AN2960
Application note
LIS331DL: 3-axis - ±2
g
/±8
g
digital output
ultra compact linear accelerometer
Introduction
This document is intended to provide application information for the LIS331DL low-voltage
3-axis digital output linear MEMS accelerometer housed in an LGA package.
The LIS331DL is an ultra-compact low-power 3-axis linear accelerometer that includes a
sensing element and an IC interface capable taking information from the sensing element
and providing the measured acceleration data to external applications via an I
2
C/SPI serial
interface.
The sensing element used to detect acceleration is manufactured using a dedicated process
developed by ST to produce inertial sensors and actuators in silicon.
The IC interface is instead manufactured using a CMOS process that allows a high level of
integration to design a dedicated circuit which is factory trimmed to better match the sensing
element characteristics.
The LIS331DL has a user-selectable full scale of ±2
g
and ±8
g
and is capable of measuring
accelerations with an output data rate of 100 Hz or 400 Hz. A self-test capability allows the
user to check that the system is operating correctly.
The device features two independent, highly programmable interrupt sources that can be
configured either to generate an inertial wake-up interrupt signal when a programmable
acceleration threshold is exceeded along one of the three axes, to detect a free-fall or to
recognize single/double click events.
Two independent pins can be configured to provide interrupt signals to connected devices.
The LIS331DL is available in a plastic SMD package and is designed to operate over a
temperature range extending from -40 °C to +85 °C.
The ultra small size and weight of the SMD package make it an ideal choice for handheld
portable applications such as cell phones and PDAs, or any other application where
reduced package size and weight are required.
June 2009
Doc ID 15557 Rev 1
1/41
www.st.com
Contents
AN2960
Contents
1
2
Theory of operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Electrical connection and board layout hints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1
2.2
Electrical connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Soldering information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3
4
Absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Digital interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4.1
I2C bus interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4.1.1
4.1.2
I
2
C operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
I2C subsequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4.2
SPI bus interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
Read & write protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
SPI read . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
SPI write . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
SPI Read in 3-wires mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5
Register description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
5.1
Register address map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
5.1.1
5.1.2
Reserved registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Registers loaded at boot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
6
About control registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
6.1
6.2
6.3
CTRL_REG1 (20h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
CTRL_REG2 (21h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
CTRL_REG3 (22h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
7
Data and status registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
7.1
7.2
7.3
7.4
WHO_AM_I (0Fh) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
STATUS_REG (27h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
OUTX (29h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
OUTY (2Bh) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2/41
Doc ID 15557 Rev 1
AN2960
Contents
7.5
OUTZ (2Dh) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
8
Free-fall and wake-up registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
HP_FILTER_RESET (23h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
FF_WU_CFG_1 (30h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
FF_WU_SRC_1 (31h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
FF_WU_THS_1 (32h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
FF_WU_DURATION_1 (33h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
FF_WU_CFG_2 (34h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
FF_WU_SRC_2 (35h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
FF_WU_THS_2 (36h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
FF_WU_DURATION_2 (37h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
9
Application information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
9.1
9.2
Start-up sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Reading acceleration data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
9.2.1
9.2.2
Using the status register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Using the DataReady signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
9.3
9.4
9.5
Understanding acceleration data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Interrupt generation description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Inertial wake-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
9.5.1
9.5.2
HP filter bypassed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Using the HP filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
9.6
Free-fall detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
9.6.1
9.6.2
Roll function not used . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Roll function applied . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
9.7
9.8
Output data rate selection and reading timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
DataReady vs. interrupt signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
10
Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Doc ID 15557 Rev 1
3/41
List of tables
AN2960
List of tables
Table 1.
Table 2.
Table 3.
Table 4.
Table 5.
Table 6.
Table 7.
Table 8.
Absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Serial interface pin description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Registers address map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Output data register content vs. acceleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Output data rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Timing value to avoid data loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4/41
Doc ID 15557 Rev 1
AN2960
List of figures
List of figures
Figure 1.
Figure 2.
Figure 3.
Figure 4.
Figure 5.
Figure 6.
Figure 7.
Figure 8.
Figure 9.
Figure 10.
Figure 11.
Figure 12.
Figure 13.
Figure 14.
Figure 15.
Figure 16.
Figure 17.
Device block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
LIS331DL electrical connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
I
2
C subsequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Read & write protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
SPI read protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Multiple byte SPI read protocol (example using 2 bytes) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
SPI write protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Multiple bytes SPI write protocol (example using 2 bytes) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
SPI read protocol in 3-wires mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Digital processing chain block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
FF_WU_CFG_1,2 high and low value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
DCRM bit function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Interrupt generation block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Free-fall, wake-up interrupt generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Reading timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Interrupt and DataReady signal generation block diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
DataReady signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
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