了解ADIS16475-精密微型MEMS惯性测量单元（IMU）

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●轴数字陀螺仪
●±125°秒、±500°秒和±2000°秒范围型号
●运行偏差稳定性为2°hr
●015°√hr角度随机游走
●±01°轴对轴错位误差
●轴数字加速度计，±8g
●36μg运行中偏压稳定性
●轴、角角和角速度输出
●工厂校准的灵敏度、偏差和轴向对齐
●校准温度范围：-40°C至+85°C
●SPI兼容数据通信
●可编程操作和控制
●自动和手动偏差校正控制
●同步数据采集数据就绪指示器
●外部同步模式：直接、脉冲、缩放和输出
●惯性传感器的按需自检
●闪存的按需自检
●单电源操作（VDD）：30V至36V
●2000g机械冲击生存能力
●工作温度范围：-40°C至+105°C
应用
●导航、稳定和仪表
●人驾驶和自动驾驶汽车
●智能农业与工程机械
●工厂工业自动化、机器人
●虚拟增强现
●移动物联
一般说明
ADIS16475是一款精密微型MEMS惯性测量单元（IMU），包括轴陀螺仪和轴加速度计。ADIS16475中的每个惯性传感器都与化动态性能的信号调节相结合。工厂校准表征了每个传感器的灵敏度、偏差、对准、线性加速度（陀螺仪偏差）和撞击点（加速计位置）。因此，每个传感器都有动态补偿公式，可以在广泛的条件下提供精确的传感器测量值。
ADIS16475提供了一种简单、经济高效的方法，用于将精确的多轴惯性传感集成到工业系统中，特别是与离散相关的复杂性和投资相比。所有必要的运动测试和校准都是工厂生产过程的一部分，大大缩短了系统集成时间。紧密的正交对齐简化了导航系统中的惯性系对齐。串行外围接口（SPI）和寄存器结构为数据采集和配置控制提供了一个简单的接口。
ADIS16475采用44球、球栅阵列（BGA）封装，尺寸约为11毫米×15毫米×11毫米。
操作理论导论
当对所有用户可配置的控制寄存器使用出厂默认配置时，ADIS16475会自行初始化，并以2000SPS的速率自动启动采样、处理和将校准的传感器数据加载到其输出寄存器的连续过程。
惯性传感器信号链
图18提供了ADIS16475中惯性传感器的基本信号链。当该信号链在内部时钟模式下运行时，它在输出数据寄存器中产生2000SPS的更新率（默认值，见表105中的寄存器MSC_CTRL，位[4:2]）。

陀螺仪数据采样
个陀螺仪产生围绕个正交轴（x、y和z）的角速率测量值。图19显示了ADIS16475在内部时钟模式下运行时每个陀螺仪的数据采样计划（默认情况下，请参阅表105中的寄存器MSC_CTRL，位[4:2]）。每个陀螺仪都有一个模数转换器（ADC）和采样时钟（fSG），以4100Hz（±5%）的速率驱动数据采样。内部处理器以2000Hz（fSM）的速率读取和处理来自每个陀螺仪的数据。

加速计数据采样
个加速度计与陀螺仪一样，沿相同的正交轴（x、y和z）产生线性加速度测量值。图20显示了ADIS16475在内部时钟模式下运行时每个加速计的数据采样计划（默认情况下，请参阅表105中的寄存器MSC_CTRL，位[4:2]）。

外部时钟选项
ADIS16475提供了种不同的操作模式，支持设备使用外部时钟通过SYNC引脚控制内部处理速率（图19和图20中的fSM）。MSC_CTRL寄存器（见表105）以比特[4:2]为单位提供这些外部时钟模式的配置选项。
惯性传感器校准
陀螺仪和加速度计的惯性传感器校准功能有两个部分：工厂校准和用户校准。
陀螺仪的出厂校准对每个陀螺仪的数据应用以下校正公式：

其中：ωXC、ωYC和ωZC是陀螺仪输出（校准后）。m11、m12、m13、m21、m22、m23、m31、m32和m33提供刻度和对准校正。ωX、ωY和ωZ是陀螺仪输出。bX、bY和bZ提供偏置校正。l11、l12、l13、l21、l22、l23、l31、l32和l33提供线性g校正。XC、aYC和aZC是加速计输出（校准前）。
这种关系中的所有校正因子都来自对每个陀螺仪在校准温度范围内（-40°C≤TC≤+85°C）的多个温度下的响应的直接观察。这些校正系数存储在闪存组中，但不可用于观察或配置。寄存器MSC_CTRL，位7（见表105）为陀螺仪的出厂校准提供了仅有的用户配置选项：线性补偿的开关控制。有关陀螺仪可用的用户校准选项的更多详细信息，请参见图44。
加速计的出厂校准对每个加速计的数据应用了以下校正公式：

其中：aXC、aYC和aZC是加速度计输出（校准后）。m11、m12、m13、m21、m22、m23、m31、m32和m33提供刻度和对准校正。aX、aY和aZ是加速度计的输出（预校准）。bX、bY和bZ提供偏置校正。p12、p13、p21、p23、p31和p32提供冲击对准校正点（见图47）。ω2XC、ω2YC和ω2ZC是陀螺仪输出的平方（校准后）。
这种关系中的所有校正系数都来自对每个加速计在校准温度范围内（-40°C≤TC≤+85°C）的多个温度下的响应的直接观察。这些校正因子存储在闪存组中，但不可用于观察或配置。MSC_CTRL，第6位为加速计的出厂校准提供了仅有的用户配置选项：讨论点的开关控制、对齐功能。
巴特利特窗FIR滤波器
Bartlett窗口有限冲激响应（FIR）滤波器在级联配置中包含两个平均滤波器级。FILT_CTRL寄存器提供此过滤器的配置控件。
平均去噪滤波器
第二个数字滤波器将多个样本平均在一起，以产生每个寄存器更新。在这种类型的滤波器结构中，平均值中的样本数等于输出数据寄存器更新率的降低。DEC_RATE寄存器为该过滤器提供配置控制。
寄存器结构
ADIS16475和外部处理器之间的所有通信都涉及读取输出寄存器的内容或将配置命令信息写入控制寄存器。输出数据寄存器包括比较新的传感器数据、错误标志和标识信息。控制寄存器包括采样率、滤波、校准和诊断选项。每个用户可访问的寄存器有两个字节（上和下），每个字节都有自己的仅有地址。
串行外围接口
SPI提供对用户寄存器的访问。图25显示了ADIS16475和SPI主设备之间比较常见的连接，SPI主设备通常是具有SPI兼容接口的嵌入式处理器。在这个例子中，SPI主机使用中断服务例程在每次数据就绪（DR）信号脉冲时收集数据。有关ADIS16475SPI的更多信息，请参阅本数据表的串行端口操作部分。

嵌入式处理器通常使用控制寄存器来配置其串行端口，以便与ADIS16475等SPI从设备通信。主处理器的初始化路由通常使用固件命令将这些设置写入控制寄存器来建立这些设置。
数据就绪（DR）
出厂默认配置为用户提供DR引脚上的DR信号，当输出数据寄存器更新时，该信号会发出脉冲。在该脉冲的第二个边缘，将DR引脚连接到嵌入式处理器上的引脚，该引脚会触发数据收集。MSC_CTRL寄存器位0控制该信号的极性。在图26中，寄存器MSC_CTRL，位0=1，这意味着数据收集必须从DR脉冲的上升沿开始。在启动和重置恢复过程中，DR信号可能会在数据产生之前表现出一些瞬态行为。

读取传感器数据
读取单个寄存器需要SPI上的两个16位周期：一个用于请求寄存器的内容，另一个用于接收这些内容。SPI上区域请求的16位命令代码有个部分：读取位（RW=0）、寄存器的任一地址[A6:A0]和八个不关心位[DC7C0]。此示例以DIN=0x0C00开始，请求Z_GYRO_LOW寄存器的内容，然后以0x0E00开始，要求Z_GYRO_OUT寄存器的内容。显示了全双工操作模式，这意味着ADIS16475可以在DIN上接收请求，同时在相同的16位SPI周期内通过DOUT发送数据。
提供了以重复模式读取PROD_ID寄存器时四个SPI信号的示例。此模式在排除SPI接口设置和通信故障时很有帮助，因为除了首个周期外，每个16位序列的信号都是相同的。
突发读取功能
突发读取功能提供了一种使用连续比特流以高达1MHz（SCLK）的速率读取一批输出数据寄存器的方法。此方法不需要在每个16位段之间等待一段时间。通过设置DIN=0x6800启动此模式，然后在整个176位序列中保持CS低电平的同时，从DOUT中读取序列中的每个寄存器。
突发读取响应中的寄存器顺序（和校验和值）取决于ADIS16475正在操作的采样时钟模式（寄存器MSC_CTRL，位[4:2]，见表105）。在所有时钟模式下，除了在缩放同步模式下操作时（寄存器MSC_CTRL，比特[4:2]=010），突发读取响应包括以下寄存器和值：DIAG_STAT、X_GYRO_OUT、Y_GYRO_UT、Z_GYRO_OUT，X_ACCL_OUT、Y_ACCL_OUT，Z_ACCL_OUT、TEMP_OUT、DATA_CNTR和校验和值。在这些情况下，使用以下公式来验证校验和值，将公式中的每个字节视为一个单独的、符号的8位数字：校验和=DIAG_STAT，位[15:8]+DIAG_STAT、位[7:0]+X_GYRO_OUT、位[15:8]+X_GYRO_OUT，位[7:0]+Y_GYRO_OUT、位[15:0]+Y_GYRO_OUT、位数[7:0]+Z_GYRO_OUTX_ACCL_OUT，第[7:0]+Y_ACCL_OUT位，第[15:8]+Y_ACCL_OUT位。
当在缩放同步模式（寄存器MSC_CTRL，比特[4:2]=010）下操作时，突发读取响应包括以下寄存器和值：DIAG_STAT、X_GYRO_OUT、Y_GYRO_OUT、Z_GYRO_OUT，X_ACCL_OUT、Y_ACCL_OUT，Z_ACCL_OUT、TEMP_OUT、TIME_STAMP和校验和值。在这种情况下，使用以下公式验证校验和值，将公式中的每个字节视为一个单独的、符号的8位数字。
校验和=DIAG_STAT，比特[15:8]+DIAG_STAT，比特[7:0]+X_GYRO_OUT，比特[15:0]+X_GYRO_OUT，比特[70]+Y_GYRO_UT，比特[15-8]+Y_GYRO_OUT，比特[7-0]+Z_GYRO_OUT7:0]+Z_ACCL_OUT，比特[15:8]+Z-ACCL_OUT、比特[7:0]+TEMP_OUT、比特[15:8]+TEMP_OUT、比特[70]+TIME_STAMP、比特[15:0]+TIME-STAMP、比特[70:0]。