陀螺仪后一级AD采集的分压电阻太小导致ADXRS646的驱动能力不足，出现ADXRS646输出波形不对称，在高输出时衰减

 

目录

一、陀螺仪输出波形不对称

二、Multisim仿真滤波衰减电路

三、设置ADXRS646测试范围、分辨率、带宽

3.1、带宽

3.2、测试范围

3.3、分辨率

四、总结

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一、陀螺仪输出波形不对称

使用AD采集ADXRS64陀螺仪输出波形，这是一款角速度传感器，静止不动时（零点），输出3V，正向旋转时输出电压增大，反向旋转时输出电压减小，并且输出电压和角速度成比例，下图测试的是分别以360°/s的正向旋转和反向旋转时，通过后一级的AD采集传感器的输出，然后通过串口将AD值发送到上位机，使用EXCEL做表格分析。可以发现正向旋转和反向旋转时（同一角速率）不是关于3V对称的。多次测试其他速率并且多个传感器均是共性问题。正向旋转时，增加的电压为0.8V，反向旋转时减少的电压为1.6V。

并且使用示波器直接测试传感器输出波形如下，可以看到在相同速率下正反转，示波器观察到的电压变化是不一样的，左图上升了0.5V，右图下降了1V左右，后面我把这一现象归结为在高电压输出时被衰减。

改变转速发现，转速越大，不对称现象更明显，但是比例大致是一定（后面补充图）。开始分析可能是因为陀螺仪自身输出就是不对称的，通过查看数据手册输出时对称的，而且基本上所有的陀螺仪芯片都是对称的，如果不对称是不正确的，为了排除后一级电路影响，去掉分压电阻使用示波器测试，发现芯片输出时对称的，到此基本确定是后面一级电路的影响。

如果需要对芯片进行二次筛选就是针对芯片的对称性进行测试的，对称性越好，稳定性越好，这样子才能保证在正负来回测试中始终保证归于零位（比如针对本芯片，角度是对电压-时间进行积分计算得到的）。在测试陀螺仪之前，针对AD片子测试零态（短路AD的“+”“-”，读取AD的输出是不是0V）和固定电压值（1V、3V、5V）测试确保AD是正常工作的，如果AD采集数据出现随机性错误，就会导致求得的静止时的陀螺仪的电压出现偏差，这时就会导致求平均得到的零点均值不对，导致的现象就是后面陀螺仪静止，积分出来的角度在一直变化。

不对称导致的现象：在陀螺仪来回运动的时候，角度应该是一直在MAX~-MAX之间变化，但是积分出的角度会一直朝着一个方向偏移。

二、Multisim仿真滤波衰减电路

之前的原理图中ADXRS646输出后接了两个100欧的分压电阻用来分压；更换两个分压电阻为3.3K，并且添加电容构成低通滤波器，更改后的原理图如图所示。其中两个电阻和电容完成分压和滤波的两个功能，这一部分电路使用Multisim验证截止频率满足数据手册要求，并且还会分压一半。

因为通带被衰减一半，所以是-6dB，截止频率再-3dB，所以就是-9dB，截止频率为2.187KHz

三、设置ADXRS646测试范围、分辨率、带宽

3.1、带宽

关于陀螺仪ADXRS646的使用，设置电阻可以设置陀螺仪的测试范围以及测试的分辨率。带宽是由Rout和Cout设置，滤波器是由两个3.3K电阻和两个22nF组成2.2KHz的LPF。本设计中Rout=60.4K，Cout=22nF（原理图中的R1、C7）fout=119.77Hz，陀螺仪的输出带宽通常设置为200Hz以下，参考网址。https://ez.analog.com/cn/mems/f/q-a/95372/cout-rout-adxrs646

3.2、测试范围

通过测试低转速下

3.3、分辨率

 

四、总结

1、对于AD采样时，如果条件允许可以加一级跟随器，尤其是本设计中加分压电阻选型电阻太小导致传感器的驱动能力不够，所以在传感器输出高电压时输出被衰减，所以分压电阻不要盲目选择100欧这种小阻值，不然很容易带来一些奇葩问题。

2、项目刚开始就要测试传感器输出对称性的问题，一个是使用示波器测试，一个是使用ADC采集分析采集回来的数据是否是正确的。ADXRS646输出的驱动能力如下，这个驱动能力是在，带宽等于80Hz的情况下测试的。更改电阻之后重要的是测试传感器输出波形对称（正反同样的角速度下），本设计中使用的提高了驱动能力，所以这个驱动能力是与有关系的。更换为3.3K电阻之后在正反相同角速度下的波形。因为3.3K的分压电阻可能还会比较小，最为稳妥的方法是在传感器和AD之间加运放跟随器提高输出能力。更改电阻只是不改版的情况下的临时解决方法。     

3、除了本文中的角速度传感器，对于其他类型的加速度、方向、位置等传感器，输出数字量还是模拟量的形式，在使用前都需要验证其对称性，否则在来回运动时就会出现零点漂移以及传感器测量的角度（其他传感器测试的就会是加速度、方向、位置）向一个方向始终偏移。通过长时间纪录数据分析对比错误数据的来源，分析形成错误的原因，不要忽视任何一个方面的小错误。