高级数据路径简介
1.前言
本应用指南旨在资助开发者了解永利集团集团旗下Kionix公司的KX13x系列三轴加速度传感器搭载的独吞功效——高级数据路径（Advanced Data Path，ADP）。ADP由用户可定制的频率滤波器和一个均方根（RMS）盘算器组成，后者是提供所需带宽内的加速度振幅。X、Y和Z轴的16位ADP输出可以从专用输出寄存器中读取，存储在512字节的FIFO缓存中，然后被路由至Wake-Up（叫醒）和Back-to-Sleep（返回睡眠）引擎。通过设置想要的阈置魅振幅和计数器值，可以针对特定的行动、旋转或振动爆发中断。本文将通过介绍两个简单的示例来直观地展示该新功效的优势。
图1：高级数据路径（ADP）原理示意
现实世界中的加速度信息（左）由差别频率和振幅混淆而成，KX13x的ADP不但可以捕获这些信息，并且能够输出指定频率规模内的加速度振幅（右侧列举了种种情况示例）
2.数据流
图2所示的是一张普通数据流图。该图顶部的第一个方块是数字加速度计的古板数据路径（Conventional Data Path，CDP）。CDP包括来自MEMS的模拟输入、一个卖力放大信号的模拟前端（AFE）、一个卖力信号数字化的模数转换器（ADC）以及一个卖力进一步处理的数字信号处理（DSP）单位。高级数据路径（ADP）包括一对高度可配置的数字滤波器——可用于低通和高通的组合滤波器，以及盘算实时振幅的均方根（RMS）盘算器。用户可以灵活地对ADP滤波器进行会见并设置。该滤波器可以设为Butterworth、Bessel、Chebyshev滤波器，甚至配置成自界说滤波器。ADP的输出可以存储在专用输出寄存器，也可以被路由至内置的512字节FIFO缓存，也可以两种方法同时实现。别的，ADP输出可以作为一个输入路由到内置的行动Wake-Up（叫醒）和Back-to-Sleep（返回睡眠）引擎。这些引擎可配置阈值和灵活的计数器，从而进一步限定信号。如果满足输入信号判定标准，那么器件中的中断爆发器将为主机爆发一个物理中断，并设置相应的状态寄存器。图2所示的是当检测到“连续了Th时间的特定振动”时爆发中断的示例情况。
图2：ADP数据流
3.应用实例
3.1.机械健康状况
假设fop为机械系统（好比旋转电机）的事情频率，fe为系统的过失/故障模式频率（图3）。在此例中，fe低于fop并且在该图中显示，也就是说，由于机身松动，电机正在缓慢振动。关于古板加速度传感器，为了检测这种故障模式，人们需要用MCU/DSP进行频率剖析。而MCU/DSP一直坚持事情状态，会导致特另外内存空间需求以及更高的功耗。
而KX13x的ADP仅使用加速度传感器就能够检测到这种事件，并且，如果把ADP数字滤波器设置为带通或低通滤波器，让fe通过而消除fop，还能为主机MCU爆发中断。
图3：正常系统行动和故障系统行动的频率剖析
在图4中，请注意，ADP被配置为低通滤波器以消除fop，并且RMS盘算引擎被配置为获取所需故障模式信号的绝对值。行动引擎中的信号阈值（中间波形）用于限定事件。最后，图下部的波形显示了由运动引擎生成的真实信号。检测到故障事件后，INS3寄存器中的WUFS位会被置位，而外部中断引脚（如果已配置）则爆发中断信号。
图4：ADP将目标信号从原始加速度数据中疏散出来，并将振幅信息通报给运动引擎
3.2.包络剖析
包络剖析是一种周期性振动故障检测的有效要领，好比减摩轴承失效。ADP可用于生成加速度数据的包络线（*1）。包络波形的快速傅里叶变换（FFT）可以显示振动周期，这有助于识别系统中的缺陷部件。在该例中，ADP滤波器应配置为“带通”：同时包括振动频率和误差频率，排除直流噪声和高频噪声。
(*1)注：ADP输出是伪包络，不是希尔伯特变换结果。
图5：轴承球体故障引起的周期性振动
包络波形可以存储在KX13x的512字节缓冲区中，也可发送到主机处理器进行FFT剖析。
图6：使用原始加速度数据及其包络的FFT
有关KX13x ADP的更多详细信息和用法，请联系永利集团的销售代表。
4.其他资源
＞ KX13x系列页面https://www.kionix.com/product/KX132-1211
https://www.kionix.com/product/KX134-1211
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