零重力偏置水平指定設(shè)備未施加加速度時(shí)的傳感器輸出電壓。
　　加速度計(jì)的實(shí)際零重力水平可能與標(biāo)稱值略有不同。與理想零重力水平的偏差通常在加速度計(jì)數(shù)據(jù)表中指定為零重力偏移。
　　正如放大器的輸入失調(diào)電壓會(huì)給我們的測(cè)量帶來(lái)誤差一樣，加速度計(jì)零加速度的失調(diào)也會(huì)阻止我們成功地解釋測(cè)量數(shù)據(jù)。與理想偏移值的任何偏差都會(huì)產(chǎn)生誤差。加速度計(jì)偏移是一個(gè)主要問(wèn)題，尤其是在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等應(yīng)用中，其中誤差會(huì)隨著時(shí)間的推移而累積，并顯著降低位置精度。
　　在以下部分中，我們將分別針對(duì)數(shù)字輸出加速度計(jì)和模擬輸出加速度計(jì)說(shuō)明這一概念。
　　數(shù)字加速度計(jì)中的零重力偏置水平
　　數(shù)字輸出加速度計(jì)由用于模擬輸出加速度計(jì)的電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 組成。在本文中，我們將它們簡(jiǎn)稱為數(shù)字加速度計(jì)。

　　數(shù)字加速度計(jì)通常以二進(jìn)制補(bǔ)碼格式輸出加速度數(shù)據(jù)。例如，具有 8 位輸出和 ±2g 滿量程范圍的加速度計(jì)對(duì)于 -2g 的輸入加速度產(chǎn)生十六進(jìn)制值 80。

　　表 1 給出了 8 位分辨率情況的一些其他示例。
　　表 1.使用的數(shù)據(jù)由NXP 提供
　　加速輸出
　　-2克80 美元
　　-1克$C1
　　0克$00
　　+1克$3F
　　+2克$7F
　　因此，當(dāng)器件未施加加速度時(shí)，8 位輸??出應(yīng)為 0000 0000。但是，實(shí)際上，輸出可能不為零。
　　數(shù)字加速度計(jì)指定代碼中的零重力偏移（有效位或 LSB 的計(jì)數(shù)）。
　　下表（表 2）顯示了MMA7456L在不同滿量程范圍設(shè)置下的零重力規(guī)格。

　　表 2.使用的數(shù)據(jù)由NXP 提供

　　特征象征典型值限度單元
　　0g 輸出信號(hào)（TA =  25°C，V DD = 2.8V）
　　±2g 范圍 (25°C) 8bit -18018數(shù)數(shù)
　　±4g 范圍 (25°C) 8bit -10010數(shù)數(shù)
　　±8g 范圍 (25°C) 8bit -505數(shù)數(shù)
　　±2g范圍（25°C）10位 -18018
　　數(shù)數(shù)
　　以MMA7456L為例，在2g模式下輸出可以在±18計(jì)數(shù)之間。

　　此外，某些加速度計(jì)（例如InvenSense 的IAM-20381）指定零重力級(jí)偏移（以 mg 為單位），如下表 3 所示。

　　表 3.使用的數(shù)據(jù)由InvenSense 提供
　　范圍狀況典型值限度單位筆記
　　零重力輸出
　　初始公差所有軸，25°C ±50 毫克_1
　　零重力水平變化與溫度的關(guān)系-40°C 至 ±85°C ±50 毫克_1
　　這意味著零重力輸出通常在預(yù)期理想值周?chē)?±50 mg 的范圍內(nèi)變化。
　　模擬加速度計(jì)中的零重力偏置水平
　　對(duì)于模擬加速度計(jì)（即具有模擬輸出的加速度計(jì)），零重力偏置水平是成比例的，并且常見(jiàn)的是相對(duì)于電源電壓 (VDD/2) 的中量程。

　　下面的表 4 來(lái)自ADXL335數(shù)據(jù)表，其中顯示了模擬輸出加速度計(jì)如何指定零重力偏置信息。

　　表 4.使用的數(shù)據(jù)由Analog Devices 提供
　　零克 偏差水平（比例）狀況典型值限度單元
　　0 g X輸出、Y輸出電壓  Vs = 3V  1.35  1.5  1.65  V
　　0 g Z輸出電壓  Vs = 3V  1.2  1.5  1.8  V
　　0 g偏移與溫度    ±1   毫克/ °C
　　當(dāng)電源電壓 V S  = 3 V 時(shí)，x、y 和 z 軸輸出處的零重力偏置為 1.5 V。
　　考慮到該參數(shù)的值和值，x軸和y軸輸出與理想值的偏差為150 mV，即這兩個(gè)軸的零g偏移為150 mV。
　　零重力偏移源：機(jī)械應(yīng)力、溫度、老化
　　加速度計(jì)在工廠經(jīng)過(guò)零重力偏移校準(zhǔn)。校準(zhǔn)值通常存儲(chǔ)在設(shè)備的工廠可編程寄存器中。通電時(shí)，這些校準(zhǔn)值用于化零重力偏移。
　　在某些應(yīng)用中，工廠校準(zhǔn)的精度就足夠了，在終應(yīng)用中不需要進(jìn)一步校準(zhǔn)。然而，制造過(guò)程中的初始校準(zhǔn)可能不足以滿足某些其他應(yīng)用的需要。
　　應(yīng)該注意的是，零重力偏移可能會(huì)隨著施加到設(shè)備上的機(jī)械應(yīng)力而變化。
　　當(dāng)加速度計(jì)安裝到 PCB 上時(shí)，電路板會(huì)對(duì)器件施加一些機(jī)械應(yīng)力，并在一定程度上改變偏移值。除了安裝產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力之外，溫度變化也會(huì)改變零重力偏移值。加速度計(jì)數(shù)據(jù)表指定了零克偏移隨溫度的變化（以 mg/°C 為單位）。
　　例如，表 4 中 ADXL335 的數(shù)據(jù)表摘錄顯示，該傳感器的零克偏移變化與溫度的關(guān)系為 1 mg/°C。另一個(gè)可能改變加速度計(jì)零重力偏移的因素是老化。
　　由于這些變化，需要非常低的零重力偏移的苛刻應(yīng)用可能需要額外的偏移校準(zhǔn)。在這些情況下，我們可以使用具有內(nèi)置校準(zhǔn)機(jī)制的加速度計(jì)。
　　數(shù)字加速度計(jì)偏移校準(zhǔn)
　　一些數(shù)字加速度計(jì)（例如NXP 的MMA8451Q）允許用戶更改默認(rèn)偏移校準(zhǔn)值并消除終應(yīng)用中的零重力偏移。
　　對(duì)于 MMA8451Q，有三個(gè) 8 位（易失性）偏移寄存器用于存儲(chǔ)用戶偏移調(diào)整值。每個(gè)寄存器用于存儲(chǔ)某一軸的校準(zhǔn)值。這些寄存器中存儲(chǔ)的值會(huì)自動(dòng)添加到相應(yīng)軸的輸出中，以消除偏移誤差。
　　當(dāng)斷電時(shí)，校準(zhǔn)值將會(huì)丟失，這就是為什么，為了避免下次上電時(shí)重新校準(zhǔn)系統(tǒng)，我們可以將校準(zhǔn)值存儲(chǔ)在微控制器（MCU）的非易失性存儲(chǔ)器中，并將其到當(dāng)設(shè)備打開(kāi)時(shí)，加速度計(jì)偏移校準(zhǔn)寄存器。
　　微調(diào)加速度計(jì)偏移誤差
　　為了消除偏移誤差，我們應(yīng)該首先測(cè)量傳感器的零重力偏移，并將適當(dāng)?shù)闹荡鎯?chǔ)到偏移校準(zhǔn)寄存器中。
　　為了正確校準(zhǔn)加速度計(jì)，我們需要仔細(xì)注意所選的傳感器測(cè)量范圍和偏移校準(zhǔn)寄存器的LSB值。
　　根據(jù)設(shè)備所選的測(cè)量范圍，測(cè)量的偏移值應(yīng)除以適當(dāng)?shù)南禂?shù)，然后再存儲(chǔ)到相應(yīng)的校準(zhǔn)寄存器中。這是因?yàn)槠萍拇嫫髦械囊粋€(gè)LSB??對(duì)應(yīng)于一個(gè)固定的加速度值。
　　對(duì)于 MMA8451Q，偏移校準(zhǔn)寄存器中的 1 個(gè) LSB 對(duì)應(yīng)于 2 mg。
　　例如，假設(shè)選擇 ±4g 測(cè)量范圍時(shí)，加速度計(jì)輸出處測(cè)量的偏移為 9 個(gè)計(jì)數(shù)。
　　由于 MMA8451Q 具有 14 位輸出，因此輸出的 1 個(gè) LSB 對(duì)應(yīng)于約 0.5 mg，計(jì)算如下：
　　值一LSB=2×4g214?0.5mg

　　圖 5 描述了 8 位校準(zhǔn)寄存器以及該寄存器中每個(gè)位的權(quán)重。

　　圖 5.加速度計(jì)的數(shù)字輸出（9 個(gè)計(jì)數(shù)）以及每個(gè)位位置的權(quán)重（以 mg 為單位）。
　　校準(zhǔn)寄存器不能存儲(chǔ)低于 2 mg 的值。
　　因此，權(quán)重為 1 mg 和 0.5 mg 的測(cè)量偏移的兩個(gè)有效位不能存儲(chǔ)在校準(zhǔn)寄存器中，應(yīng)被丟棄。這就是為什么如圖所示，校準(zhǔn)寄存器中存儲(chǔ)的值為 0000 0010 或 2 個(gè)計(jì)數(shù)。
　　丟棄兩個(gè)有效位相當(dāng)于將測(cè)量的偏移除以 4，并將整個(gè)部分存儲(chǔ)在校準(zhǔn)寄存器中。
　　在上面的例子中，我們有 9 個(gè)計(jì)數(shù)除以 4，得到 2.25，因此存儲(chǔ)在校準(zhǔn)寄存器中的值應(yīng)該是 2。
　　如果使用不同的測(cè)量范圍來(lái)測(cè)量加速度計(jì)的零克偏移，我們必須將獲得的偏移值除以不同的因子，然后再將其存儲(chǔ)到校準(zhǔn)寄存器中。
　　MMA8451Q 的失調(diào)誤差調(diào)整
　　考慮到這一點(diǎn)，我們可以對(duì) MMA8451Q 進(jìn)行多少偏移調(diào)整？
　　該加速度計(jì)的偏移寄存器以 2 的補(bǔ)碼格式保存一個(gè) 8 位值。
　　因此，可以存儲(chǔ)的校準(zhǔn)是由 8 位二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)（+127 計(jì)數(shù)）乘以 LSB 權(quán)重（2 mg）表示的正值，得到+254 mg。
　　同樣，我們可以確定相反方向的校準(zhǔn)。8 位二進(jìn)制補(bǔ)碼寄存器中可以存儲(chǔ)的負(fù)值是 -128。將其乘以 LSB 權(quán)重 (2 mg)，我們獲得相反方向的校準(zhǔn)，即 -256 mg。
　　因此，該傳感器可實(shí)現(xiàn)的校準(zhǔn)約為±256 mg。欲了解更多詳情，請(qǐng)參閱本應(yīng)用筆記。
　　模擬加速度計(jì)偏移校準(zhǔn)
　　在許多應(yīng)用中，模擬輸出加速度計(jì)后面都有一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器，這意味著我們可以使用軟件來(lái)消除偏移誤差。

　　然而，也可以在模擬域中調(diào)整偏移。圖 6 顯示了校準(zhǔn)方法示例。

　　圖 6. 模擬校準(zhǔn)方法的示例框圖。屏幕截圖由Analog Devices提供。
　　連接到運(yùn)算放大器求和點(diǎn)的電阻器 R2 用于消除加速度計(jì)的偏移誤差。簡(jiǎn)單的電路分析給出了 R2 的適當(dāng)值。
　　R2 的另一側(cè)連接到地或 +VS，具體取決于偏移需要移動(dòng)的方向。
　　上圖中，運(yùn)算放大器用于放大傳感器輸出。
　　將反饋電容器與 R3 并聯(lián)，我們可以創(chuàng)建一個(gè) 1 極低通濾波器并限制加速度計(jì)帶寬。