如何實(shí)現(xiàn)低噪聲和低功耗兼得

對(duì)MEMS加速度計(jì)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前一個(gè)產(chǎn)品不能同時(shí)提供最低噪聲和最低功耗。將ADXL355等低噪聲加速度計(jì)與一款受歡迎的低功耗加速度計(jì)相比較時(shí)，ADXL355的表現(xiàn)如下：

噪聲密度為20μg/Hz1/2，低9倍。

功耗為338 μW，高大約13倍。

當(dāng)傳感器未在使用時(shí)，如果應(yīng)用對(duì)傳感器周期供電以節(jié)省電能，噪聲與功耗的關(guān)系會(huì)大不相同。這種差異來(lái)源于建立時(shí)間，這可能讓有些人大吃一驚。在需要對(duì)一組連續(xù)數(shù)組的傳感器數(shù)據(jù)求均值以達(dá)到關(guān)鍵不確定性條件的應(yīng)用中，填充該數(shù)組所需的時(shí)間會(huì)直接影響總建立時(shí)間。例如，ADXL355數(shù)據(jù)手冊(cè)中的艾倫方差曲線表明，0.01秒的均值時(shí)間會(huì)將其不確定性降至100 μg以下。要在低功耗傳感器中實(shí)現(xiàn)類似水平的不確定性，所需均值時(shí)間將比ADXL355長(zhǎng)81倍，因?yàn)榫禐V波器的降噪幅度與均值時(shí)間的平方根成比例。

等式1和2用各傳感器/濾波器組合支持單一數(shù)據(jù)記錄達(dá)到這種精度水平所需的能量來(lái)量化上述取舍關(guān)系。估算結(jié)果相當(dāng)有意思，短得多的均值時(shí)間(tLP = 81 × tADXL355) 導(dǎo)致ADXL355的能量要求 (EADXL355) 要比低功耗器件的能量要求(ELP)低6倍。

等式3反映的是功耗，即上述能量水平除以每次測(cè)量的間隔時(shí)間(T)。

觀察這種關(guān)系對(duì)應(yīng)的圖形(圖1)，可得出幾個(gè)有意義的結(jié)果。第一，測(cè)量周期時(shí)間(T)小于0.81秒時(shí)，低功耗器件支持連續(xù)工作。第二，測(cè)量周期時(shí)間大于約0.13秒時(shí)，ADXL355解決方案的功耗更低。說(shuō)到底，我們要保持開放的態(tài)度，有時(shí)候利用噪聲最低(性能最高)的器件也可以實(shí)現(xiàn)功耗最低的解決方案。

圖1. 功耗與測(cè)量周期時(shí)間的關(guān)系