ADIS16228加速度传感器手册

亚德诺半导体
——数字三轴振动传感器ADIS16228 产品特性
频域三轴振动传感器
高达5 kHz的平坦频率响应
数字加速度数据，±18 g测量范围
数字测量范围设置：0至1g/ 10 g/ 10 g/20 g
实时采样模式：20.48 kSPS 采样率，单轴
采集样本模式：20.48 kSPS 采样率，三个轴
触发模式：SPI，定时器，外部中断
可编程抽取滤波器，11种速率设置
对于选定的过滤器可设置多记录捕获
手动捕获模式时域数据采集
FFT，512点，实值，所有三个轴（X，Y，Z）
3个窗函数选项：矩形，汉宁，平顶
可编程FFT平均：高达255的平均次数
贮存：可存储所有三个轴14个FFT记录（X，Y，Z）
可编程报警，6个谱带
可定义2级的警告和故障设置
可调节的响应延迟，以减少误报
内部自检与状态标志
数字式温度和电源电压测量
2个辅助数字I / O
SPI兼容串行接口
识别寄存器：序列号，设备ID，用户ID
单电源供电：3.0 V至3.6 V
工作温度范围：-40°C至+125°C
15毫米×24毫米×15 mm铝封装，柔性接头
应用
振动分析
状态监测
机器运行状况
仪器仪表，诊断
安全切断传感
概述
ADIS16228是一个完整的振动监测测系统，集三轴加速度传感器和先进的时域、频域信号处理算法于一体。

时域的信号处理包括可编程抽取滤波器和可选的窗函数。

频域处理包括每个轴512点，实值的FFT变化，采用FFT平均，降低噪声本底变化，从而提高分辨率。

根据存储系统中的14个FFT记录，用户可以追踪随时间发生的变化，并利用多个抽取滤波器设置捕获FFT。

20.48 kSPS的采样速率和5 kHz的平坦频段提供的频率响应适合许多机械设备的健康应用。

铝芯提供优异的机械耦合到MEMS加速度传感器。

一个内部时钟驱动系统所有的数据采样和信号处理操作，消除了对外部时钟源的依赖。

数据捕获功能具有三种模式，提供多种选择，以满足不同应用的需要。

此外，实时模式下提供了直接访问的一轴流数据。

利用SPI和数据缓冲结构可以方便地访问数据输出。

ADIS16228还提供数字温度传感器和数字电源测量。

ADIS16228上有凸缘，螺丝孔（M2或2-56），和一个柔性连接器。

简单的用户安装界面和15毫米的×24毫米×15毫米模块。

它具有-40°C至+ 125°C扩展级工作温度范围。

图1
技术规格
表1。

除非另有说明，T A = −40°C至+85°C，VDD = 3.3 V。

参数测试条件/注释最小值典型值最大值单位
加速度计
测量范围
灵敏度，FFT 灵敏度，时域灵敏度误差
非线性度
跨轴灵敏度
对齐误差
失调误差
失调温度系数输出噪声
输出噪声密度带宽
传感器谐振频率T A=25℃
T A=25℃，0g至20g范围设置
T A=25℃
T A=25℃
相对于满量程
相对于封装安装孔
T A=25℃
T A=25℃，20.48 kHz采样速率，时域
T A=25℃，10 Hz至1kHz
±5%平坦度，CAL_ENABLE[4]=0,见图17
±5%平坦度，CAL_ENABLE[4]=1,见图 18
±18
0.3052
0.6104
±6
±0.2 ±
1.25
2.6
1.5
±1
1
12
0.248
840
5000
5.5
g
mg/LSB
mg/LSB
%
%
%
Degrees
g
mg/℃
mg/ms
mg/Hz
Hz
Hz
kHz
逻辑输入
输入高电压V INH
输入低电压V INL
逻辑1输入电流，I INH 逻辑0输入电流，I INL 除过RST
RST
输入电容C IN V IH=3.3V
V IL=0V
2.0
0.8
±0.2 ±1
-40 -60
-1
10
V
V
uA
uA
mA
pF
数字输出
输出高电压V OH 输出低电压V OL Isource = 1.6mA
Isink =.61mA
2.4
0.4
V
V
闪存
耐久性
数据保持期限T j =85 ℃，见图2510,000
20
Cycles
Years
启动时间
初始启动时间
复位启动时间
休眠模式恢复时间RST 低电平或者GLOB_CMD[7] =1
202
54
2.3
ms
ms
ms
采样速率时钟精度REC_CTRL1[11:8]=0x1(SR0 sample rate selection) 20.48
3
kSPS
%
供电电压工作电压范围，VDD
记录模式，T A =25℃
睡眠模式，T A =25℃
3.0 3.3 3.6
40 48
230
V
mA
uA
时序规格
表2。

除非另有说明，T A = 25°C，VDD = 3.3 V。

参见图3和图4。

参数说明最小值典型值最大值单位
CLK TALL S
A V SU HD
R
F
F
,t DR FS SCLK频率
数据加载时间，在第16和第17个SCLK之间
CS至SCLK边沿
SCLK边沿之后数据输出有效时间
SCLK边沿之前数据输入建立时间
SCLK边沿之后数据输入保持时间
SCLK上升时间
SCLK下降时间
数据输出下降时间，图中未显示
CS SCLK边沿之后CS高电平时间
0.01 25
16.5
48.8
100
24.4
48.8
12.5
12.5
5 12.5
5
MHz
us
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
图2. SPI时序图
图3.DIN位序
绝对最大额定值
表3
参数额定值
加速度
任意轴，无电
任意轴，有电
VDD至GND
数字输入电压至GND 数字输出电压至GND 模拟输入电压至GND 温度
工作温度范围
存储温度范围2000g
2000g
−0.3 V至+6.0 V −0.3 V至+5.3 V −0.3 V至+3.6 V −0.3 V至+3.6 V
−40°C至+125°C −40°C至+150°C
注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损坏。

这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任何其它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推断器件能否正常工作。

长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器件的可靠性。

表4.封装特性
封装类型θJAθJC器件重量
15引脚MCML 31°C/W11°C/W 6.5克
ESD警告
ESD(静电放电)敏感器件。

带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。

尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高
能量ESD时，器件可能会损坏。

因此，应当采取适当
的ESD防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。

引脚配置和功能描述
图4.引脚配置
表5.引脚功能描述
引脚变换引脚名称类型说明
1,2 3,4,5,8 6,9
7
10
11
12
13
14 VDD
GND
DNC
DIO2
RST
DIN
DOUT
SCLK
DIO1
S
S
N/A
I/O
I
I
O
I
I
电源，3.3V
地。

请勿连接到这些引脚。

数字输出线路2。

复位，低电平有效。

SPI，数据输入。

SPI，数据输出。

当CS为低电平时，DOUT为输出，当CS为高
电平时，DOUT进入三态高阻抗模式。

SPI，串行时钟。

15 I/O SPI，片选。

数字输出线路1
S = 电源，O = 输出，I = 输入，N/A = 不适用。

工作原理
ADIS16228是一款结合了三轴MEMS加速度计，具有先进信号处理能力的振动监测系统。

SPI 兼容端口和用户寄存器为用户提供了方便的频域振动数据访问和传感器控制。

传感原件
ADIS16228中的数字振动检测从两个不同轴上的MEMS加速度计内核开始。

加速度计将速度的线性变化转换成具有代表性的电信号，使用如图5中所示的微机械系统。

该系统的机械部分包括两个不同的框架，一个固定式，一个移动式，这些框架有一系列层板，从而形成一个可变的差分容性网络。

收到与重力或加速度相关的力时，移动框架会改变其相对于固定框架的物理位置，结果导致电容发生变化。

微型弹簧将移动框架连接到固定框架，并决定加速度和物理位移之间的关系。

移动极板上的调制信号会通过各容性路径馈入固定框架极板和解调电路，从而生成与器件上加速运动成正比的电信号。

图5.MEMS传感器结构框图
信号处理
图6为ADIS16228的简化功能框图。

信号处理阶段包括时域数据捕获、数字抽取/滤波、加窗、FFT分析、FFT均值计算和记录存储。

有关信号处理操作的详情，请参见图14。

图6.传感器信号处理结构框图
用户界面
SPI接口
用户寄存器（包括输出寄存器和控制寄存器两者，如图6所示）管理用户对传感器的数据和配置输入的访问。

每个16位寄存器具有自己唯一的位分配和两个地址：一个作为高位字节，一个用于低位字节。

表8提供了存储器映射到每个寄存器的示意图，连同它的功能和低字节地址。

数据收集和配置命令使用SPI接口通信，它由四根导线组成。

芯片选择（CS）信号激活SPI接口，串行时钟（SCLK）同步串行数据线。

输入命令时钟到DIN引脚，同一时间一位，在SCLK的上升沿。

输出数据输出在DOUT引脚上，跟随时钟SCLK的下降沿。

当SPI作为从设备时，DOUT 内容反映使用DIN指令所要求的信息。

双存储器结构
用户寄存器为SPI接口上的所有输入/输出操作提供寻址服务。

控制寄存器采用双存储器结构(见图7)。

控制器使用静态随机访问存储器(SRAM)寄存器进行正常操作，包括用户配置命令。

闪存为拥有闪存备份功能的控制寄存器提供非易失性存储(参见表8)。

将配置数据保存到闪存中需要使用手动更新flash命令（GLOB_CMD[6] = 1, DIN = 0xBE40）。

当器件上电或复位时，闪存内容载入SRAM，然后器件根据控制寄存器中的配置开始生成数据。

图7.SRAM和闪存结构框图
基本工作原理ADIS16228使用SPI进行通信，这使得它与相匹配的嵌入式处理器平台的连接非常简便，如图8所示。

DIO1的工厂默认配置提供了一个繁忙指示信号，当输出由高变低时说明数据采集过程完成，外部可读取传感器数据。

如果需要的话，使用DIO_CTRL寄存器（见表66），重新配置DIO1和DIO2。

图8.电气连接框图
表
6.通用主处理器引脚名称和功能
引脚名称功能
SS
SCLK
MOSI
MISO
IRQ1，IRQ2
选择从机
串行时钟
主机输出，从机输入
主机输入，从机输出
中断请求输出（可选）
ADIS16228 SPI接口支持全双工串行通信(同步收发)，并使用图12所示的位序。

表7列出了最常用的设置，在为ADIS16228 SPI接口初始化处理器串行端口时需要注意这些设置。

表7.通用主处理器SPI设置
处理器设置说明
主机
SCLK速率≤2.5MHz
SPI模式3
MSB优先
16位
ADIS选择从机
比特率设置
时钟极性/相位
（CPOL=1，CPHA=1）
位序
移位寄存器/数据长度
图12.SPI读写时序举例
表8列出了用户寄存器及其低位字节地址。

每个寄存器都由两个字节构成，其中每一个都有其独特的7位地址。

图9展示了每个寄存器的位与其高位地址和低位地址之间的关系。

图9.通用寄存器位定义
SPI写命令
用户控制寄存器控制着许多内部操作。

图12中的DIN位序提供了对这些寄存器进行写操作的能
力，一次一个字节。

有些配置变化和功能只需一个写周期。

例如，设置GLOB_CMD[11] = 1 (DIN = 0xBF08)以启动人工捕捉序列。

人工捕捉的最后一位时钟到DIN（第16个SCLK的上升沿）后
立即启动。

其它配置可能需要写入两个字节。

图10.手动捕获模式开启SPI时序图（DIN=0xBF08）
SPI读命令
单个寄存器读取操作需要两个16位SPI周期，这两个周期也使用图12中的位分配。

第一个序列设置R/W = 0并传送目标地址(位[A6:A0])。

对于读取DIN序列，位[D7:D0]是无关位。

在
第二个序列期间，DOUT逐个输出请求的寄存器内容。

第二个序列还使用DIN来设置下一读取。

图11是读取PROD_ID时全部四种SPI信号的信号图。

在此图中，DIN = 0x5600且DOUT反映16228
的十进制等效值。

图11.SPI读时序举例，PROD_ID，第二时序
表8.用户寄存器存储器映射
存器名称访问闪存备份地址默认功能参考
ASH_CNT SENS SENS SENS
MP_OUT PPLY_OUT T_AVG1 T_AVG2 F_PNTR C_PNTR BUF
BUF
BUF
C_CTRL1 C_CTRL2 C_PRD
M_F_LOW M_F_HIGH M_X_MAG1 M_Y_MAG1 M_Z_MAG1 M_X_MAG2 M_Y_MAG2 只读
读/写
读/写
读/写
只读
只读
读/写
读/写
读/写
读/写
只读
只读
只读
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
是
是
是
是
否
否
是
是
否
否
否
否
否
是
是
是
不适用
不适用
不适用
不适用
不适用
不适用
不适用
0x00
0x02
0x04
0x06
0x08
0x0A
0x0C
0x0E
0x10
0x12
0x14
0x16
0x18
0x1A
0x1C
0x1E
0x20
0x22
0x24
0x26
0x28
0x2A
0x2C
N/A
N/A
N/A
N/A
0x8000
0x8000
0x0108
0x0101
0x0000
0x0000
0x8000
0x8000
0x8000
0x1100
0x00FF
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
闪存更新计数器
控制，x轴比例校正系数
控制，y轴比例校正系数
控制，z轴比例校正系数
输出数据采集时刻的温度
输出数据采集时刻的电压
控制，FFT平均1，SR0和SR1
控制，FFT平均2，SR2和SR3
控制，buffer地址指针
控制，记录地址指针
输出，X轴加速度数据缓冲区
输出，Y轴加速度数据缓冲区
输出，Z轴加速度数据缓冲区
控制，记录控制寄存器1
控制，记录控制寄存器2
控制，记录周期（自动模式下）
警报，频带最低频率限制
警报，频带最低频率限制
警报，X轴门限1（warning）
警报，Y轴门限1（warning）
警报，Z轴门限1（warning）
警报，X轴门限2（falut）
警报，Y轴门限2（falut）
见表68
见表16
见表17
见表18
见表56
见表54
见表19
见表20
见表47
见表48
见表49
见表50
见表51
见表9
见表14
见表10
见表28
见表29
见表30
见表31
见表32
见表33
见表34
M_Z_MAG2 M_PNTR
M_S_MAG
M_CTRL
O_CTRL
IO_CTRL
G_CNT
AG_STAT OB_CMD
M_X_STAT M_Y_STAT M_Z_STAT M_X_PEAK M_Y_PEAK M_Z_PEAK ME_STAMP_L ME_STAMP_H T_ID1
T_ID2
OD_ID RIAL_NUM ER_ID
C_FLSH_CNT C_INFO1
M_X_FREQ M_Y_FREQ M_Z_FREQ
C_INFO2
C_CNTR
L_ENABLE
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
读/写
只读
只写
只读
只读
只读
只读
只读
只读
只读
只读
只读
只读
只读
只读
读/写
只读
只读
只读
只读
只读
只读
只读
读/写
不适用
是
是
是
是
是
是
否
否
不适用
不适用
不适用
不适用
不适用
不适用
不适用
不适用
不适用
是
是、
是
是
否
不适用
不适用
不适用
不适用
不适用
否
是
0x2E
0x30
0x32
0x34
0x36
0x38
0x3A
0x3C
0x3E
0x40
0x42
0x44
0x46
0x48
0x4A
0x4C
0x4E
0x52
0x54
0x56
0x58
0x5C
0x5E
0x6E
0x70
0x72
0x74
0x76
0x78
0x7A
0x0000
0x0000
0x0000
0x0080
0x000F
0x0000
0x9630
0x0000
不适用
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
0x0000
不适用
不适用
0x3F64
不适用
0x0000
不适用
不适用
0x0000
0x0000
0x0000
不适用
0x0000
0x0010
警报，Z轴门限2（falut）
警报，报警频带指针
警报，系统报警门限
警报，报警控制寄存器
控制，功能I/O控制寄存器
控制，普通I/O控制寄存器
采样速率控制(平均计数)
标志位，系统异常报警
控制，全局控制寄存器
报警，X轴，报警指示寄存器
报警，Y轴，报警指示寄存器
报警，Z轴，报警指示寄存器
报警，X轴峰值电平
报警，Y轴峰值电平
报警，Z轴峰值电平
时间戳，低位整数
时间戳，高位整数
批次标识码1
批次标识码2
产品标识寄存器
串口数字
用户序号寄存器
闪存写周期计数
记录设置
警报，X轴，最严重报警频率
警报，Y轴，最严重报警频率
警报，Z轴，最严重报警频率
记录设置
记录计数
控制，频率矫正使能
见表35、
见表27
见表36
见表26
见表66
见表67
见表11
见表65
见表64
见表37
见表38
见表39
见表40
见表41
见表42
见表61
见表62
见表69
见表70
见表71
见表72
见表73
见表24
见表59
见表43
见表44
见表45
见表60
见表22
见表13
数据记录模式和信号处理
ADIS16228为记录和监控振动数据提供了一种完整的检测系统。

图13提供了与三个轴(x轴，y轴和z轴)上的频谱记录采集相关联的信号处理电路的简化功能框图。

用户寄存器用于控制数
据类型(时间或频率)、触发模式(手动或自动)、采集模式(实时或捕获)、采样速率和滤波、加窗、FFT均值计算、频谱报警以及输入/输出管理。

记录模式
记录模式选择建立数据类型(时域或频域)、触发类型(手动或自动)以及数据采集(捕获或实时)。

REC_CTRL1[1:0]位(见表9)提供四种工作模式：手动FFT、自动FFT、手动时间捕获和实时。

在REC_CTRL1设置之后，手动FFT、自动FFT和手动时间捕获三种模式要求通过一个启动命令来开始捕获频谱记录或时域记录。

在此模式下有两个启动命令选项：SPI和I/O。

SPI的触发包括设置GLOB_CMD[11]=1（DIN=0xBF08）。

I/ O触发涉及使用DIO_CTRL（见表66）来配置DIO1或DIO2作为输入的触发线。

表9.REC_CTRL1(低位地址=0x1A)，读/写
位描述（默认值为0x1100）
[15:14] [13:12] 11
10
9
8
7 [6:4] [3:2] [1:0] 未使用（无关位）
窗口设置，00=矩形，01=Hanning，10=平顶，11=不适用
SR3，1=为FFT使能，0=禁用；采样速率=20000/(2AVG_CNT[15:12]) ,见表11
SR2，1=为FFT使能，0=禁用；采样速率=20000/(2AVG_CNT[11:8]) ,见表11
SR1，1=为FFT使能，0=禁用；采样速率=20000/(2AVG_CNT[7:4]) ,见表11
SR0，1=为FFT使能，0=禁用；采样速率=20000/(2AVG_CNT[3:0]) ,见表11
各次记录之间关断电源，1 = 使能
未使用(无关位)
存储方法：00 = 无，01 = 报警触发器，10 = 全部，11 = 不适用
记录模式：00 = 手动FFT，01 = 自动FFT，10 = 手动时间捕获，11 = 实时采样/数据访问
手动FFT模式
设置REC_CTRL1[1：0] =00，使传感器处于手动FFT模式下。

然后用start命令触发产生频谱记录。

当传感器采集完一个频谱记录后，使用繁忙指示（DIO1，出厂缺省值）来驱动外部处理器产生中断服务，该过程完成之后，就可以开始收集数据。

DIAG_STAT是唯一可以在设备处理过程中SPI可以读取的寄存器，读该寄存器返回一个0x00，则传感器繁忙，返回0x80的时候，说明数据准备好可以外部访问。

当单个谱记录完成后，设备等待另一个启动指令。

自动FFT模式
设置REC_CTRL1[1：0] =01，使传感器处于自动FFT模式下。

使用REC_PRD寄存器（见表10）编程控制每个频谱记录之间的时间间隔，然后用start命令触发周期性谱记录。

例如设定REC_PRD=0x020A（DIN =0x9E0A，0x9F02），即设置触发周期为10小时。

表10.REC_PRD（低位地址=0x1E），读/写
位描述（默认值为0x0000）
[15:10] [9:8] [7:0] 未使用（无关位）
量表数据位,00=1 秒/LSB，01=1分钟/LSB，10=1小时/LSB 数据位，二进制格式，范围=0至255
手动时间捕获模式
设置REC_CTRL1[1:0] = 10，以将器件置于手动时间捕获模式，这会触发单次时域数据捕获。

当器件在该模式下工作时，每个轴将有512个时域样本被载入缓冲器。

在载入数据缓冲器以便用户访问之前，这些数据将经历除preFFT加窗之外的所有时域信号处理过程。

当数据记录完成时，器件会将该数据传输至数据缓冲区供用户使用。

手动时间捕获模式触发方式和手动FFT （SPI,I/O）是相同的。

图13.简化功能框图
实时模式
设置REC_CTRL1[1：0]= 11，使传感器工作在实时模式。

在这种模式下，传感器的样品只来自一个轴，保持在20.48 kSPS时的采样率，通过设置AVG_CNT[3:0]]来选择采样率（见表11）。

通过读取对应的寄存器选择在此模式下测量的轴。

例如，通过阅读X_BUF，使用DIN =0x1400选择x轴。

见表49，表50，或表51以查看更多关于x_BUF寄存器的信息。

使用DIO1（引脚15），帮助管理外部访问实时数据。

例如，该信号适于驱动中断线来启动一个外部处理器的服务例程。

频谱记录生成
ADIS16228在三个轴上各获取一个时间记录，然后对每条时间记录执行调整、加窗和FFT过程，从而产生一条频谱记录。

重复该过程来求取数个FFT均值，具体个数可以编程，其中每个周期的FFT结果在数据缓冲器中累加。

完成选定周期数以后，FFT均值过程结束，对数据缓冲器的内容进行调整。

然后，数据缓冲器内容就可供SPI和输出数据寄存器访问。

采样速率和滤波
各轴的采样速率为20.48 kSPS。

内部ADC以时间交错模式(x1、y1、x2、y2等)对三个轴采样，该模式可以使数据在数据记录中均匀分布。

均值/抽取滤波器为时间记录中的最终采样速率提供控制功能。

通过对时域数据进行均值并抽取计算，该滤波器能够将频谱记录集中于较低带宽上，从而在每个FFT频谱中产生更好的频率分辨率。

AVG_CNT寄存器(见表11)为REC_CTRL1[11:8](表9中的SRx)中的四种不同采样速率选项提供设置。

在使用手动FFT、自动FFT和手动时间捕获模式时，全部四个选项均可使用。

当器件处于其中一种手动模式时，如果使能了多个采样速率选项，则器件会从最小数值开始，一次为一个SRx产生一条频谱记录。

在完成一个SRx选项的频谱记录之后，器件将等待另一个启动命令，然后才会为在REC_CTRL1[11:8]中使能的下一个SRx选项生成一条频谱记录。

当器件处于自动FFT模式时，如果使能了多个采样速率选项，则器件会为一个Rx选项产生一条频谱记录，然后等待下一个自动触发事件，该事件的发生取决于REC_PRD寄存器(见表10)。

有关多个SRx选项对数据采集和频谱记录生成的影响，详见图15。

使用实时模式时，输出数据速率将反映SR0设置。

表12列出了AVG_CNT寄存器(见表11)中可用的SRx设置，以及所得到的采样速率、FFT频谱分辨率、带宽和估算总噪声。

注意，每个SRx设置都在REC_CTRL2寄存器(见表14)中有关联的范围设置，以及FFT_AVG1和FFT_AVG2寄存器(分别见表19和表20)中显示的FFT均值设置。

表11.AVG_CNT(低位字节地址=0x3A)，读/写
位描述（默认值=0x9630）
[15:12] [11:8] [7:4] [3:0] 采样速率选项3（SR3），二进制（0至10），SR3选项采样速率=20480/（2AVG_CNT[15：12]）
采样速率选项2（SR2），二进制（0至10），SR2选项采样速率=20480/（2AVG_CNT[11：8]）
采样速率选项1（SR1），二进制（0至10），SR1选项采样速率=20480/（2AVG_CNT[7：4]）
采样速率选项0（SR0），二进制（0至10），SR0选项采样速率=20480/（2AVG_CNT[3：0]）
表12.采样速率设置和滤波器性能
SRx设置采样速率，f s(SPS) 频谱分辨率（
Hz）带宽（Hz）
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20480
10240
5120
2560
1280
640
320
160
80
40
20
40
20
10
5
2.5
1.250
0.625
0.313
0.156
0.078
0.039
5.18
3.66
2.59
1.83
1.29
0.91
0.65
0.46
0.32
0.23
0.16
图14信号处理流程图（REC_CTRL1[1:0] = 00或01，FFT分析模式）图15频谱记录生成（使能全部SRx设置）
动态范围设置
REC_CTRL2(见表14)提供了与每个采样速率选项SRx相关联的四个范围设置。

REC_CTRL2中指向的范围选项反映的是最大动态范围，该范围发生于频率范围下半部分，不会导致范围缩小(见图16)。

例如，在SR2采样速率选项中，设置REC_CTRL2[5:4] = 10 (DIN = 0x9C20)，即可将峰值加速度(A
MAX
)设为10 g。

在监控低幅度振动时，这些设置可以优化FFT精度和灵敏度。

对于表14中的每个范围设置，该级会缩放时域数据，从而使时域数据的最大值等于215个LSB，频域数据的最大值等于216个LSB。

注意，各设置的最大范围比列出的最大值小1个LSB。

例如，频域分析中的最大代码数为216 − 1，即65,535。

当在FFT模式之一下使用的范围设置为1 g 时，最大测量值等于1 g乘以216 − 1，再除以216。

有关与各设置相关联的分辨率，请参见表15；有关该操作在信号流程图中的位置，请参见图14。

实时模式会自动使用20 g的范围设置。

表14，REC_CTRL2(地址=0x1C)，读/写
位描述
[15:8] [7:6] [5:4] [3:2] [1:0] 未使用(无关位)
SR3；11=1g，10=5g，01=10g，00=20g SR2；11=1g，10=5g，01=10g，00=20g SR1；11=1g，10=5g，01=10g，00=20g SR0；11=1g，10=5g，01=10g，00=20g
表15，范围设置与LSB权重
范围设置（g）时域模式（mg/LSB）FFT模式（mg/LSB）
0 to 1
0 to 5
0 to 10
0 to 20
0.0305
0.1526
0.3052
0.6104
0.0153
0.0763
0.1526
0.3052
比例调整
X_SENS寄存器(见表33和表34)为各个轴提供了精细调整功能。

以下公式说明了如何用测得值和理想值来计算各寄存器的比例因子，单位为LSB：
其中：
a
XI
为理想情况下的x轴值。

a
XM
为实际x轴测量值。

这些寄存器包含校正系数，这些系数来自工厂校准过程。

该计算过程会记录加速度计在四个不同方向上的输出，并计算各个寄存器的校正系数。

这些寄存器同时为系统内调整提供写访问。

重力为这类校正过程提供了一个共同的激励。

同时用+1 g和−1 g方向来降低失调对该测量值的影响。

在这种情况下，理想测量值为2 g，实测值为+1 g和−1 g两个方向的加速度计测得值之差。

工厂编程值存储于闪存中，通过设置GLOB_CMD[3] = 1(DIN = 0xBE04)即可恢复。

参见表64。

表16.X_SENS(地址=0x02),读/写
位描述（默认=不适用）
[15:0] X轴比例校正系数(SCFx)，二进制补码
表17.Y_SENS(地址=0x04),读/写
位描述（默认=不适用）
[15:0] Y轴比例校正系数(SCFy)，二进制补码
表18.Z_SENS(地址=0x06),读/写
位描述（默认=不适用）
[15:0] Z轴比例校正系数(SCFz)，二进制补码
PREFFT加窗
REC_CTRL1[13:12]为preFFT加窗时间数据提供三个选项。

例如，设置REC_CTRL1[13:12] = 01以使用Hanning窗口，该窗口可在频率仓与峰值幅度最小扩张度之间提供峰值的最佳幅度分辨率。

还可使用矩形窗和平顶窗，因为它们是振动监控中常见的加窗选项。

平顶窗提供精确的幅度分辨率，缺点是会扩张峰值幅度。

FFT
FFT过程将各512采样时间记录转换成一条256点频谱记录，其中提供了幅度与频率数据的关系。

FFT均值计算
FFT均值计算功能结合利用多条FFT记录，以减小FFT噪底变化，从而实现对低振动水平的检测。

REC_CTRL1寄存器中的每个SRx选项都有自己的FFT均值控制，用于建立将以均值计算出最终FFT记录的FFT记录条数。

若要使能此功能，请将在REC_CTRL1寄存器中使能的各个SRx 选项的均值数写入FFT_AVGx寄存器。

例如，设置FFT_AVG2[8:0] =0x4A (DIN = 0x9E4A)，以将SR2采样速率选项的FFT均值数设为16,将SR3采样速率选项的FFT均值数设为1024。

表19.FFT_AVG1（低位地址=0x0C），读/写
位
描述（默认值=0x0108）
[15:8] [7:0] 单条记录的FFT均值，SR1采样速率，图14中的NF；范围 = 1至255，二进制
单条记录的FFT均值，SR0采样速率，图14中的NF；范围 = 1至255，二进制
表20.FFT_AVG2（低位地址=0x0E），读/写
位描述（默认值=0x0101）
[15:8] [7:0] 单条记录的FFT均值，SR3采样速率，图14中的NF；范围 = 1至255，二进制
单条记录的FFT均值，SR2采样速率，图14中的NF；范围 = 1至255，二进制
记录时间
在使用自动FFT模式时，自动记录周期(REC_PRD)必须大于总记录时间。

记录时间的计算公式如下：
手动时间模式
FFT 模式
表21列出了这些公式中用到的处理时间和设置。

表21.典型处理时间
功能时间（ms）
处理时间，t pt
FFT时间，t FFT FFT均值数，N F
存储时间，t ST
报警扫描时间，t AST 18.7
32.7
根据FFT_AVG1,FFT_AVG2 120.0
2.21
存储时间（t
ST
）仅适用于在REC_CTRL1[3:2]中选择了一种存储方法时（有关记录存储设置
的详情，请见表9）。

报警扫描时间（t
AST
）仅适用于在ALM_CTRL[3:0]中使能报警时（有更多信息，请参见表26）。

对于无法使用DIO1来监控这些操作状态的系统，了解记录时间有助于预测
数据可用的时机。

注意，在使用自动FFT模式时，自动记录周期（REC_PRD）必须大于总的记录时间。

数据记录
在ADIS16228完成处理FFT数据之后，它会将数据存储在数据缓冲器中，从而可通过SPI 和X_BUF寄存器进行外部访问(见表49和表51)。

REC_CTRL1[3:2](见表9)提供了将缓冲器数据写入FFT记录的可编程条件，这些记录保存在非易失性闪存所在位置。

设置REC_CTRL1[3:2] = 01，以便只在符合报警条件时将缓冲器数据存入闪存记录中。

设置REC_CTRL1[3:2] = 10，以将每组FFT数据都存入闪存位置。

闪存记录空间总共可存储14条记录。

存储于闪存中的每条记录都含有一个标头和三个轴(x，y，z轴)的频域(FFT)数据。

当全部14条记录全部存满时，新记录不会载入闪存。

REC_CNTR寄存器(见表22)为存储的记录数目提供实时计数。

设置GLOB_CMD[8] = 1 (DIN = 0xBF01)，即可清除闪存中的所有记录。

表22.REC_CNTR(低位地址=0x78)，读/写
位描述（默认=0x0000）
[15:5] [4:0] 无关不使用
总记录条数；范围= 0至13，二进制
当将自动触发模式和记录存储配合使用时，各采样速率选项的FFT分析不需要额外输入。

依据FFT均值数，各采样速率选择之间的时间间隔可能非常大。

注意，选择多个采样速率会减少各采样速率设置可以使用的记录数量，如表23所示。

表23.每个选定采样率可用的记录
选定的采样速率数可用记录数
1 2 3 4 14 7 4 3
FFT记录闪存耐久性
当全部14条记录都含有FFT数据时，REC_FLSH_CNT寄存器(见表24)递增。

表24.REC_FLSH_CNT(低位地址=0x5E)，只读
位描述
[15:0] 闪存写周期计数；仅记录数据，二进制
频谱报警
报警功能为报警检测提供了6个频段。

每个频段都有高频和低频定义，同时还为各加速度计轴设置了两个不同的触发阈值(报警1和报警2)。

表25总结了用于配置报警功能的各个寄存器。

表25.报警功能寄存器汇总
寄存器地址说明
ALM_F_LOW 0x20 报警频段，频率下限。