妙用MEMS加速度計 + 高通濾波器組合“砍”系統功耗

MEMS加速度計已成為行動裝置省電設計的重要元件。內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，讓手機系統毋須完全啟動處理器，即可達成省電模式的切換，進一步節省功耗。

　　智慧型手機和平板裝置為延長使用時間，通常會采用屏幕省電設計，因此，不管用戶在使用后是否有動作發生，屏幕都會自動關閉節省能源；若要重新使用功能，就必須再次打開屏幕。

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

　　節省系統功耗　加速度計/MPU巧妙配合

　　數位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，同時微處理器可執行其他任務，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、按一下/按兩下或衝擊力偵測等。不僅如此，某些加速度計還內建喚醒和無動作偵測功能，能根據動作強度，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換；但是，這項功能只節省加速度計本身的功耗。

　　為進一步節省系統整體耗電量，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計，已成為開發人員關注重點。

　　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，收到下降沿時，則代表設備處于動作狀態。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監測動作事件，功耗非常低。

　　圖1 主處理器與加速度計的硬體連接架構圖

　　改變INT1接腳位準　加速度計實現省電模式

　　事實上，加速度計的INT1接腳是推挽式輸出（Push-pull Output），所以預設為高位準觸發，使用者可根據自己的實際應用將其改為開漏輸出或低位準觸發。當高位準觸發時，INT1接腳的最低電壓是 0.9×Vdd_IO，而低位準觸發時，最高電壓是0.1×Vdd_IO，而加速度計Vdd_IO能與主處理器數位電壓、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超過規定時間，加速度計將會通過INT1接腳發出從低位準向高位準轉變的上升沿中斷訊號，此時，主處理器將關閉其他元件，進入睡眠省電模式。除非主處理器偵測到動作事件，加速度計才會發送一個從高位準向低位準轉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，使設備正常工作。