ADXL345 als klassischer digitaler Beschleunigungssensor

Der ADXL345BCCZ ist ein bewährter Bezugspunkt für die digitale dreiachsige Beschleunigungsmessung. In einem 3 x 5 x 1 mm großen LGA mit 14 Anschlüssen vereint er die Messbereiche +/-2 g, +/-4 g, +/-8 g und +/-16 g, I2C oder SPI, zwei Interruptausgänge und einen FIFO mit 32 Einträgen. Damit eignet er sich für Neigungsmesser, Handsteuerungen, Stoßaufzeichnung und Vibrationsknoten mittlerer Bandbreite, sofern Mechanik und Abtastzeit genauso sorgfältig ausgelegt werden wie der Schaltplan.

Die Bezeichnung klassisch beschreibt seine lange Einsatzgeschichte. Sie rechtfertigt nicht, das Layout eines alten Entwicklungsmoduls ungeprüft zu übernehmen. Der ADXL345 besitzt getrennte Versorgungen für Sensor und digitale Schnittstelle, verlangt feste Pegel an den Modusanschlüssen und verbraucht abhängig von der Bandbreite unterschiedlich viel Strom. Seine LGA-Lötstellen liegen unter dem Gehäuse, und Leiterplattenbiegung kann größere Messfehler verursachen als die Elektronik.

Auf der am 16. Juli 2026 geprüften Produktseite führte Analog Devices den ADXL345BCCZ mit dem Status Produktion. Diese Aussage ist an das Prüfdatum gebunden und keine dauerhafte Lieferzusage. Vor einer Freigabe oder größeren Beschaffung sind die vollständige Bestellbezeichnung und der aktuelle Herstellerstatus erneut zu prüfen.

Inhalt

• Messaufgabe und Anwendungsgrenzen
• Gehäuse, Footprint und Achsausrichtung
• Versorgung, Entkopplung und Einschaltfolge
• I2C, SPI und Interruptführung
• Messbereich, Bandbreite, FIFO und Zeitbasis
• Mechanische Platzierung, Kalibrierung und Systemprüfung
• Lebenszyklus und abschließende Kontrollen

Die Entwurfsentscheidungen vor dem Schaltplan festlegen

Die tatsächliche Messaufgabe abgrenzen

Der ADXL345 misst die spezifische Kraft entlang dreier orthogonaler Achsen. Bei einem ruhenden Neigungsmesser liefert die Schwerkraft eine Referenz. In Bewegung enthalten dieselben Kanäle auch lineare Beschleunigung, Stoß und Strukturvibration. Eine Handsteuerung kann schnelle Bewegung glätten, während ein Stoßschreiber genau diesen kurzen Verlauf erhalten muss.

Im Modus mit voller Auflösung bleibt der Nennmaßstab über die Bereiche bei etwa 3,9 mg/LSB. Digitale Auflösung ist jedoch keine absolute Genauigkeit. Nullpunkt, Empfindlichkeit, Querachsenanteil, Einbaulage und Temperatur wirken auf das Ergebnis. Zusätzliche Bits beseitigen weder Gehäusespannung noch eine ungeeignete Bandbreite.

Vor der Registerkonfiguration sind maximale Beschleunigung, kleinste nutzbare Änderung, Messbandbreite, zulässige Verzögerung und Leistungsgrenze zu definieren. Transport, Sturz und Fehlerfälle gehören dazu. Ein ruhiger +/-2-g-Neigungsmesser kann beim Herunterfallen sättigen; ein permanenter +/-16-g-Bereich verschenkt dagegen Auflösung im Normalbetrieb.

Den 3 x 5 mm großen 14-poligen LGA korrekt aufbauen

Der ADXL345BCCZ kommt in einem 3 x 5 x 1 mm großen LGA mit 14 Anschlüssen. Die Kontakte liegen unter dem Gehäuse, sodass die Oberseite keine Aussage über die Lötqualität erlaubt. Das Landmuster muss aus der kontrollierten Herstellerzeichnung stammen. Pin 1, Lötstoppmaske und Pastenauftrag werden mit dem Bestücker abgestimmt. Ein Hobby-Modul kann den Sensor gedreht sowie Pegelwandler oder Regler ergänzt haben und ist deshalb keine Footprint-Referenz.

Gehäuseachsen, Leiterplattenachsen und Produktachsen gehören in eine gemeinsame Zeichnung. Eine geplante Drehung kann die Software eindeutig umrechnen. Eine nicht dokumentierte Spiegelung oder Drehung kehrt Vorzeichen um und macht Kalibrierdaten unbrauchbar. Die Transformation gehört in die Prüfspezifikation.

Für die verdeckten Lötstellen ist ein qualifizierter Prozess erforderlich. Röntgenprüfung oder ein Prozesscoupon können die Reflow-Qualität absichern. Kleine Testpunkte für Bus, Interrupts und Versorgung sind sinnvoll, dürfen aber keinen schweren Stecker oder Prüfadapter unmittelbar neben dem Sensor erzwingen.

Den Sensor an einem glaubwürdigen Messpunkt montieren

Analog Devices empfiehlt eine Position nahe einem harten Befestigungspunkt der Leiterplatte am Gehäuse. Eine frei schwingende Ecke erzeugt scheinbare Beschleunigung, die nicht der Gehäusebewegung entspricht. Mehrere nahe Befestigungen oder ein dickerer lokaler PCB-Bereich verringern den Einfluss von Resonanzen.

Ein Neigungsmesser braucht eine steife Kopplung an den zu messenden Rahmen. Bei der Vibrationsmessung sind Klebstoff, Abstandshalter, Platinendicke und Gehäusemoden Teil der Übertragungsfunktion. Die vollständige Baugruppe ist mit bekannter Anregung zu prüfen; die Platine darf nicht als ideal starr angenommen werden.

Pressverbinder, Schrauben und schwere Bauteile sollten genügend Abstand halten. Leiterplattenbiegung kann den MEMS-Offset ändern, obwohl die Kommunikation fehlerfrei bleibt. Auch die thermische Ausdehnung eines Prozessors oder Reglers kann langsam verschieben. Wärmequellen sind daher zu trennen und das Verhalten während des Aufwärmens zu messen.

VS, VDD I/O und Entkopplung bewusst verdrahten

VS darf 2,0 bis 3,6 V betragen. VDD I/O kann zwischen 1,7 V und VS liegen und damit einen niedrigeren Hostpegel unterstützen; VS muss mindestens so hoch wie VDD I/O sein. Beide Schienen sind beim Einschalten, bei Funkübertragung, Anzeigeaktualisierung und Lastwechsel zu beobachten.

Das Datenblatt empfiehlt 1 microfarad an VS und 0,1 microfarad Keramik an VDD I/O, jeweils direkt an den Anschlüssen. Kurze, niederimpedante Rückwege sind ebenso wichtig wie die Werte. Ein weit entfernter Bulk-Kondensator ersetzt keine Hochfrequenzentkopplung. Zusätzliche Filter werden nach Herstellerangabe mit dem echten Regler und der Last geprüft.

Die Konfiguration erfolgt zweckmäßig im Bereitschaftszustand. Erst nach stabiler Versorgung und Schnittstelle wird der Messbetrieb aktiviert. Beim Wiedereinschalten müssen beide Domänen wie vorgeschrieben entladen sein. I2C-Pullups, SPI und Interruptpfade dürfen den unversorgten Sensor nicht rückwärts speisen.

I2C oder SPI anhand des Datenwegs auswählen

I2C benötigt zwei gemeinsam genutzte Leitungen. Der ADXL345 unterstützt 100 und 400 kHz, sofern die Busparameter eingehalten werden. Bei niedrigem ALT ADDRESS lautet die 7-Bit-Adresse 0x53, bei hohem Pegel 0x1D. Für I2C liegt CS fest an VDD I/O, und ALT ADDRESS erhält ebenfalls einen definierten Pegel.

Die Busgeschwindigkeit begrenzt die Ausgangsdatenrate. Analog Devices empfiehlt bei 400 kHz höchstens 800 Hz ODR, bei 100 kHz höchstens 200 Hz. Verkehr anderer Teilnehmer, Hostplanung, Pullups und Leitungskapazität sind mitzurechnen. Eine passende Nennrate verhindert nicht automatisch verlorene Samples.

SPI arbeitet mit drei oder vier Leitungen bis 5 MHz und der dokumentierten Taktpolarität und -phase. Es eignet sich für höheren Durchsatz oder eigenen Chip Select. Da CS zugleich den Schnittstellenmodus beeinflusst, sind Ruhestände und Flanken direkt am Sensor zu prüfen.

Den beiden Interruptleitungen klare Aufgaben geben

INT1 und INT2 sind Push-Pull-Ausgänge und standardmäßig aktiv High. Ereignisse lassen sich auf beide Pins verteilen. Vor dem Aktivieren wird festgelegt, welcher Pin Datenbereit- oder FIFO-Dienste und welcher Aktivität, freien Fall oder Tippen meldet. Die Zuordnung muss zu den Weckeingängen des Controllers passen.

Die Spezifikation soll festhalten, ob ein Ereignis gehalten wird und welcher Registerzugriff es löscht. Die Firmware liest zuerst die Quelle. Teilen sich mehrere Funktionen eine Leitung, sind alle aktiven Quellen zu bedienen. Einzeltests allein decken Wechselwirkungen beim Löschen nicht ab.

Die Leitungen bleiben kurz und fern von Schaltknoten. Testpunkte erlauben den zeitlichen Vergleich von realer Bewegung, Interrupt und Buszugriff. Bei einer abschaltbaren Controllerdomäne müssen Leckstrom und Rückspeisung in jeder Versorgungslage geprüft werden.

Messbereich, Auflösung, Bandbreite und Strom zusammen wählen

Bei voller Auflösung steigt die Bitzahl mit dem Bereich bis auf 13 Bit bei +/-16 g, während der Maßstab ungefähr 3,9 mg/LSB bleibt. Im festen 10-Bit-Modus ändert sich der Faktor mit dem Bereich. Die Software muss das aktive Format kennen, sonst werden gültige Rohdaten falsch umgerechnet.

Die ODR ist von 0,1 bis 3200 Hz wählbar; die Bandbreite hängt typischerweise mit der halben ODR zusammen. Eine hohe Rate erfasst schnelle Ereignisse, erhöht jedoch Buslast und Rauschen. Die Rate wird aus Signalspektrum und Verzögerung gewählt und anschließend mit Stromaufnahme und Filterantwort geprüft.

Der Stromsparmodus verändert bei bestimmten Raten die interne Abtastung und nimmt mehr Rauschen in Kauf. Normal- und Stromsparbetrieb sind mit realen Daten zu vergleichen. Eine kleine Stromersparnis darf keine falschen Vibrationsalarme oder unruhige Neigungswerte erzeugen.

Die Chronologie des 32-Einträge-FIFO erhalten

FIFO-, Stream- und Triggermodus halten bis zu 32 Beschleunigungseinträge. Das reduziert Hostzugriffe und kann Daten um ein Ereignis speichern. Bei der gewählten ODR ist die Füllzeit zu berechnen. Mit 100 Hz decken 32 Einträge weniger als eine Sekunde ab, weshalb die Interruptlatenz begrenzt werden muss.

X, Y und Z werden in einem Mehrbytezugriff gelesen, damit keine Bytes verschiedener Aktualisierungen gemischt werden. Überlauf und Wasserstand sind auszuwerten. Gehen Daten verloren, wird die Zeitlücke markiert und die Datensatzgrenze neu synchronisiert.

Im Triggermodus bleiben Vorereignisdaten erhalten, gefolgt von einer festgelegten Zahl neuer Samples. Kontrollierte Stöße prüfen Quelle, Tiefe und Auslesefolge. Mit den Messdaten werden Bereich, ODR, Bandbreite und Zeitbasis gespeichert.

Das montierte Gerät kalibrieren

Eine Sechs-Lagen-Prüfung mit der Schwerkraft ist der Ausgangspunkt. Jede Achse wird in bekannte Richtungen gebracht und auf ungefähr +1 g und -1 g geprüft, während die anderen Achsen nahe null liegen. Daraus entstehen Offset-, Empfindlichkeits- und Querachsenwerte. Kalibriert wird die fertige Baugruppe, weil Löten, PCB-Spannung und Gehäusemontage das Ergebnis beeinflussen.

Ein Neigungsmesser wird bei bekannten Winkeln und über die Einsatztemperatur geprüft. Ein Vibrationsknoten wird auf derselben Struktur mit einem rückführbaren Referenzsensor verglichen. Sensorrauschen, Leiterplattenresonanz und Prüfaufbau sind getrennt zu betrachten.

Der eingebaute Selbsttest folgt dem Datenblattverfahren. Er bewegt die Sensorstruktur elektrostatisch und prüft Teile des mechanischen und elektronischen Pfads, ersetzt aber keine absolute Kalibrierung. Die Reaktion jeder Achse wird unter den vorgeschriebenen Bedingungen dokumentiert.

Lebenszyklus und Ersatzrisiko präzise behandeln

Herstellerseite und Bestelltabelle sind die Quellen für den Lebenszyklus. Die Familie enthält mehrere Suffixe und Varianten mit unterschiedlichem Qualifikationsumfang. Einkauf und Wareneingang müssen die vollständige Bestellbezeichnung, das Gehäuse und den Temperaturbereich erhalten.

Ein Ersatz wird bei Footprint, Achsen, Versorgung, Schnittstelle, Adresse, Interrupts, Registersatz, FIFO, Bereich, Bandbreite, Strom und Kalibrierung geprüft. Ein neuerer Dreiachsensensor kann die Messaufgabe erfüllen und trotzdem Änderungen an Platine und Firmware verlangen.

Die verwendete Datenblattrevision und das Prüfdatum werden aufgezeichnet. Aussagen zu Lagerbestand, Liefertermin oder künftiger Produktion dürfen daraus nicht abgeleitet werden.

ADXL345-Auslegung abschließen

• ADXL345BCCZ, 14-poligen LGA, Pin 1 und Achsen bestätigen.
• Nahe einer starren Befestigung und fern von Wärme und Leiterplattenspannung platzieren.
• VS, VDD I/O, lokale Entkopplung und alle Versorgungszustände messen.
• CS und ALT ADDRESS festlegen und die gewählte Schnittstelle am Sensor prüfen.
• INT1 und INT2, Löschverhalten und gleichzeitige Ereignisse testen.
• Bereich, Format, ODR, Bandbreite und Strommodus aus Messdaten wählen.
• FIFO, Überlauf, Kalibrierung, Selbsttest und Mechanik prüfen.
• Datierten Herstellerstatus festhalten und jeden Ersatz neu qualifizieren.