安捷伦ADNS-3040是超低功耗鼠标传感器

日期：2020-2-25~~标签：~~ （来源：互联网）

说明

ADNS-3040是一种超低功耗光学导航传感器。它有一个新的，低功耗的架构和自动电源管理模式，使其非常适合电池和电源敏感的应用，如无绳输入设备。

ADNS-3040能够进行高速运动检测——高达20个IP和8G。此外，它还有一个片上振荡器和LED驱动器，以最小化外部组件。

ADNS-3040与ADNS-3120-001镜头、ADNS-2220夹子和HLMP-ED80-PS000 LED一起构成了一个完整而紧凑的鼠标跟踪系统。没有活动部件，这意味着高可靠性和对最终用户的维护更少。此外，不需要精确的光学对准，便于大批量装配。

传感器通过四线串行端口通过寄存器编程。它是用20针蘸液包装的。

操作理论

ADNS-3040基于光学导航技术，它通过光学获取连续的表面图像（帧）和数学确定运动的方向和幅度来测量位置的变化。

ADNS-3040包含图像采集系统（IAS）、数字信号处理器（DSP）和四线串行端口。

IAS通过透镜和照明系统获取微观表面图像。这些图像由数字信号处理器处理，以确定运动的方向和距离。数字信号处理器计算∏x和∏y的相对位移值。

外部微控制器从传感器串行端口读取∏x和∏y信息。然后，微控制器将数据转换成PS2、USB或RF信号，然后再将它们发送到主机PC或游戏机。

特征

低功耗架构；电池寿命最长的自调整节能模式；高达20 ips和8G的高速运动检测；智能速度；运动检测引脚输出；内部振荡器-无需时钟输入；可选400和800 cpi分辨率；宽工作电压：标称2.5V-3.6V；四线串行端口；最少的无源元件。

应用

光学小鼠；光学轨迹球；集成输入设备；电池供电输入设备。

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笔记：

1.尺寸单位为毫米（英寸）。

2.尺寸公差为±0.1mm。

3.导线共面度：0.01mm。

4.导距公差：±0.15mm。

5.累积节距公差：±0.15mm。

6.角度公差：±3.0度。

7.最大闪光+0.2毫米。

8.在导线的锥形侧切角（25°x 2）。

9.*这些尺寸仅供参考不应用于机械参考传感器。

光学鼠标传感器组件概述

Agilent Technologies提供了一个IGES文件图形，描述用于镜头和PCB对齐的基板成型特征。

当部件安装在底板上的规定特征上时，它们相互联锁。

ADNS-3040传感器设计用于安装在通孔PCB上，俯视。包装上有一个光圈挡块和与镜头对齐的特征。

ADNS-3120-001透镜为表面成像和表面照明提供光学元件最佳角度。特点在镜头上对准传感器、底板和夹子带着LED。

ADNS-2220夹持相对于镜头的LED。必须将LED插入夹子和LED的引线在加载到这个夹子把传感器到镜头，并通过镜头对准底板上的特征。

HLMP-ED80-PS000 LED是建议用于照明。

PCB组装注意事项

1、将传感器和所有其他电气部件插入PCB。

2、将LED插入装配夹并将其弯曲90度。

3、将LED/夹子组件插入PCB。

4、使用焊料夹具，在无清洗焊料工艺中对整个组件进行波峰焊料。在焊接过程中，需要焊料夹具来保护传感器。它还设置了正确的传感器到PCB的距离作为导线肩部通常不在PCB表面。夹具的设计应使传感器引线暴露在焊料中，同时保护光学孔径不受直接焊料接触。

5、将透镜放在底板上。

6、从传感器的光圈上取下保护卡普顿带。必须小心防止污染物进入孔内。建议在整个鼠标组装过程中不要将PCB朝上放置。

建议在去除卡普顿的过程中，先垂直固定印刷电路板。

7、将PCB组件插入镜片在底板上定位柱以保持印刷电路板装配。传感器光圈应该是自己的-对准镜头。

8、光学位置设置了PCB的参考靠着底板和镜头。

注意PCB运动由于按按钮必须最小化以保持光学对准。

9、安装鼠标顶壳。中一定有功能要压下的最上面的箱子在夹子上确保部件互锁到正确的垂直高度。

提高ESD性能的设计考虑为了提高静电放电性能，典型爬电距离和间隙距离如下表所示。假设：根据安捷伦提供的IGES文件和ADNS-3120-001镜头进行基板施工。

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注意

透镜材料为聚碳酸酯，因此不应使用氰基丙烯酸酯基粘合剂或其他可能损坏透镜的粘合剂。

法规要求

（1）、当使用屏蔽电缆组装成鼠标并遵循安捷伦的建议时，通过了FCC B和全球类似的排放限制。

（2）、当组装成带屏蔽电缆的鼠标并遵循安捷伦建议时，通过了IEC-1000-4-3辐射敏感度等级。

（3）、通过EN61000-4-4/IEC801-4 EFT测试，组装成带屏蔽电缆的鼠标，并遵循安捷伦的建议。

（4）、UL易燃等级UL94 V-0。

（5）、根据上述使用说明，提供足够的ESD爬电/间隙距离，以避免组装成鼠标时放电高达15kV。

绝对最大额定值

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推荐操作条件

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请注意，对于HSDL-4261红外LED，最小功率。

典型性能特征

典型路径偏差：45度时与直线的最大单垂线偏差；路径长度=4英寸；速度=6 ips；分辨率=400 cpi。

电源管理模式

ADNS-3040有三种节能模式。每个模式都有不同的运动检测周期，影响对鼠标的响应时间运动（响应时间）。传感器根据上次报告的运动（降档时间）后的时间自动切换到适当的模式。各模式参数如下表所示。

运动销正时

运动管脚是一个电平敏感的输出，在运动发生时向微控制器发送信号。只要设置了运动位，就降低运动管脚；换句话说，只要Delta_X或Delta_Y寄存器中有数据。清除运动位（通过读取Delta_Y和Delta_X，或写入运动寄存器）将使运动管脚变高。

LED模式

为了省电，LED不会持续亮起。ADNS-3040将仅在需要时闪烁LED。

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同步串行端口

同步串行口用于设置和读取ADNS-3040中的参数，并读取运动信息。

端口是四线串行端口。主微控制器总是启动通信；ADNS-3040从不启动数据传输。SCLK、MOSI和NCS可以由微型控制器。端口管脚可以与其他SPI从设备共享。当NCS引脚高时，输入被忽略，输出为三态。

构成SPI端口：

SCLK：时钟输入。它总是由主控制器（微控制器）生成。

MOSI:输入数据。（主输出/从输入）。

MISO:输出数据。（主输入/从输出）。

NCS:芯片选择输入（有效低）。NCS需要低才能激活串行端口；否则，MISO将为高Z，而MOSI和SCLK将被忽略。NCS还可用于在发生错误时重置串行端口。

芯片选择操作

NCS变低后串行端口被激活。如果在事务期间引发NCS，则整个事务将中止，串行端口将重置。所有交易都是这样。事务中止后，在开始下一个事务之前，仍然需要正常的数据地址或事务到事务延迟。为了提高通信的可靠性，所有的串行事务都应该由NCS构成。换言之，端口不应在不使用期间保持启用状态，因为ESD和EFT/B事件可以解释为串行通信，并将芯片置于未知状态。此外，必须在每个突发模式事务完成后引发NCS以终止突发模式。在突发模式终止之前，端口无法继续使用。

写操作

写操作，定义为从微控制器到ADNS-3040的数据，总是由微控制器发起，由两个字节组成。第一个字节包含地址（七位），并有一个“1”作为其MSB来指示数据方向。第二个字节包含数据。ADNS-3040在SCLK的上升沿读取MOSI。

读取操作

读操作，定义为从ADNS-3040到微控制器的数据，总是由微控制器发起，由两个字节组成。第一个字节包含地址，由微控制器通过MOSI发送，并以“0”作为其MSB以指示数据方向。第二个字节包含数据，由MISO上的ADNS-3040驱动。传感器输出SCLK下降沿上的MISO位和SCLK上升沿上的采样MOSI位。

注：SCLK的0.5/f最小高态也是ADNS-3040的最小MISO数据保持时间。由于SCLK的下降沿实际上是下一个读或写命令的开始，ADNS-3040将保持MISO上的数据状态，直到SCLK的下降沿。

读写命令之间所需的定时

串行端口上的读写命令之间有最低的计时要求。

如果第二个写入命令的最后一个数据位的SCLK上升沿出现在所需延迟（t）之前，则第一个写入命令可能无法正确完成。

如果读取命令的最后一个地址位的SCLK上升沿出现在所需延迟（t）之前，则写入命令可能无法正确完成。

在读取操作期间，SCLK应在最后一个地址数据位之后至少延迟t，以确保ADNS-3040有时间准备请求的数据。读或写命令的第一个地址位的SCLK下降沿必须至少是上一个读操作的最后一个数据位的最后一个SCLK上升沿之后的t或t。

突发模式操作

突发模式是一种特殊的串行端口操作模式，可用于减少运动读取的串行事务时间。通过从多个寄存器连续进行数据时钟，无需指定寄存器地址，也无需数据字节之间的正常延迟周期，实现了速度的提高。

通过读取运动脉冲激活脉冲模式登记。ADNS-3040将以该顺序响应运动、Delta_Y、Delta_X、SQUAL、Shutter_Upper、Shutter_Uper和Maximum_Pixel寄存器的内容。在读取序列的前3个字节后，通过提高NCS pin，可以终止突发事务。发送寄存器地址后，微控制器必须等待t，然后开始读取数据。所有数据位可以是以正常速率驱动SCLK，在字节之间无延迟读取。在接收到最后一个地址位后，数据被锁存到输出缓冲器中。在突发传输完成后，微控制器必须提升NCS线路至少t以终止突发模式。串行端口在使用NCS重置之前不可用，即使是第二次突发传输。

通电注意事项

ADNS-3040没有进行内部通电自复位上电复位寄存器每次都要写通电。这个适当的顺序是跟随：

1、施加功率；；

2、先高后低驱动NCS以重置SPI端口

3、将0x5a写入寄存器0x3a；

4、从寄存器0x02、0x03和0x04读取（或从突发运动读取相同的3字节寄存器0x42）一次，不考虑运动管脚的状态。

在通电过程中，电源电压高后，时钟可用前，会有一段时间。下表显示了通电和复位期间各个管脚的状态。

VDD有效后的信号管脚状态

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关机及强制休息注意事项

ADNS-3040可以通过配置位寄存器（0x11）在静止模式下设置。这是为了在传感器不需要一直工作的应用中进一步节省功率。

可以通过断言SHTDWN管脚将ADNS-3040设置为关机模式。为了正常工作，SHTDWN脉冲宽度必须至少为t。较短的脉冲宽度可以使芯片进入未定义状态。此外，断言SHTDWN时不应访问SPI端口。（只要传感器的NCS引脚未被断言，就可以访问同一SPI总线上的其他IC。）下表显示了关机期间各种引脚的状态。解除SHTDWN资产后，必须启动完全重置。

在访问SPI端口之前等待t，然后写入0x5A上电复位寄存器。然后必须重新加载任何寄存器设置。

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*如果SPI总线与其他设备共享，则NCS引脚必须保持为1（高）。如果传感器是微控制器之外的唯一设备，则它可以处于任一状态。

注：从关机到强制休息有很长的唤醒时间。这些功能不应用于正常鼠标移动期间的电源管理。

寄存器

ADNS-3040寄存器可通过串行端口访问。寄存器用于读取运动数据和状态以及设置设备配置。

产品ID 地址：0x00

访问：读取重置值：0x0D

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数据类型：8位无符号整数

用法：此寄存器包含分配给ADNS-3040的唯一标识。此寄存器中的值不变；它可用于验证串行通信链路是否正常工作。

修订ID 地址：0x01

访问：读取重置值：0x02

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数据类型：8位无符号整数

用法：此寄存器包含IC版本。当新的集成电路版本发布时，它可能会发生变化。

运动地址：0x02号

访问：读/写重置值：0x00

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数据类型：位字段。

用法：寄存器0x02允许用户确定自上一个读到的时间。如果设置了MOT位，则用户应读取寄存器0x03和0x04以获得累积运动。在读取增量Y和增量X寄存器之前，请先读取此寄存器。

向该寄存器写入任何内容都会清除MOT和OVF位、Delta_Y和Delta_X寄存器。写入的数据字节未保存。

内部缓冲区可为X或Y累积超过8位的运动。如果其中一个内部缓冲区溢出，则绝对路径数据丢失，并设置OVF位。一旦从Delta_X和Delta_Y寄存器中读取了某个运动，并且缓冲区未满刻度，则清除该位。由于缓冲区中存在更多数据，应重复读取运动、增量X和增量Y寄存器的周期，直到清除运动位（MOT）。在MOT被清除之前，Delta_X或Delta_Y寄存器将读取正或负满刻度。如果运动寄存器长时间未被读取，则在400 cpi时，清除缓冲区可能需要16个读取周期，在800 cpi时，最多需要32个周期。要清除溢出，请将任何内容写入此寄存器。

每当像素转储中有一个有效的像素数据字节可用时，将设置PIXRDY位登记。在从像素转储读取之前，请检查是否设置了此位。以确保Pixel_Grab指针在初始写入Pixel_Grab时已重置为Pixel 0,0，请检查PIXFIRST设置为高。

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Delta Y 地址：0x03

访问：读取重置值：未定义

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数据类型：8位2的补码。

用法：Y移动是自上次报告以来的计数。绝对值由分辨率决定。

读取清除寄存器。

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注：安捷伦建议按顺序读取寄存器0x03和0x04。

Delta X 地址：0x04

访问：读取重置值：未定义

1.3.png

数据类型：8位2的补码。

用法：X移动是自上次报告以来的计数。绝对值由分辨率决定。

读取清除寄存器。

1.4.png

注：安捷伦建议按顺序读取寄存器0x03和0x04。

SQUAL 地址：0x05

访问：读取重置值：未定义

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数据类型：9位无符号整数的上8位。

用法：SQUAL（表面质量）是测量传感器在当前帧中可见的有效特征数。

最大SQUAL寄存器值为TBD。由于当前帧中的微小变化会导致SQUAL的变化，因此在查看曲面时，SQUAL的变化是意料之中的。下图显示了500个连续获取的SQUAL值，同时传感器在白纸上缓慢移动。如果传感器下面没有表面，则squl几乎等于零。当导航面与成像透镜的最佳距离（标称Z高度）时，SQUAL通常最大化。

Shutter_Upper 地址：0x06

访问：读取重置值：未定义

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Shutter_Lower 地址：0x07

访问：读取重置值：未定义

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数据类型：16位无符号整数。

用法：单位是时钟周期。先读快门上，然后读快门下。它们应该连续阅读。调整快门以使平均和最大像素值保持在正常工作范围内。快门值自动调整。

最大像素地址：0x08

访问：读取重置值：欠精

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数据类型：8位数字。

用法：当前帧中的最大像素值。最小值=0，最大值=254。最大像素值可以随每帧而变化。

像素总和地址：0x09

访问：读取重置值：未定义

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数据类型：无符号17位整数的高8位。

用法：此寄存器用于查找平均像素值。它报告16位计数器的7位，该计数器对当前帧中的所有像素求和。它可以描述为全和除以512。要查找平均像素值，请使用以下公式：平均像素=寄存器值*128/121=寄存器值*1.06,最大寄存器值为240。最小值为0。像素和值可以在每帧上更改。

最小像素地址：0x0a

访问：读取重置值：未定义

3.3.png

数据类型：8位数字。

用法：当前帧中的最小像素值。最小值=0，最大值=254。最小像素值可以随每帧而变化。

像素抓取地址：0x0b

访问：读/写重置值：未定义

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数据类型：8位字。

用途：为了测试，传感器将读出像素阵列的内容，每帧一个像素。若要启动像素抓取，请将任何内容写入此寄存器以将指针重置为像素0,0。然后读取运动寄存器中的像素位。设置PIXRDY位时，此寄存器中有有效数据可供读取。读取此寄存器中的数据后，指针将自动增加到下一个像素。读取可以无限期地继续；一旦读取完整帧的像素值，PIXFIRST将设置为high以指示第一个像素的开始，地址指针将再次从开始位置开始。

像素地址图（通过ADNS-3120-001镜头查看）