加速度计不移动时输出什么？零重力偏差
零重力偏置水平指定设备未施加加速度时的传感器输出电压。
加速度计的实际零重力水平可能与标称值略有不同。与理想零重力水平的偏差通常在加速度计数据表中指定为零重力偏移。
正如放大器的输入失调电压会给我们的测量带来误差一样，加速度计零加速度的失调也会阻止我们成功地解释测量数据。与理想偏移值的任何偏差都会产生误差。加速度计偏移是一个主要问题，尤其是在惯性导航系统等应用中，其中误差会随着时间的推移而累积，并显着降低位置精度。
在以下部分中，我们将分别针对数字输出加速度计和模拟输出加速度计说明这一概念。
数字加速度计中的零重力偏置水平
数字输出加速度计由用于模拟输出加速度计的电路和模数转换器 (ADC) 组成。在本文中，我们将它们简称为数字加速度计。
数字加速度计通常以二进制补码格式输出加速度数据。例如，具有 8 位输出和 ±2g 满量程范围的加速度计对于 -2g 的输入加速度产生十六进制值 80。
表 1.使用的数据由NXP 提供
表 1 给出了 8 位分辨率情况的一些其他示例。
因此，当器件未施加加速度时，8 位输??出应为 0000 0000。但是，实际上，输出可能不为零。
数字加速度计指定代码中的零重力偏移（有效位或 LSB 的计数）。
下表（表 2）显示了MMA7456L在不同满量程范围设置下的零重力规格。
表 2.使用的数据由NXP 提供
以MMA7456L为例，在2g模式下输出可以在±18计数之间。
此外，某些加速度计（例如InvenSense 的IAM-20381）指定零重力级偏移（以 mg 为单位），如下表 3 所示。
表 3.使用的数据由InvenSense 提供
这意味着零重力输出通常在预期理想值周围 ±50 mg 的范围内变化。
模拟加速度计中的零重力偏置水平
对于模拟加速度计（即具有模拟输出的加速度计），零重力偏置水平是成比例的，并且常见的是相对于电源电压 (VDD/2) 的中量程。
下面的表 4 来自ADXL335数据表，其中显示了模拟输出加速度计如何指定零重力偏置信息。
表 4.使用的数据由Analog Devices 提供
当电源电压 V S = 3 V 时，x、y 和 z 轴输出处的零重力偏置为 1.5 V。
考虑到该参数的值和值，x轴和y轴输出与理想值的偏差为150 mV，即这两个轴的零g偏移为150 mV。
零重力偏移源：机械应力、温度、老化
加速度计在工厂经过零重力偏移校准。校准值通常存储在设备的工厂可编程寄存器中。通电时，这些校准值用于化零重力偏移。
在某些应用中，工厂校准的精度就足够了，在终应用中不需要进一步校准。然而，制造过程中的初始校准可能不足以满足某些其他应用的需要。
应该注意的是，零重力偏移可能会随着施加到设备上的机械应力而变化。
当加速度计安装到 PCB 上时，电路板会对器件施加一些机械应力，并在一定程度上改变偏移值。除了安装产生的机械应力之外，温度变化也会改变零重力偏移值。加速度计数据表指定了零克偏移随温度的变化（以 mg/°C 为单位）。
例如，表 4 中 ADXL335 的数据表摘录显示，该传感器的零克偏移变化与温度的关系为 1 mg/°C。另一个可能改变加速度计零重力偏移的因素是老化。
由于这些变化，需要非常低的零重力偏移的苛刻应用可能需要额外的偏移校准。在这些情况下，我们可以使用具有内置校准机制的加速度计。
数字加速度计偏移校准
一些数字加速度计（例如NXP 的MMA8451Q）允许用户更改默认偏移校准值并消除终应用中的零重力偏移。
对于 MMA8451Q，有三个 8 位（易失性）偏移寄存器用于存储用户偏移调整值。每个寄存器用于存储某一轴的校准值。这些寄存器中存储的值会自动添加到相应轴的输出中，以消除偏移误差。
当断电时，校准值将会丢失，这就是为什么，为了避免下次上电时重新校准系统，我们可以将校准值存储在微控制器（MCU）的非易失性存储器中，并将其到当设备打开时，加速度计偏移校准寄存器。
微调加速度计偏移误差
为了消除偏移误差，我们应该首先测量传感器的零重力偏移，并将适当的值存储到偏移校准寄存器中。
为了正确校准加速度计，我们需要仔细注意所选的传感器测量范围和偏移校准寄存器的LSB值。
根据设备所选的测量范围，测量的偏移值应除以适当的系数，然后再存储到相应的校准寄存器中。这是因为偏移寄存器中的一个LSB??对应于一个固定的加速度值。
对于 MMA8451Q，偏移校准寄存器中的 1 个 LSB 对应于 2 mg。
例如，假设选择 ±4g 测量范围时，加速度计输出处测量的偏移为 9 个计数。
由于 MMA8451Q 具有 14 位输出，因此输出的 1 个 LSB 对应于约 0.5 mg，计算如下：
值一LSB=2×4g214?0.5mg
图 5 描述了 8 位校准寄存器以及该寄存器中每个位的权重。
图 5.加速度计的数字输出（9 个计数）以及每个位位置的权重（以 mg 为单位）。
校准寄存器不能存储低于 2 mg 的值。
因此，权重为 1 mg 和 0.5 mg 的测量偏移的两个有效位不能存储在校准寄存器中，应被丢弃。这就是为什么如图所示，校准寄存器中存储的值为 0000 0010 或 2 个计数。
丢弃两个有效位相当于将测量的偏移除以 4，并将整个部分存储在校准寄存器中。
在上面的例子中，我们有 9 个计数除以 4，得到 2.25，因此存储在校准寄存器中的值应该是 2。
如果使用不同的测量范围来测量加速度计的零克偏移，我们必须将获得的偏移值除以不同的因子，然后再将其存储到校准寄存器中。
MMA8451Q 的失调误差调整
考虑到这一点，我们可以对 MMA8451Q 进行多少偏移调整？
该加速度计的偏移寄存器以 2 的补码格式保存一个 8 位值。
因此，可以存储的校准是由 8 位二进制补码数（+127 计数）乘以 LSB 权重（2 mg）表示的正值，得到+254 mg。
同样，我们可以确定相反方向的校准。8 位二进制补码寄存器中可以存储的负值是 -128。将其乘以 LSB 权重 (2 mg)，我们获得相反方向的校准，即 -256 mg。
因此，该传感器可实现的校准约为±256 mg。欲了解更多详情，请参阅本应用笔记。
模拟加速度计偏移校准
在许多应用中，模拟输出加速度计后面都有一个 A/D 转换器，这意味着我们可以使用软件来消除偏移误差。
然而，也可以在模拟域中调整偏移。图 6 显示了校准方法示例。
图 6. 模拟校准方法的示例框图。屏幕截图由Analog Devices提供。
连接到运算放大器求和点的电阻器 R2 用于消除加速度计的偏移误差。简单的电路分析给出了 R2 的适当值。
R2 的另一侧连接到地或 +VS，具体取决于偏移需要移动的方向。
上图中，运算放大器用于放大传感器输出。
将反馈电容器与 R3 并联，我们可以创建一个 1 极低通滤波器并限制加速度计带宽。
