浅谈汽车安全气囊加速计MMA2204D及其技术应用

0 引言

随着我国国民经济的增长，公路运输量大幅度增长，行车速度也显著提高，随之而来的就是交通事故呈现上升趋势。而安全气囊是一种很有效的减少伤亡的保护措施。

1 MMA2204D的主要特性

汽车碰撞时，最具特征的变化是加速度。所以，安全气囊设计一般都针对汽车碰撞时产生的加速度变化来对加速度进行检测。而且检测时普遍采用加速度计。在安全气囊中使用的加速度计通常应具备以下性能：

◇应具有自检功能：

◇对感应到的电信号应有一定的放大和频率选择能力：

◇应有良好的温度稳定性，而且可拄性要高，结构坚同，尺寸小。便于安装;

◇应能将汽车碰撞时产生的加速度转换成与其成比例的电信号(例如电流、电压等)，且灵敏度要高：

◇为了降低安全气囊的成本，加速度计的价格应尽可能低。

2 加速度计芯片的选取

可用来作为加速度计的器件有多种类型。近年来。由于电子技术、集成工艺的快速发展，微机械硅压阻加速度计和硅电容加速度计的性能日臻完善，价格也降低到了可接受的水平。根据安全气囊使用的加速度所应具有的性能，本文选择了飞思卡尔公司的硅电容微机械加速度计MMA2204D。这是一种具有集成信号放大、信号处理、低通滤波和补偿的硅电容加速度计。该器件的零加速度偏置、满量程范围和滤波特性均由制造单位调定，不需要外接无源元件。图l所示是其内部简化结构功能框图。

3 MMA2204D的主要功能

飞思卡尔公司的MMA2204D加速计是一种表面微机械化的集成电路加速计。该芯片含有一个表面微机械化的电容测量单元(g—cell)和一个CMOS单调节应用型专用集成电路，其中g-cell是一种半导体机械结构。MMA2204D加速计内部有一个多晶体硅惯性块。它悬挂在两块固定的多晶体极之间，加速度的作用是使该惯性块移动，从而使电容发生变化，然后再把电容转化成电压输出。为了避免机械冲击，该加速计还装有阻尼和超量程制动机构。此外MMA2204D还具有自检、滤波和状态输出功能。

3.1

自检

MMA2204D中的传感器可通过自检特性来检验加速计在安装完成以后任何时间的机械和电气性能的完整性，这种特性对于自动安全气囊系统来讲是非常关键的。对于汽车来讲，其系统的完整性必须确保。MMA2204D在g-celI冲用第四块板来作为自检板，并在s出est管脚高电平有效，因而其产生的静电力可导致中间板的偏移，加速计可控制ASIC来测量这个偏差并产生一个相对比例的输出电压。这个过程可确保加速计的机械和电子零件的功能。

3.2 滤波置

MMA2204D汽车安全气囊加速计内含一个四极开关电容滤波器，使用Bessel滤波器是因为它有一个时间延续响应功能。因此可保存一个脉冲状的积分。因为该滤波器采用的是开关电容技术，故设置下限截止频率不需要额外的无缘元件(电阻和电容)。

3.3 状态

MMA2204D加速计含有故障检测和故障锁存器，其状态管脚可以输出来自于故障锁存器和自检器的状态信号。每当下列情况中有一个或多个发生时，其状态管脚将输出高电平：

(1)时钟频率低于时钟检测器的最低频率;

(2)供电电压低于低电压检测的电压阈值;

(3)EPROM的奇偶校验位为奇数。

4 MMA2201的主要性能参数和应用电路

MMA2204D的主要性能参数如表1所列。基于MMA2204D汽车安全气囊系统的硬件设计电路如图2所示。