
5V 单电源供电
输出方式: SPI 或模拟差分输出
模拟输出范围: -4V ~ +4V
内置高精度 Delta-Sigma ADC,实现 24bits 角速 率转换和 14bits 温度转换
内部集成 OTP,用于调试、校准和配置系统参数 (CV 电容阵列参数、CV 增益、高压共模及其增益、 PI 控制参数、温度补偿参数等)
驱动环路采用自激电路启动,启动完成后切换到 PLL 闭环控制模式,避免 PLL 闭环失锁的情况
适配表头谐振频率范围 8~20KHz,PLL 锁相精度 为 0.001°,PLL 带宽为 1KHz
内部集成移相调节电路,用于生成准确的解调时钟
检测开环,内置正补偿电路,包括电荷注入法和刚 度补偿法
开放的前端放大器检测结构,可适用于各种表头
检测端检测电容适配范围 0.5pF~8.45pF,驱动端 检测电容适配范围 80fF~4.7p,支持表头基础电容、 失配电容自校准
新颖的 CV 检测电路,噪声低,输出电压平滑、相 移小;
内部集成电荷泵及高压驱动放大器,可用于陀螺仪 系统反馈控制
可配置高压驱动放大器共模电压,可配置高压驱动 放大器增益,实现驱动环路增益配置
具备陀螺仪计表头自检功能
内置自检测和报错电路
内置基准和温度传感器电路
内置三阶温度补偿系统(数字)
工作温度范围:–55℃ 至 125℃
工作电流消耗:18mA
除非另有说明, @ 2 5 ℃, AVDD = 5 V
| 参数 | 条件 /注释 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
| 输出(模拟) | |||||
| 输出范围 | -4 | +4 | V | ||
| 非线性度 | 0.03 | 0.05 | % FS | ||
| 滤波器频率 | @-3dB | 1 | KHz | ||
| 输出(数字) | |||||
| ADC噪声 | dBV | ||||
| ADC输入电压范围 | 0.1~100Hz | -120 | ±4.0 | V | |
| 非线性度 | 0.05 | %FS | |||
| 数据速率 | 7.63 | 31.25K | SPS | ||
| ADC刻度因子(数字) | 1864135 | LSB/V | |||
| 检测CV | |||||
| 电容灵敏度 | 22.5 | V/pF | |||
| 匹配电容范围 | 0.5 | 8.45 | pF | ||
| 等效输入噪声 | 基础/寄生电容:4pF/14pF | 13 | zF/√Hz | ||
| 驱动CV | |||||
| 电容灵敏度 | 22.5 | V/pF | |||
| 匹配电容范围 | 0.5 | 8.45 | pF | ||
| 输出电压噪声 | 基础/寄生电容:4pF/14pF | 13 | zF/√Hz | ||
| 2.5V 基准电压 | |||||
| 输出参考电压 | 2.475 | 2.5 | 2.525 | V | |
| 温度系数 | 温度范围:-55°C ~ 125 °C | 4 | 20 | ppm/°C | |
| 短路电流 | 50 | µA | |||
| 输出电压噪声 | 0.1 Hz ~ 10Hz | 1.2 | µVrms | ||
| 温度传感器 | |||||
| 输出电压 | 2.44 | 2.47 | 2.50 | V | |
| 温度刻度因子(模拟) | 8.1 | mV/°C | |||
| 温度刻度因子(数字) | 72 |
LSB/°C |
|||
| 非线性度 | 0.1 Hz ~ 1 kHz | 2 | % | ||
| 输出电压噪声 | 16 | µVrms | |||
| 驱动高压输出 | |||||
| 输出差模电压噪声 | @16KHz、7.5V 共模 | 0.173 | µV/√Hz | ||
| 输出共模电压噪声 | @16KHz、7.5V 共模 | 0.145 | µV/√Hz | ||
| 增益调节范围 |
配置精度:0.125/LSB |
1 | 4.875 | ||
| 共模调节 范围 | 4 | 10 | V | ||
| 电源 | |||||
| 电源电压 | 4.75 | 5 | 5.25 | V | |
| 静态电流 | 18 | mA | |||
最大电源电压: 6 V
最大工作温度范围: -55 ℃ ~ 125 ℃
最大存储温度范围: -60 ℃ ~ 150 ℃
注意:超过以上数值的工作环境将对芯片造成永久的损害。以上数值的工作环境仅为极限条件。长时间工作在以上条件将有可能降低芯片的可靠性。

ESD【静电放电】敏感器件
带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。尽管本产品具有专用保护电路,但在遇到高能量ESD时,器件可能会损坏。因此,应当采取适当的ESD防范措施,以避免器件性能下降或功能损失。

表1芯片引脚芯片
| 编号 | 名称 | X 轴 (um) | Y 轴 (um) | 编号 | 名称 | X 轴 (um) | Y 轴 (um) |
| 1 |
HVDD
|
517.29
|
4914
|
25 |
AVSS
|
622.86
|
86 |
| 2 |
VCPO
|
732.65
|
4914
|
26 |
AVSS
|
422.86
|
86 |
| 3 |
TSTAIP
|
936.65
|
4914
|
27 |
AVDD
|
86 |
284
|
| 4 |
TSTAIN
|
1136.65
|
4914
|
28 |
AVDD
|
86 | 484 |
| 5 |
AVSS
|
1336.65
|
4914
|
29 |
AVDD
|
86 | 684 |
| 6 |
VDDL
|
1613.13
|
4914
|
30 | AVSS | 86 |
884
|
| 7 |
VDDL
|
1813.13
|
4914 | 31 |
AP_A
|
86 |
1088
|
| 8 |
VPP
|
2013.13
|
4914 | 32 |
AN_A
|
86 |
1292
|
| 9 |
VSSIO
|
3586.75
|
4914 | 33 |
FN_Q
|
86 |
1496
|
| 10 |
VDDIO
|
4651.99
|
4914 | 34 |
DN_A
|
86 | 1700 |
| 11 |
VDDIO
|
5164
|
4621.24
|
35 |
DP_A
|
86 | 1900 |
| 12 |
PD
|
5164 |
4421.24
|
36 |
DN_B
|
86 | 2300 |
| 13 |
CSN
|
5164 |
4171.24
|
37 |
MASS
|
86 | 2500 |
| 14 |
CKBS
|
5164 |
3657.04
|
38 |
DP_B
|
86 | 2700 |
| 15 |
SCK
|
5164 |
3142.85
|
39 |
MODES
|
86 | 2900 |
| 16 | BSI | 5164 |
2568.1
|
40 |
DP_A
|
86 |
3100
|
| 17 |
MOSI
|
5164 |
1993.35
|
41 |
DN_A
|
86 |
3300
|
| 18 |
BS2
|
5164 |
1551.83
|
42 |
FP_Q
|
86 |
3504
|
| 19 |
MISO
|
5164 |
1110.3
|
43 |
AN_A
|
86 |
3708
|
| 20 |
VARN_SYNC
|
4846.32
|
86
|
44 |
AP_A
|
86 |
3912
|
| 21 |
VARP
|
4206.93
|
86 | 45 |
AVSS
|
86 |
4116
|
| 22 |
VTEMP
|
3529.67
|
86 | 46 |
DVDD
|
86 |
4492.37
|
| 23 |
V4P5
|
1562.25
|
86 | 47 |
DVDD
|
86 |
4696.37
|
| 24 |
AVSS
|
822.86
|
86 |
由于该 ASIC 集成了各种可调功能,因此在与表头匹配时,需要对相应的寄存器进行软写或者硬写操作。 该芯片推荐使用 Labview 软件进行参数匹配,图 3 是我司推荐的界面,相关寄存器说明见表 3、4、5、6。建 议调试硬写操作见 附 A。

表 3 ZW-GY113-01BL 寄存器说明(参数配置)
| 寄存器名称 | 位宽 | 功能说明 | 注释 |
| A_CVCINT | 2 | 驱动 CV 控制电容 | 8~32pF |
| A_CVCREF | 2 | 驱动 CV 反馈电容 | 0:100fF;1:150fF;2:200fF;3:300fF |
| A_AMPGA | 5 | 驱动环路可调增益放大器增益选择 | 1~4.875[倍] |
| A_PHTRIM | 5 | 驱动环路可调增益放大器相移调节 | 填入具体相位补偿值即可,最大 1°。 |
| A_PIRF | 4 | 驱动自动增益控制器(PIC)输入 电阻选择 | 100~1600kohm |
| A_PIRF | 3 | 驱动自动增益控制器(PIC)反馈电阻选择 | 1~8Mohm |
| A_PLT | 1 | 驱动环路极性选择 | 0:正,1:负 |
| A_HVCM | 6 | 驱动环路高压驱动器共模电压选择 | 4~10V |
| A_HVGA | 5 | 驱动环路高压驱动器差模增益选择 | 1~4.875[倍] |
| RG_PGACFSL | 2 | 可调增益放大器滤波电容选择 | - |
| B_CVCINT | 2 | 驱动 CV 控制电容 | 8~32pF |
| B_CVCREF | 2 | 检测CV反馈电容 | 0:100fF;1:150fF;2:200fF;3:300fF |
| B_AMPGA | 5 | 检测环路可调增益放大器增益选择 | 1~4.875[倍] |
| B_PHTRIM | 检测环路可调增益放大器相移调节 | 填入具体相位补偿值即可,最大1°。 | |
| B_RNGSL | 3 | 检测输出增益选择 | 填入预期的下拉选项 |
| B_PLT | 1 | 检测输出极性选择 | 0:正,1:负 |
| QE_VCLTRISL | 1 | 正交闭环VGA增益选择 | - |
| QE_PIRI | 2 | 正交控制器PIC输入电阻 | - |
| QE_PIPLT | 1 | 正交控制器(PIC)极性选择 | 0:正,1:负 |
| QE_ENCJCOMP | 1 | 电荷注入正交补偿使能 | 高使能 |
| QE_CJCOMP | 8 | 电荷注入正交补偿配置 | - |
| HVSL | 6 | 电荷泵输出电压选择 | 8~20 [V] |
| VCOFCSL | 3 | 锁相环输入适配频率配置 | 8-22[kHz] |
| VCOF0SL | 2 | VCO频率精调 | - |
表 4 ZW -GY113 GY113GY113 -01BL 01BL寄存器说明( 数字校正 )
| 寄存器名称 | 位宽 | 功能说明 | 注释 |
| SF4 | 30 | 刻度因子 常数项 | 参数计算说明见 参数计算说明见 附 B。 |
| SF3 | 30 | 刻度因子一阶温度系数 | |
| SF2 | 30 | 刻度因子二阶温度系数 | |
| SF1 | 30 | 刻度因子三阶温度系数 | |
| BISA4 | 30 | 零偏常数项 | |
| BISA3 | 30 | 零偏一阶温度系数 | |
| BISA2 | 30 | 零偏二阶温度系数 | |
| BISA1 | 30 | 零偏三阶温度系数 | |
| GAIN | 15 | 数字放大倍数 |
表 5 ZW -GY113 GY113GY113 -01BL 01BL寄
| 临时 寄存器名称 | 位宽 | 功能说明 | 注释 |
| TST _EN | 1 | 1,TST_EN 为 1 时,选择需要监测的电路,可从VARP、VARN、VTEMP 引脚分别监测驱动、检测及PLL 相关波形。2,QEDMOD_EN 为 1 时,切换为正交测试模式,即输出为正交信号。 | |
| TST_APGA | 1 | 驱动环路可调增益放大器测试输出选择 | |
| TST _PLL | 1 | 锁相环测试输出选择 | |
| TST _API C | 3 | PIC测试选择(客户测试填4) | |
| TST _BPGA | 1 | 检测可调增益放大器测试输出选择 | |
| QEDMOD_EN | 1 | 正交解调使能 | |
| TST _CKN90 | 1 | 锁相环移相90度时钟测试输出 | |
| TST _CKPO | 1 | 锁相环锁相时钟测试输出 |
表 6 ZW-GY113-01BL 寄存器说明(数据采集配置)
| 寄存器名称 | 位宽 | 功能 | 说明 |
| READONLY | 1 | 数据输出格式控制 | 0:数据输出顺序依次为 DRDY 信号,随后为 24bit 加 速度信号等(默认); 1:数据输出顺序依次为 24bit 加速度信号,随后为 DRDY 信号等 |
| IIRBW | 3 | IIR 滤波器带宽选择 | 0:直通;1:100Hz;2:150Hz;3:200Hz:4:250Hz; 5:300Hz;6:350Hz;7:400Hz。默认直通。 |
| WAVG | 3 | 平均滤波器配置 | 配置平均滤波器平均点数,平均点数为 2^WAVG,WAVG=0 ~ 6,默认 WAVG=0。 |
| COMPSL | 1 | - | - |
| SYNC_EN | 1 | SYNC 使能 | 0:Normal 模式; 1:SYNC 模式。 |
| SOFT_COM_EN | 1 | - | - |
表 2 ZW-CA10B-01BL 寄存器说明
| 寄存器名称 | 位宽 | 功能说明 | 可调范围 |
| PICISL | 5 | PIC 输入电阻配置 |
2401~76kΩ,(step=-75kΩ)
|
|
PICFSL
|
7 | PIC 反馈电阻配置 |
1~2382.25kΩ,(step=18.75kΩ)
|
|
PICCDSL
|
3 | PIC 微分电容配置 |
3.5385~771.393pF,(step=109.6935pF)
|
|
PICCISL
|
3 | PIC 积分电容配置 |
403.389~1815.2505pF,(step==201.6945pF)
|
|
PICCLSL
|
3 | PIC 高频滤波电容配置 |
3.5385~771.393pF,(step=17.6925pF)
|
|
CBCSL
|
5 | 匹配电容配置 |
1~16.5pF,(step=0.5pF)
|
|
CCAN
|
12 | 零偏补偿电容配置 |
-460~+460fF
|
|
K0SLDIF
|
8 | 高压输出零偏校准配置 |
-1.8~1.8V
|
|
C2VCFSL
|
3 | CV 增益配置 | C2VCFSL =0.25 ,0.5,0.75 ,1.00 pF, 对应增益:4.5/ C2VCFSL V/pF |
|
K1SL
|
10 |
高压增益/标度因子配置
|
0~7.992[倍],(step=1/128)
|
|
HVCMSL
|
6 |
高压驱动共模电压配置
|
4.52~10V
|
|
HVSL
|
6 |
高压配置
|
9.04~20V
|
|
OUTPLT
|
1 |
输出极性配置
|
0/1
|
|
PHSSL
|
1 |
闭环正/负反馈配置
|
0/1
|
|
3TEN
|
2 |
适配 3/5 端表头配置
|
0:5 端表头;1~3:3 端表头
|
|
COMP1ST
|
6 |
一阶温度补偿调节
|
def:32d,实测推荐值 23
|
|
V2P5CLB
|
7 |
REF2.5V@25℃精度调节
|
def:96d, 实测推荐值 117
|
| BIAS4 | 30 |
零偏三阶方程常数项
|
含 1bit 符号位,默认值为 30`h0
|
| BIAS3 | 30 |
零偏三阶方程一阶系数
|
含 1bit 符号位,默认值为 30`h0
|
| BIAS2 | 30 |
零偏三阶方程二阶系数
|
含 1bit 符号位,默认值为 30`h0
|
| BIAS1 | 30 |
零偏三阶方程三阶系数
|
含 1bit 符号位,默认值为 30`h0
|
|
SF4
|
30 |
比例因子三阶方程常数项
|
含 1bit 符号位,默认值为 30`h10000000
|
|
SF3
|
30 |
比例因子三阶方程一阶系数
|
含 1bit 符号位,默认值为 30`h0
|
|
SF2
|
30 | 比例因子三阶方程二阶系数 |
含 1bit 符号位,默认值为 30`h0
|
|
SF1
|
30 | 比例因子三阶方程三阶系数 |
含 1bit 符号位,默认值为 30`h0
|
|
GAIN
|
16 |
输出增益
|
含 1bit 符号位,默认值为 16`h1000
|
|
COMPSL
|
1 |
温度补偿开启使能
|
0:开启(默认);1:关闭
|
|
OUTBW
|
3 |
平均滤波器带宽选择
|
0:31.25KHz ( 默 认 ); 1:15.625KHz ; 2:7.813KHz;3:3.906KHz;4:1.953KHz; 5:965Hz;6,7:488Hz |
|
IIRBW
|
3 |
IIR 滤波器带宽选择
|
0:直通(默认);1:100Hz;2:150Hz;3:200Hz: 4:250Hz;5:300Hz;6:350Hz;7:400Hz |
|
READONLY
|
1 |
数据输出格式控制
|
0:数据输出顺序依次为 DRDY 信号,随后为 24bit 加速度信号等(默认); 1:数据输出顺序依次为 24bit 加速度信号,随 后为 DRDY 信号等 |
|
SYNC_EN
|
1 | 外同步信号使能 | 0:不接受外同步信号(默认);1:接受外同步信 号 |
SPI 协议
ZW-GY113-01BL 采用标准 4 线 SPI 接进行通信,从模式运行。CSN 设置为低,初始化通信,MOSI 和 MISO 数据变化必须同步于 SCK 下降沿,主从采样必须同步于 SCK 的上升沿。支持最大时钟速率 20MHz。 ZW-GY113-01BL 内部寄存器读写格式如图 4、5 所示。第一 Byte 的最高位为读写标志位,‘1’表示 接下来为读操作,‘0’表示接下来为写操作,第一 Byte 的低 7 位为地址位,对应表 2 寄存器表。

数据采集
ZW-GY113-01BL 默认数据格式为:DRDY(1bit)+AR(24bits)+ERR(1bit)+TEMP(14bits)+FLG(8bits)。 当寄存器 READ_DATAONLY( REGL5E[7])配置为 1 时,只输出 24bits 角速率数据,数据格式为:AR(24bits)。
采集数据时,上位机要先发送 0XD1 命令,再采集数据。有两种数据采集模式:Normal 模式和 SYNC 模 式,如图 6、7 所示。
芯片默认数据采集模式时 Normal 模式。图 6 为 Normal 采集数据时序。当内部数据更新时,DRDY 置为 ‘1’,当数据被 SPI 采集后,DRDY 置为‘0’直至新的数据被更新,DRDY 再次被置为‘1’。DRDY 在数 据中的具体位置,受寄存器 READ_DATAONLY 控制,当 READ_DATAONLY=1 时,DRDY 在数据的第 25 位, 默认 READ_DATAONLY=0 时,DRDY 在数据的第 1 位。
随机采集模式时,为避免数据丢失,建议 SPI 的采集速率略高于 ZW-GY113-01BL 配置的数据输出速 率,可通过 DRDY 有效的去掉冗余数据。。

配置寄存器 SYNC_EN=1,芯片进入 SYNC 模式。图 7 为 SYNC 模式采集数据时序,采用下降沿同步数 据。SYNC 引脚下降沿锁定数据,DRDY 置为‘1’,当数据被 SPI 采集后,DRDY 置为‘0’直至新的同步沿 到来,数据再次更新,DRDY 再次置为‘1’。
SYNC 模式采集模式时,可通过加载速率匹配的同步信号与 SPI 采集信号,以避免数据的丢失或冗余。

低通滤波器
ZW-GY113-01BL 集成低通滤波器,低通滤波器由 3 阶 butterworth 滤波器和平均滤波器串联组成。可以 通过配置寄存器设置低通滤波器带宽,具体配置关系见表 6 ZW-GY113-01BL 寄存器说明(数据采集配置)。
A.1 软写 调试
(1)芯片上电,电流18mA左右,将进入写模式,运行labview程序,点击图4界面中的【软写】、【自校准CB】 (2)根据需求,对照第表3、4中的寄存器说明,调节相应的参数。 (3)见表5所述,可通过写临时寄存器监测内部信号。 注:软写模式下,断电后写入的数据就没有了。要在软写模式下测试,写入后需要一直保持上电状态,但烧写器可以去掉。
A.2 硬写
若想将软写调试好的参数固化在芯片里,需要对芯片进行硬写操作(写 OTP)。操作步骤如下:
(1) 运行 labview 程序,点击图 4 界面中的【硬写】,即可完成硬写操作。
(2) 点击硬写后可点击【读取】,检测是否写入正确的值。也可不进行读取。
(3) 断开 VPP 接的 7.7V 电压,重新上电后测试芯片输出,硬写过程完成。
注:
(1) ※ 软写(可反复擦除寄存器)时,进入软写测试模式。
(2)※ 硬写(烧写 OTP,参数固化)时,需要给 VPP 输入 7.7V 电压,进行硬写模式。
(3)※ 工作模式下, MODES 拉高到 5V,可进入模拟输出模式;拉低至低,可进入数 字输出模式。
(4)※ 硬写前一定要点击【自校准使能】
ZW-GY113-01BL 3 阶温度补偿参数计算如下所述:
将整器件置于温箱,采用温度循环或者定点方式测试零偏、刻度因子与温度的关系。零偏数据记为 K0 (24bit 有符号数),温度记为 TEMP(14bit 有符号数),刻度因子记为 K1(24bit 有符号数)。将上述三组数 据保存为正负十进制数,并对其进行扩位运算;
K0_30bit = K0 * 2^6;
K1_30bit = K1 * 2^6,找出 25℃(14bit 温度输出为 0)时的刻度因子 K1_25;
Temp_20bit = TEMP * 2^6;
以上数据中零偏、刻度因子的数据与温度点一一对应,按照以下公式,进行 3 阶拟合,并计算出补偿参数:
p1=polyfit(Temp_20bit,K0_30bit,3);
p2=polyfit(Temp_20bit,K1_25/K1_30bit,3);
BIAS1= dec2hex(round(p1(1)*2^59)));
BIAS2= dec2hex(round(p1(2)*2^38) );
BIAS3= dec2hex(round(p1(3)*2^19) );
BIAS4= dec2hex(round(p1(4)) );
SF1= dec2hex(round(p2(1)*2^85));
SF2= dec2hex(round(p2(2)*2^66) );
SF3= dec2hex(round(p2(3)*2^47));
SF4= dec2hex(round(p2(4)*2^28));
| 修订 | 日期 | 说明 |
| V0.01 | 2020年9月 | 初始版本 |
| V0.02 | 2020年11月 | 修改调试软件说明 |
| V1.0 | 2021年2月 | 增加原理图 |