Объект исследования. Объектом исследования является плата двухосного ДУС (Gyro Breakout Board – LPY503AL Dual 30 SEN-09422 фирмы SparkFun Electronics

Объектом исследования является плата двухосного ДУС (Gyro Breakout Board – LPY503AL Dual 30 SEN-09422 фирмы SparkFun Electronics, Inc) (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Плата микромеханического двухосного ДУС в состоянии поставки

На плате ДУС размещены:

- микросхема двухосного ДУС LPY503AL фирмы STMicroelectronics;

- два конденсатора (электролитический 10мкФ и керамический 10нФ) в цепи питания;

- RC-цепочки рекомендуемого низкочастотного пассивного фильтра по каждому выходу, определяющую полосу пропускания;

- RC-цепочки дополнительного высокочастотного пассивного фильтра по каждому выходу;

- элементы пассивного фильтра в цепи возбуждения.

Микросхема двухосного ДУС LPY503AL имеет следующие особенности [15]:

- габариты 5х5х1, 5мм в стандартном пластмассовом корпусе LGA-16L (land grid array);

- единственный источник питающего напряжения низкого уровня от 2, 7В до 3, 6В;

- широкий диапазон рабочей температуры окружающей среды от минус 40º С до 85 º С;

- высокая температурная стабильность;

- выходная информация об угловой скорости в виде постоянного напряжения;

- два отдельных выхода по каждой оси (с коэффициентом передачи х1 и с коэффициентом передачи х4);

- встроенные фильтры низкой частоты;

- низкая потребляемая мощность;

- наличие режима низкого потребления мощности СПЯЩИЙ РЕЖИМ (POWER DOWN или, что, то же, SLEEP MODE);

- наличие режима САМОТЕСТИРОВАНИЕ (SELF TEST);

- высокая ударо- и вибропрочность.

Области применения микросхемы двухосного ДУС LPY503AL:

- стабилизация изображений для DSC DVC;

- управление движением с пользовательским интерфейсом;

- промышленность и роботы.

Микросхема LPY503AL является маломощным двухосным микромеханическим гироскопом, обеспечивающим измерение угловых скоростей по оси тангажа и оси рыскания. Она обеспечивает высокую температурную стабильность и высокие характеристики в диапазоне рабочих температур от минус 40˚ С до 85˚ С. Микросхема LPY503AL имеет диапазон измерений ±30º /сек и обеспечивает выработку угловых скоростей в полосе пропускания до 140Гц на уровне минус 3дБ.

- низкий потребляемый ток в рабочем режиме не более 600мкА;

- наличие СПЯЩЕГО РЕЖИМА (SLEEP MODE), который задается внешней командой логического уровня, с потреблением тока в этом режиме не более 10мкА;

- наличие режима САМОТЕСТИРОВАНИЯ (SELF TEST), который задается внешней командой логического уровня, для проверки работоспособности микросхемы после транспортирования, монтажа и при эксплуатации;

- прочный корпус, высокая ударная прочность, устойчивость к внешним возмущающим факторам (максимальное ударное ускорение по каждой оси ±5000g неуказанной длительности, напряжение питания от минус 0, 3В до 3, 6В, падение с высоты 1, 8м, рабочий температурный диапазон от минус 40º C до +85º C, электростатический разряд напряжением до 2000В);

- соответствие экологическим стандартам по содержанию вредных веществ;

- низкая стоимость.

Упрощенная блок-схема микросхемы ДУС LPY503AL представлена на рис. 2.6. Контур раскачки приводит в непрерывное колебательное движение движущуюся массу. Изготовитель микросхемы не указывает вид колебательного движения: поступательный или вращательный. При наличии соответствующей угловой скорости основания на движущуюся массу действует Кориолисова сила, которая приводит к появлению электрического сигнала на выходе дифференциального емкостного датчика. После демодуляции и сглаживания внутренним НЧ фильтром выходной сигнал поступает на два внешних НЧ и ВЧ фильтра. Изготовитель трактует НЧ фильтр как рекомендованный, а ВЧ фильтр, подключаемый по внешней команде логического уровня, как дополнительный. После НЧ и ВЧ фильтров выходной сигнал ДУС в виде постоянного напряжения с так называемого неусиленного, обычного выхода в масштабе 8, 3мВ/(º ⁄ с) может быть использован потребителем. При необходимости выходные сигналы можно подать на встроенные в микросхему усилители с коэффициентом передачи х4. Тогда масштабные коэффициенты выходных сигналов ДУС с так называемых усиленных выходов составят величину 33, 3мВ/(º ⁄ с).

Рис. 2.6. Упрощенная блок-схема микросхемы LPY503AL

Схема включения микросхемы LPY503AL и номиналы внешних компонентов представлены на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Схема включения микросхемы LPY503AL и номиналы внешних компонентов

Выходная характеристика микросхемы ДУС (рис. 2.8) имеет ряд особенностей. Выходной сигнал микросхемы ДУС при отсутствии входной угловой скорости равен 1, 23В по всем четырем выходам. Величины масштабных коэффициентов и значения выходных сигналов при нулевой угловой скорости не пропорциональны напряжению питания (are not ratiometric to supply voltage). При положительной угловой скорости 30º ⁄ с выходное напряжение на выходах ВЫХОД4хX и ВЫХОД4хZ достигает значения 2, 23В. При отрицательной угловой скорости минус 30º ⁄ с выходное напряжение на выходах ВЫХОД4хX и ВЫХОД4хZ уменьшается до 0, 23В. При дальнейшем увеличении угловой скорости в одном или другом направлении происходит насыщение обоих выходов. Насыщение двух других выходов ВЫХОД1хX и ВЫХОД1хZ при тех же выходных напряжениях происходит при превышении угловой скорости 120º ⁄ с в одном или другом направлении.

Рис. 2.8. Выходная характеристика ДУС

Механические параметры микросхемы ДУС LPY503AL при номинальном напряжении питания 3, 0В и температуре окружающей среды 25º C представлены в таблице 2.2.1.

Таблица 2.2.1

Примечания:

1. Продукция при изготовлении калибруется при напряжении питания 3, 0В. Рабочий диапазон напряжения питания от 2, 7В до 3, 6В.

2. Типичные значения параметров не гарантируются.

3. Масштабный коэффициент и значение сигнала при нулевой угловой скорости не пропорциональны напряжению питания (are not ratiometric to supply voltage).

4. Продукция способна измерять угловую скорость в диапазоне от постоянного тока до назначенной полосы пропускания.