
输出方式: SPI 或模拟差分输出
输出电压范围: -4V ~ +4V
5V 单电源供电
开放的前端放大器检测结构,可适用于各种表头
模拟闭环+24bits Delta-Sigma ADC
温度传感器+14bits ADC
内部集成一次可编程非易失性存储器(OTP),
用 于调试、校准和配置系统参数(CV 电容阵列参数、 CV 增益、
高压共模及其增益、PID 控制参数、温度 补偿参数等)
CV 检测电路适配噪声低,输出电压平滑、相移小;
内部集成电荷泵及高压驱动放大器,可用于加速度 计系统反馈控制
可配置高压驱动放大器共模电压
可编程高压驱动放大器增益,实现闭环刻度因子配 置和较准
内置基准和温度传感器电路
内置三阶温度补偿系统(数字)
工作温度范围:–40℃ 至 125℃
工作电流消耗:8mA
除非另有说明, @ 2 5 ℃, AVDD = 5 V
| 参数 | 条件 /注释 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
| 输出(模拟) | |||||
| 输出范围 | -4 | +4 | V | ||
| 非线性度 | 0.05 | % FS | |||
| 滤波器频率 | @-3dB | 1 | KHz | ||
| 输出(数字) | |||||
| ADC输入电压范围 | V | ||||
| ADC动态范围 | 0.1~100Hz | -120 | ±4.0 | dBV | |
| 非线性度 | 0.05 | %FS | |||
| 数据速率 | 7.63 | 31.25K | SPS | ||
| 刻度因子(数字) | 1864135 | LSB/V | |||
| 检测CV | |||||
| 电容灵敏度 | 4.5 | V/pF | |||
| 匹配电容范围 | 0.5 | 16.5 | pF | ||
| 等效输入噪声 | 基础/寄生电容:4pF/14pF | 25 | zF/√Hz | ||
| 温度传感器 | |||||
| 输出电压 | 2.44 | 2.47 | 2.50 | V | |
| 输出(数字) | 0 | LSB | |||
| 温度刻度因子(模拟) | 8.1 | mV/°C | |||
| 温度刻度因子(数字) | 72 |
LSB/°C |
|||
| 非线性度 | 2 | % | |||
| 输出电压噪声 | 0.1 Hz ~ 1 kHz | 16 | µVrms | ||
| 驱动高压输出 | |||||
| 增益调节范围 |
配置精度:0.125/LSB |
1 | 7.992 | V/V | |
| 共模调节 范围 | 4.5 | 10 | V | ||
| 电源 | |||||
| 电源电压 | 4.75 | 5 | 5.25 | V | |
| 静态电流 | 9 | mA | |||
最大电源电压: 6 V
最大工作温度范围: -55 ℃ ~ 125 ℃
最大存储温度范围: -60 ℃ ~ 150 ℃
注意:超过以上数值的工作环境将对芯片造成永久的损害。以上数值的工作环境仅为极限条件。长时间工作在以上条件将有可能降低芯片的可靠性。

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。尽管本产品具有专用保护电路,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损失。

| 编号 | PAD名称 | 管脚定义 | 坐标(X,Y)um |
| 1 | VSS_CP | 电荷泵地 | (86.0 408.39) |
| 2 | VCP | 电荷泵输出电压,需要外挂0.1uF电容 | (86.0 605.85) |
| 3 | VCP | 电荷泵输出电压,需要外挂0.1uF电容 | (86.0 789.89) |
| 4 | BOT | 三电极表头下基板 | (86.0 1134.73) |
| 5 | SBOT | 五电极表头检测上极板 | (86.0 1318.73) |
| 6 | SDBOT | 五电极表头驱动上极板 | (86.0 1502.73) |
| 7 | SCTR | 三电极/五电极表头中间极板 | (86.0 1686.73) |
| 8 | SDTOP | 五电极表头驱动下极板 | (86.0 1870.73) |
| 9 | STOP | 五电极表头检测下极板 | (86.0 2054.73) |
| 10 | TOP | 三电极表头上基板 | (86.0 2238.73) |
| 11 | AVSS | 模拟地 | (86.0 2422.73) |
| 12 | V4P5 | 4.5V参考电压,需挂0.1uF电容 | (86.0 2596.73) |
| 13 | AVSS | 模拟地 | (86.0 2770.73) |
| 14 | AVSS | 模拟地 | (86.0 2944.73) |
| 15 | AVSS_AD | SADC的地 | (86.0 3118.73) |
| 16 | AVDD | 5.0V电源 | (350.65 3414.0) |
| 17 | AVDD | 5.0V电源 | (574.65 3414.0) |
| 18 | AVDD_AD | 5.0V的AD电源 | (798.65 3414.0) |
| 19 | SCTR | 三电极/五电极表头中间极板(MASS) | (1022.65 3414.0) |
| 20 | V4P5 | 4.5V参考电压,需挂0.1uF电容 | (1246.65 3414.0) |
| 21 | VTEMP_VACT | 温度传感器输出端,2.5V@25℃ | (1710.65 3414.0) |
| 22 | TOP | 三电极表头上基板 | (1934.65 3414.0) |
| 23 | ACCOP |
模拟模式时差分同向输出端 数字模式时外部同步SYNC时钟输入引脚 |
(2637.0 3414.0) |
| 24 | AVSS | 模拟地 | (2861.0 3414.0) |
| 25 | ACCON | 模拟式时差分反向输出端 | (3309.0 3414.0) |
| 26 | PD | powerdown, PD=1时,系统停止工作 | (3757.11 3414.0) |
| 27 | BS2 | DSM bit流测试输出端 | (4127.68 3414.0) |
| 28 | RSTN | 外部复位输入(低有效 ),缺省内部上拉 | (4371.68 3414.0) |
| 29 | BS1 | DSM bit流测试输出端 | (4615.68 3414.0) |
| 30 | VDDIO | IO 电源( 1.8V,3.3V/5V) | (4914.0 3154.05) |
| 31 | VDDIO | IO 电源( 1.8V,3.3V/5V) | (4914.0 2930.05) |
| 32 | CSN | SPI 从机片选信号输入端 | (4914.0 2247.75) |
| 33 | SCK | SPI 从机片选信号输入端 | (4914.0 1973.75) |
| 34 | MOSI | SPI 从机数据输入,主机数据输出端 | (4914.0 1699.75) |
| 35 | MODE | 输出模式选择,默认数字输出,拉高到 VDDIO为模拟输出 | (4914.0 1424.93) |
| 36 | CKBS | DSM数据采样时钟测试输出 | (4914.0 1152.04) |
| 37 | MISO | SPI 从机数据输出,主机数据输入端 | (4914.0 878.11) |
| 38 | RDDY | Data ready 信号 | (4914.0 602.92) |
| 39 | ERR | 自检测输出端 | (4339.23 86.0) |
| 40 | DVSS | 数字地 | (4145.23 86.0) |
| 41 | VDDL | LDO 2.5输出,需挂 0.1uF电容 | (3777.23 86.0) |
| 42 | VDDL | LDO 2.5输出,需挂 0.1uF电容 | (3951.33 86.0) |
| 43 | AVSS | 模拟地 | (2493.54 86.0) |
| 44 | BOT | 三电极表头下基板 | (1934.65 86.0) |
| 45 | VPP | OTPOTP 编程时输入电压7.5V,正常工作时NC | (1735.54 86.0) |
| 46 | SCTR | 三电极 /五电极表头中间板 | (1127.54 86.0) |
| 47 | VDD_CP | 电荷泵源 | (923.54 86.0) |
| 48 | VCP | 电荷泵输出压,需要外挂0. 1uF电容 | (649.54 86.0) |
| 49 | VSS_CP | 电荷泵地 | (375.54 86.0) |
注: 1. 裸芯片尺寸为:5000μm(X向) * 3500 μm(Y向) * 305 μm(厚);
2. 芯片 PAD开窗尺寸: 120 μm * 98 μm;
PAD ESD保护级别范围: 0V - 2000V
4. 特殊要求:
芯片左侧PAD尽可能于表头PAD靠近,Pad7与表头中间基板平直打线,封装打线时要使Pad6与Pad8的打线、Pad5与Pad9、Pad4与Pad10的打线对称(匹配)。
三电极只需将PAD的第4、7和10分别与表头BOT、MASS、TOP;连接;
五电极时,需将PAD的第5、6、7、8和9分别与表头检测正、驱动正、MASS、驱动负、检测负连接。
产品应用时,除了与表头连接的引线,有必要将PAD的第VSS_CP(1,49)、VCP(2,48)、AVSS(11,13,14,24,43)、V4P5(12,20)、AVSS_AD(15)、AVDD(16,17)、AVDD(18)、VTEMP_VACT(21)、ACCOP(23)、ACCON(25)、PD(26)、RSTN(28)、VDDIO(30,31)、SCK(33)、MOSI(34)、MODE(35)、MISO(37)、RDDY(38)、ERR(39)、DVSS(40)、VDDL(41,42)、VPP(45)、VDD_CP(47)共计26个引脚引出。
下图是该ASIC 的外围器件连接图,因该ASIC 集成度非常高,在器件集成时,除电源AVDD 需要外接 退耦电容外,还需要考虑VCP 和V4P5、VDDL 外接电容,除此之外无需过多的辅助电路。这款ASIC 电路可 工作于模拟输出和数字输出两种工作模式。

由于该 由于该 ASIC集成了各种可调功能,因此在与表头匹配时,需要对相应的寄存器进行软写或者硬写操作,该芯片推荐使用Labview软件进行参数匹配,图4是我司推荐的界面。

烧写步骤:
A.1软写校准
(1)芯片上电,电流 8mA 左右,将进入写模式,运行 labview 程序,点击图 4 界面中的【软写】、【自校准 CB、】 【自校准 CCAN】【启动 START】即可将界面中的数据软写至芯片。
(2)测试软写后输出,根据要求的指标,对照第表 2 中的寄存器说明,调节相应的参数。
(3)配置参数计算好之后,填入 labview 烧写界面,重新运行程序,再次进行软写操作。
(4)重复(2)(3)步骤,直到调配到想要的参数。
注:软写模式下,断电后写入的数据就没有了。要在软写模式下测试,写入后需要一直保持上电状态,但烧 写器可以去掉。【自校准 CB、】【自校准 CCAN】的功能是校准零偏的,所以点击这两个按钮时一定要保证加 速度计处于零位状态。
A.2 硬写
若想将软写调试好的参数固化在芯片里,需要对芯片进行硬写操作(写 OTP)。操作步骤如下:
(1) 运行 labview 程序,点击图 4 界面中的【软写】、【自校准 CB、】、【自校准 CCAN】【自校准 CB 使能】 【自校准 CCAN 使能】、【启动 START】,确认参数无误后点击【硬写】,即可完成硬写操作。
(2) 点击硬写后可点击【读取】,检测是否写入正确的值。也可不进行读取。
(3) 断开 VPP 接的 7.7V 电压,重新上电后测试芯片输出,硬写过程完成。
注:
(1) ※ 软写(可反复擦除寄存器)时,进入软写测试模式。
(2)※ 硬写(烧写 OTP,参数固化)时,需要给 VPP 输入 7.7V 电压,进行硬写模式。
(3)※ 工作模式下, MODES 拉高到 VDDIO 电平,可进入模拟输出模式;拉低至低(或悬空),可进入数 字输出模式。
(4)※ 注意【自校准使能】选择。
表 2 ZW-CA10B-01BL 寄存器说明
| 寄存器名称 | 位宽 | 功能说明 | 可调范围 |
| PICISL | 5 | PIC 输入电阻配置 |
2401~76kΩ,(step=-75kΩ)
|
|
PICFSL
|
7 | PIC 反馈电阻配置 |
1~2382.25kΩ,(step=18.75kΩ)
|
|
PICCDSL
|
3 | PIC 微分电容配置 |
3.5385~771.393pF,(step=109.6935pF)
|
|
PICCISL
|
3 | PIC 积分电容配置 |
403.389~1815.2505pF,(step==201.6945pF)
|
|
PICCLSL
|
3 | PIC 高频滤波电容配置 |
3.5385~771.393pF,(step=17.6925pF)
|
|
CBCSL
|
5 | 匹配电容配置 |
1~16.5pF,(step=0.5pF)
|
|
CCAN
|
12 | 零偏补偿电容配置 |
-460~+460fF
|
|
K0SLDIF
|
8 | 高压输出零偏校准配置 |
-1.8~1.8V
|
|
C2VCFSL
|
3 | CV 增益配置 | C2VCFSL =0.25 ,0.5,0.75 ,1.00 pF, 对应增益:4.5/ C2VCFSL V/pF |
|
K1SL
|
10 |
高压增益/标度因子配置
|
0~7.992[倍],(step=1/128)
|
|
HVCMSL
|
6 |
高压驱动共模电压配置
|
4.52~10V
|
|
HVSL
|
6 |
高压配置
|
9.04~20V
|
|
OUTPLT
|
1 |
输出极性配置
|
0/1
|
|
PHSSL
|
1 |
闭环正/负反馈配置
|
0/1
|
|
3TEN
|
2 |
适配 3/5 端表头配置
|
0:5 端表头;1~3:3 端表头
|
|
COMP1ST
|
6 |
一阶温度补偿调节
|
def:32d,实测推荐值 23
|
|
V2P5CLB
|
7 |
REF2.5V@25℃精度调节
|
def:96d, 实测推荐值 117
|
| BIAS4 | 30 |
零偏三阶方程常数项
|
含 1bit 符号位,默认值为 30`h0
|
| BIAS3 | 30 |
零偏三阶方程一阶系数
|
含 1bit 符号位,默认值为 30`h0
|
| BIAS2 | 30 |
零偏三阶方程二阶系数
|
含 1bit 符号位,默认值为 30`h0
|
| BIAS1 | 30 |
零偏三阶方程三阶系数
|
含 1bit 符号位,默认值为 30`h0
|
|
SF4
|
30 |
比例因子三阶方程常数项
|
含 1bit 符号位,默认值为 30`h10000000
|
|
SF3
|
30 |
比例因子三阶方程一阶系数
|
含 1bit 符号位,默认值为 30`h0
|
|
SF2
|
30 | 比例因子三阶方程二阶系数 |
含 1bit 符号位,默认值为 30`h0
|
|
SF1
|
30 | 比例因子三阶方程三阶系数 |
含 1bit 符号位,默认值为 30`h0
|
|
GAIN
|
16 |
输出增益
|
含 1bit 符号位,默认值为 16`h1000
|
|
COMPSL
|
1 |
温度补偿开启使能
|
0:开启(默认);1:关闭
|
|
OUTBW
|
3 |
平均滤波器带宽选择
|
0:31.25KHz ( 默 认 ); 1:15.625KHz ; 2:7.813KHz;3:3.906KHz;4:1.953KHz; 5:965Hz;6,7:488Hz |
|
IIRBW
|
3 |
IIR 滤波器带宽选择
|
0:直通(默认);1:100Hz;2:150Hz;3:200Hz: 4:250Hz;5:300Hz;6:350Hz;7:400Hz |
|
READONLY
|
1 |
数据输出格式控制
|
0:数据输出顺序依次为 DRDY 信号,随后为 24bit 加速度信号等(默认); 1:数据输出顺序依次为 24bit 加速度信号,随 后为 DRDY 信号等 |
|
SYNC_EN
|
1 | 外同步信号使能 | 0:不接受外同步信号(默认);1:接受外同步信 号 |
采用标准 4 线 SPI 接口进行通信,从模式运行。CS 设置为低,初始化通信,MOSI 和 MISO 的数据变化必须同步于 SCK 下降沿,而主从采样输入必须同步于 SCK 的上升沿。

本 ASIC 内部寄存器及数据的读取和写入格式如图 6 所示,第一 Byte 的最高位为读写标志 位,为‘1’表示接下来为读取操作,为‘0’则表示接下来为写入操作,第一 Byte 的低 7 位为 地址位,对应表 2 寄存器表。

加速度数据输出为 24bit,温度数据输出为 14bit,在数据最高位之前加入了 1bit 的新数据标 志位 DRDY,所以外部 SPI 主机可以同时读取加速度数据和温度传感器数据,客户根据自己所 需采集的数据,参考下列格式进行配置及采集, DRDY 在每个新数据的起始时被设置为‘1’, 当采样数据被读取后自动恢复为‘0’,所以每个读取的加速度数据都应该判断 DRDY 以保证这 是一个不重复的新数据,这里要求 SPI 的数据采样率稍稍略高于加速度数据输出速率以保证数 据不会丢失,数据输出率为 31.25KHz。SPI 读取加速度数据命令形式
| 0xD1 | 6/5/4bytes 0x00 |
8`hD1+48`h000000000000(DRDY+VOUT+ERR+TEMP+errout);
8`hD1+40`h0000000000 (DRDY+VOUT+ERR+TEMP);
8`hD1+24`h000000(VOUT),只输出 24bit 数据时,寄存器 REGL5E[7] READ_DATAONLY 需配置为 1;

加速度信号 VOUT 为 24bit 有符号数;温度信号 TEMP 为 14bit 有符号数。记录加速度输出 及刻度因子 K 随温度变化的数据,并将上述三组数据保存为正负数十进制数,然后对其进行扩 位运算;
Vout_30bit = VOUT * 2^6;
K_30bit = K * 2^6,找出 25℃(TEMP=0)时的刻度因子 K25;
Temp_20bit = TEMP * 2^6
以上数据中加速度零偏、刻度因子的数据与温度点一一对应,采用 matlab 工具中的 polyfit 进行 3 阶拟合
p1=polyfit(Temp_20bit,Vout_30bit,3);
p2=polyfit(Temp_20bit,K25./K_30bit,3);
BIAS1=round(p1(1)*2^59);
BIAS2= round(p1(2)*2^38);
BIAS3= round(p1(3)*2^19);
BIAS4= round(p1(4));
SF1= round(p2(1)*2^85);
SF2= round(p2(2)*2^66);
SF3= round(p2(3)*2^47);
SF4= round(p2(4)*2^28);
上述参数计算结果为十进制,如采用本公司配置软件,可直接填入十进制数,若自行开发配置软 件,映射地址时请转换为带符号的 30bit 十六进制数。
| 修订 | 日期 | 说明 |
| V0.01 | 2019年11月 | 初始版本 |
| V0.02 | 2019年12月 |
增加2.5V基准温度补偿寄存器
|
| V1.0 | 2020年3月 |
添加芯片原理图
|