MEMS加速度計已成為行動裝置省電設(shè)計的重要元件。內(nèi)建高通濾波器并具備自由落體偵測功能的加速度計，能藉由一支中斷接腳為處理器提供可靠的喚醒和無動作偵測訊號，讓手機系統(tǒng)毋須完全啟動處理器，即可達成省電模式的切換，進一步節(jié)省功耗。

智慧型手機和平板裝置為延長使用時間，通常會采用螢幕省電設(shè)計，因此，不管用戶在使用后是否有動作發(fā)生，螢幕都會自動關(guān)閉節(jié)省能源；若要重新使用功能，就必須再次打開螢幕。

近來隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)感測元件技術(shù)的成熟，裝置開發(fā)人員在自動打開和關(guān)閉螢幕的設(shè)計方面，已可透過加速度計的中斷接腳執(zhí)行喚醒和非動作偵測，讓系統(tǒng)內(nèi)部的微處理器只須監(jiān)測加速度計中斷輸出接腳的脈沖沿轉(zhuǎn)變，毋須再讀取中斷訊號源的暫存器，更進一步達成省電效果。  

節(jié)省系統(tǒng)功耗　加速度計/MPU巧妙配合

數(shù)位MEMS加速度計通常有一支或兩支中斷輸出接腳，用于連接外部微處理器(MPU)的輸入/輸出(I/O)接腳。加速度計可在后臺偵測加速度或動作，同時微處理器可執(zhí)行其他任務(wù)，或保持在省電的睡眠模式，當加速度計偵測到一個中斷事件時，微處理器被從睡眠模式喚醒，查看該中斷是否須處理。  

同時，MEMS加速度計亦可輸出不同類型的中斷訊號，例如資料就緒、自由落體、豎屏/橫屏旋轉(zhuǎn)、按一下/按兩下或沖擊力偵測等。不僅如此，某些加速度計還內(nèi)建喚醒和無動作偵測功能，能根據(jù)動作強度，在低功耗的低輸出速率(ODR)模式和正常模式的高資料速率之間自動轉(zhuǎn)換；但是，這項功能只節(jié)省加速度計本身的功耗。  

為進一步節(jié)省系統(tǒng)整體耗電量，某些微處理器有兩個或更多個通用輸入輸出(GPIO)接腳，用戶可使用加速度計的兩個中斷輸出接腳實現(xiàn)喚醒和動作偵測兩項功能。不過，在某些情況下，微處理器只有一個GPIO用作中斷處理，而用戶想還用一個中斷接腳實現(xiàn)兩項功能，其中，如何在一個中斷輸出接腳上使用高通濾波器(HPF)和自動落體AND邏輯，偵測喚醒動作和無動作條件，且微處理器毋須參與偵測過程的省電設(shè)計，已成為開發(fā)人員關(guān)注重點。  

一般來說，當微處理器收到加速度計中斷訊號的上升沿(Rising Edge)，表示手持裝置處于非動作狀態(tài)，收到下降沿時，則代表設(shè)備處于動作狀態(tài)。圖1是加速度計與主處理器或微控制器(MCU)的典型硬體連接圖，在初始化過程中，系統(tǒng)在I2C或串列周邊介面(SPI)通電時，主處理器只須與加速度計溝通一次，然后加速度計就會在后臺連續(xù)監(jiān)測動作事件，功耗非常低。  


圖1    主處理器與加速度計的硬體連接架構(gòu)圖
改變INT1接腳位準　加速度計實現(xiàn)省電模式
事實上，加速度計的INT1接腳是推挽式輸出(Push-pull Output)，所以預設(shè)為高位準觸發(fā)，使用者可根據(jù)自己的實際應用將其改為開漏輸出或低位準觸發(fā)。當高位準觸發(fā)時，INT1接腳的最低電壓是 0.9×Vdd_IO，而低位準觸發(fā)時，最高電壓是0.1×Vdd_IO，而加速度計Vdd_IO能與主處理器數(shù)位電壓、Vcc_IO靈活匹配。如果主處理器只有一個電源，可將加速度計的Vdd和Vdd_IO連在一起，直接連到電源。 

一旦行動裝置在靜止狀態(tài)超過規(guī)定時間，加速度計將會通過INT1接腳發(fā)出從低位準向高位準轉(zhuǎn)變的上升沿中斷訊號，此時，主處理器將關(guān)閉其他元件，進入睡眠省電模式。除非主處理器偵測到動作事件，加速度計才會發(fā)送一個從高位準向低位準轉(zhuǎn)變的下降沿的中斷訊號，隨后，主處理器將被喚醒并打開其他元件，使設(shè)備正常工作。 

相反的，行動裝置在正常工作模式下保持動作狀態(tài)，加速度計INT1接腳上的中斷訊號將保持低位準，如果裝置在任何傾斜位置始終保持靜止狀態(tài)，則加速度計中斷訊號始終保持高位準。因此，主處理器能夠定期讀取加速度計INT1接腳的位準，再次檢查手持裝置處于靜止狀態(tài)還是動作狀態(tài)。 

在意法半導體(ST)開發(fā)的LIS3DH數(shù)位加速度計代碼示例中(圖2)，INT1_CFG配置與自由落體事件偵測相同，不同之處則是自由落體中斷無須使用高通濾波器，且自由落體時長在毫秒范圍內(nèi)，運算邏輯如圖3所示。 


圖2    數(shù)位加速度計代碼示例

圖3    加速度計INT1運算邏輯
當手持裝置在任何傾斜位置保持靜止狀態(tài)超過5秒后，加速度計INT1接腳將從低位準轉(zhuǎn)變?yōu)楦呶粶剩驗樵谑褂酶咄V波器后，X/Y/Z軸加速度均在±125mg THS內(nèi)。此外，手持裝置的自由落體事件不會觸發(fā)INT1接腳從低位準轉(zhuǎn)變高位準，因為X/Y/Z軸加速度同時在±125mg THS內(nèi)的時間少于5秒。 

如果因為動作的原因，X、Y和Z中任何一軸的加速度超過±125mg，且設(shè)備繼續(xù)保持動作狀態(tài)，INT1接腳就會從高位準轉(zhuǎn)變低位準。 

當設(shè)備進入靜止狀態(tài)還不到5秒再次進入動作狀態(tài)，則INT1接腳繼續(xù)保持低位準，若設(shè)備再次靜止，5秒時長將開始從50最低有效位(LSB)倒數(shù)計時，到0LSB終止，輸出資料速率為10Hz。 

加速度計中斷接腳省電妙用多

顯而易見，內(nèi)建高通濾波器和自由落體偵測功能的加速度計設(shè)計解決方案，能夠藉由一個中斷接腳為微處理器提供可靠的喚醒和無動作偵測中斷訊號，讓手機節(jié)能模式的偵測行為無需微處理器全程參與，進而達成系統(tǒng)省電效果。 

此外，使用者還可按照自己的應用設(shè)計靈活配置加速度計的臨界值和時長參數(shù)。在功耗方面，此一解決方案的效能高于使用觸控螢幕、按鍵和微處理器計時器開閉螢幕的方法。 

(本文作者任職于意法半導體)