过采样技术提高ADXL345输出分辨率

简介
ADI公司的ADXL345三轴加速度计包括一个数字接口和内
置模数转换器(ADC)。ADXL345在所有g范围内(±2g、±4g、
±8g和±16g)具有3.9 mg/LSB的高分辨率，适合大多数应用。
在需要更高分辨率的应用中,可使用过采样技术来提高
ADXL345的分辨率。此应用笔记说明如何利用先进先出
(FIFO)缓冲器提高ADXL345的分辨率。
过采样原理
对来自加速度计的加速度信号进行数字信号处理的第一步
是模数转换。对于具有模拟输出的加速度计，加速度计的
信号通过外部ADC被数字化，其分辨率取决于应用的需求
和设计者的选择。相对于模拟输出加速度计，数字输出加
速度计(如ADXL345)具有一个内部ADC，且其分辨率已由
传感器设计决定。
过采样技术是使用比所需速率高得多的速率对模拟信号进
行采样来提高分辨率的技术。与数字滤波和抽取结合使
用，可产生更高的分辨率。甚至对于ADC分辨率已固定的
数字输出加速度计，仍可使用该技术以更高的分辨率对加
速度进行测量。过采样背后的原理是过采样信号中的总量
化噪声与以原速率采样的信号相同，但总量化噪声被分散
ADXL345的实现
ADXL345为具有数字接口的三轴加速度计。它包含一个13
位ADC和一个具有强大中断系统的32级FIFO（每轴）输出
缓冲器。当规定数量数据存储在FIFO中时，它将产生一个
中断信号。通过写入适当的寄存器，可对ADC的输出数据
速率进行配置。
由于FIFO具有可配置输出数据速率以及灵活的中断系统，
因此ADXL345非常适合于过采样技术。
输出数据速率设置
在对ADXL345使用过采样技术时，用户必须首先确定过采
样系数。根据分辨率提高所需的等级选择过采样系数：当
分辨率需要提高1 LSB时，选择过采样系数为4；当分辨率
需要提高2 LSB时，选择过采样系数为16。接下来，根据所
需数据速率选择传感器的输出数据速率。例如，若在应用
中所需数据速率为12.5 Hz，分辨率需要提高1 LSB，那么
ADXL345的数据速率可配置为50 Hz (12.5 Hz × 4)。输出数
据速率可在BW_RATE寄存器中进行设置。
FIFO设置
当存储在FIFO中的数据数量与过采样系数值相等时，应该
设置FIFO在此时产生一个中断。该类型中断称为水印
AN-1064
应用笔记
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