential capacitance range of the

output signal of the sensing element is adjusted by using the offset               ASSP is ±750 fF (see chapter Performance overview of the ASSP).

trimming, the digital ADC gain as well as the C2V gain that is controlled by       Therefore, the C2V-Gain-Control should be adjusted to a value of about

the parameter SNS GAIN 1, 2, 3 and the voltage reference value.                    2.5 (ratio of 750 to 300).

An optimized, digital output signal of the ADC is obtained when                    Also the offset trimming is done by using the results of the two-point

the capacitive sensitivity of the corresponding sensing element                    measurement. Similar to the calculation of the capacitive scale factor the

matches the supported differential capacitance range of the ASIC                   capacitive value of the bias is obtained by using equation (3). Afterwards

(see Performance characteristics). Please don’t hesitate to contact                the differential input terminals (register SNS OFFSET P and N) of the C2V

us if you need further assistance or information to implement the                  are used for offset cancellation of both channels as it is described above.

correct settings regarding your application. For example, a step by step

suggestion is described in the following.                                          Last step of the suggested procedure is the adjustment of the overall,

                                                                                   digital scale factor of the sensor system to achieve comparable scale

Suggested procedure to achieve optimized sensor settings                           factors of different sensors and both sensor channels. As shown in

At first, verify the capacitive scale factor and the bias of the sensor            chapter Reading the output of the Sensors the accelerometer provides

by performing a two-point measurement as it is described in chapter                a digital output range of 24 bit (first bit is DataRDY followed by 24 bit

First measurements of the SI & SA evaluation kits data sheet. Following            data). Because the output is coded in two’s complement the full scale

sensor settings should be used, SNS GAIN1=15, SNS GAIN2=0, SNS                     range is ±23 bit. Proceeding with the example above (C2V of 2.5,

GAIN3=15, LVREF=0, SNS ADC GAIN=500, SNS OFFSET P=5667 and                         determined scale factor of 600 fF/g, required measurement range of

SNS OFFSET N=5667. Using the digital output data the capacitive                    ±30°, offset trimming has been done) the digital output is adjusted

output of the micromechanical transducer is approximately calculated               by using the ADC digital gain and the corresponding SNS ADC GAIN

by following equation (3):                                                         register values of both channels.

                                              O  set                Voltage

                                              trimming           reference

                            Analog,

                            capacitive                                             Digitalized

                            output                    C2V/ADC                      output signal

                            signal  C of                                           of the ADC

                            the sensing

                            element

Sensing element

                                                 C2V gain             ADC digital

                                                 control                 gain

Fig. 4: Signal conditioning of the capacitive output using the control registers of the C2V/ADC

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Description of system registers

Filter and output data rate registers

As it is shown in Figure 5, the sensor system offers the output signal

in different bandwidths and data rates. The table below illustrates the

programmable controls of the decimation filter.

                                        Decimation filter

                                     Filter            Compensation

Digitalized

output signal                     Delay,                   Scale factor,

of the ADC                        data rate,                bias,

                                  bandwidth                temperature

               Filter decimation              Down          Temperature

               factor                        sampling              sensor

Fig. 5: Programmability of bandwidth and output data rate using the                 decimation filter

               Register address                             Access         Default

Register name                                               R/W            Dec      Description

               Dec                Bits        MSB      LSB

OUT_BW         2                  3           25       23   R/W            3        Filter decimation factor

                                                                                    Ratio of output data rate and bandwidth

DOWN_SAMP_EN   43                 1           23       23   R/W            0        "0": Rate factor R=1

                                                                                    "1": Rate factor R=2"

CLK_CONTROL    5                  7           31       25   R/W            100      Configures the sampling frequency 200…500 kHz

                                                                                    Output of decimation filter

DOS            43                 2           22       21   R/W            0        "0": Droop correction output

                                                                                    "1": HBF output

                                                                                    "2": CIC output"

OUT_LIMIT      7                  12          31       20   R/W            4095     Decimation output limiter, set to max if no limit is required

DECI_RESET     36                 1           26       26   R/W            1        Global reset of the decimation filter

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Description of system registers

OUT BW                                                                                 finally a Droop correction filter (DCF) is used to compensate the non-

OUT BW is the filter decimation factor. The value of OUT BW                            flat frequency response of the CIC filter. HBF and DCF can be bypassed.

determines the output data rate.                                                       The option to control the bypassing is given by register DOS.

DOWN SAMP EN                                                                           OUT LIMIT

The Value of register determines the relation between the output                       Decimation output limiter is used to control the maximum value of the

bandwidth and the output data rate. DOWN SAMP EN=0 is                                  digital output signal. No limiting (set to register OUT_LIMIT to max)

corresponding to R=1 and DOWN SAMP EN=1 is corresponding to R=2.                       leads to 24 bit output data.

When DOWN SAMP EN=0 is used the output data rate of the sensor is

4 times higher as the bandwidth. DOWN SAMP EN=1 leads to doubled                       DECI RESET

output data rate corresponding to the bandwidth.                                       To change the filter decimation factor during operation, resetting the

                                                                                       decimation filter (write DECI_RESET = 1 then DECI_RESET = 0) is

CLK CONTROL                                                                            required after changing the filter decimation factor.

The value of sampling frequency fs is adjustable by using the register

CLK_CONTROL.                                                                           The output data rate is related to the sampling frequency (fs = 400

                                                                                       kHz) by following the equation (4):

DOS                                                                                                                         fs

The decimation filter is composed of 3 stages. The Cascaded-                                     OUTDatarate     =                             (4)

Integrator-Comb filter (CIC) followed by a Half Band Filter (HBF) and                                                256 · 2OUT_BW · R

On chip temperature compensation registers

The temperature compensation block is concerned with compensating the                  The bias with respect to temperature and scale factor with respect to

changes in the sensor bias and scale factor with respect to temperature.               temperature can be obtained using the following equations (6) and (7):

As a result, the output of the temperature compensation block will be the

corrected reading of the accelerometer given by the following equation:                BIAS = BIAS0 + BIAS1 · (TEMP - T0 ) + BIAS2 · (TEMP - T0 )2 (6)

                     =    (ACC - BIAS)                                                 SF = SF0 + SF1 · (TEMP - T0 ) + SF2 · (TEMP - T0 )2                     (7)

     ACCcompensated                   SF                           (5)

                     Constant, 1 st and 2 nd order         Constant, 1 st and 2 nd order

                     coe  icients in the bias         coe          icients in the  scale factor

                        quadratic equation                         quadratic equation

                                                                                   Calibrated

                                                                                   sensor

                          Filter               Compensation                        output or

Digitalized                                                                        normal

output signal             Delay,                    Scale factor,                  reading

of the ADC                data rate,                bias,                                                Sensor

                        bandwidth                   temperature                                          output

                                                                                   Temperature

                     Decimation filter                                             sensor

                                  Select compensated                    Temperature ADC

                                          output                        calibration settings

Fig. 6: On chip temperature compensation control settings

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Description of system registers

The temperature coefficients for the compensation algorithm of bias

and scale factor are shown in the table below. However, the temperature

compensation is not mandatory for reliable sensor operation. With

COMPSEL=1 the algorithm is bypassed.

               Register address                        Access            Default

Register name                                                                       Description

               Dec       Bits    MSB       LSB         R/W               Dec

COMP_SEL       2         1       27        27          R/W               0          "1": Normal reading

                                                                                    "0": Calibrated reading"

TC_BIAS0       48        30      29        0           R/W               0          Constant in bias quadratic equation

TC_SF0         50        30      29        0           R/W               227        Constant in scale factor quadratic equation

TC_SF2         46        16      31        16          R/W               0          2nd order coeff. in the scale factor quadratic equation

TC_SF1         49        30      29        0           R/W               2500000    1st order coeff. in the scale factor quadratic equation

TC_BIAS2       46        16      15        0           R/W               0          2nd order coeff. in the bias quadratic equation

TC_BIAS1       47        30      29        0           R/W               0          1st order coeff. in the bias quadratic equation

TC_TEMP        51        20      19        0           R/W               500000     Uncalibrated temperature ADC output at nominal temperature

The parameters should be computed offline and then stored in their

corresponding registers. The obtained coefficients are scaled and con-

verted into hexadecimal values (2’s complement notation) to be written

in the corresponding as shown in the following table:

                                      Default               Calculated      values

Parameter      Register name                                                        Format

                                      Dec                   Dec

SF2            TC SF2                 0                     SF2 · 255               signed 2's complement

BIAS2          TC BIAS2               0                     BIAS2 · 228             signed 2's complement

BIAS1          TC BIAS1               0                     BIAS1 · 220             signed 2's complement

BIAS0          TC BIAS0               0                     BIAS0                   unsigned

SF1            TC SF1                 2500000               SF1 · 246               signed 2's complement

SF0            TC SF0                 227                   SF0 · 227               unsigned

T0             TC TEMP                500000                T0                      unsigned

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Ordering  information

Order #   Series               Sensor element               Signal conditioning   Housing                   Measurement range

2005757   SI- [Inclinometer]   11. [±30° measurment range]  S1. [24 bit ASSP]     C [Ceramic LCC28]         -30 [±30°]

Order #   Series               Sensor element               Signal conditioning   Housing                   Measurement range

2005760                        12.  ±3 g measurment range                                                   -3   ±3 g

2007515   SA- [Accelerometer]  13.  ±8 g measurment range   S1. [24 bit ASSP]     C [Ceramic LCC28]         -8   ±8 g

2007547                        14.  ±15 g measurment range                                                  -15  ±15 g

E/4               Subject to change without notice          www.first-sensor.com  contact@first-sensor.com              Page 20/20
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