AN3393
Application note
L3G4200D: three axis digital output gyroscope
Introduction
This document is intended to provide usage information and application hints related to ST
L3G4200D 3-axial digital gyroscope.
The L3G4200D is an is three-axis angular rate sensor, with a digital I
2
C/SPI serial interface
standard output.
The device has a full scale of ±250/±500/ ±2000 dps and is capable of measuring rates with
a user-selectable bandwidth.
The device may be configured to generate interrupt signals by an independent wake-up
event. Thresholds and timing of the interrupt generator are programmable by the end user
on the fly.
The L3G4200D has an integrated 32-level first in first out (FIFO) buffer allowing the user to
store data for host processor intervention reduction.
The L3G4200D is available in a small thin plastic land grid array package (LGA 4x4x1.1)
and it is guaranteed to operate over an extended temperature range from -40 °C to +85 °C.
The ultra small size and weight of the SMD package make it an ideal choice for handheld
portable applications such as cell phones and PDAs, or any other application where
reduced package size and weight are required.
April 2011
Doc ID 018750 Rev 1
1/41
www.st.com
Contents
AN3393
Contents
1
2
Registers table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Operating modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1
2.2
2.3
2.4
Power-down mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Sleep mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Normal mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Switch mode timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3
Startup sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1
Reading angular rate data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1.1
3.1.2
3.1.3
Using the status register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Using the data-ready (DRY) signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Using the block data update (BDU) feature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2
Understanding angular rate data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2.1
3.2.2
3.2.3
Data alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Big-little endian selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Example of angular rate data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4
Digital filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.1
4.2
4.3
Filters configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Low pass filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
High Pass filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.3.1
4.3.2
4.3.3
Normal mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Reference mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Autoreset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
5
Interrupt generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
Interrupt pin configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Interrupt configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Threshold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Duration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Selective axis movement and wake-up interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5.5.1
Wake-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
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AN3393
5.5.2
5.5.3
Contents
HP filter bypassed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Using the HP filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.6
Selective axis movement detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
6
First in first out (FIFO) buffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6.1
6.2
FIFO description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
FIFO registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
6.2.1
6.2.2
6.2.3
Control register 5 (0x24) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
FIFO control register (0x2E) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
FIFO source register (0x2F) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
6.3
FIFO modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
6.3.1
6.3.2
6.3.3
6.3.4
6.3.5
Bypass mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
FIFO mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Stream mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Stream-to-FIFO mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Bypass-to-stream mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
6.4
6.5
Watermark . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Retrieve data from FIFO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
7
8
Temperature sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Doc ID 018750 Rev 1
3/41
List of tables
AN3393
List of tables
Table 1.
Table 2.
Table 3.
Table 4.
Table 5.
Table 6.
Table 7.
Table 8.
Table 9.
Table 10.
Table 11.
Table 12.
Table 13.
Table 14.
Table 15.
Table 16.
Table 17.
Table 18.
Table 19.
Table 20.
Table 21.
Table 22.
Table 23.
Table 24.
Table 25.
Table 26.
Table 27.
Table 28.
Table 29.
Table 30.
Table 31.
Table 32.
Table 33.
Registers table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Operating mode selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Data rate configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Power consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Turn-on time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Output data registers content vs. angular rate (FS = 250 dps). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
CTRL_REG5 register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Out_Sel configuration setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
INT_SEL configuration setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Low pass filters cut-off frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
CTRL_REG2 register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
High pass filter cut-off frequency [Hz] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
High pass filter mode configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Reference mode LSB value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
CTRL_REG3 register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
CTRL_REG3 description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
INT1_CFG register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
INT1_CFG description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Interrupt mode configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
INT1_THS_xH register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
INT1_THS_xL register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Threshold LSB value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
INT1_DURATION register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
INT1_DURATION description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Duration LSB value in normal mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
FIFO buffer full representation (32nd sample set stored) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
FIFO overrun representation (33rd sample set stored and 1st sample discarded). . . . . . . 28
FIFO enable bit in CTRL_REG5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
FIFO_CTRL_REG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
FIFO_SRC_REG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
FIFO_SRC_REG behavior assuming FTH[4:0] = 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
CTRL_REG3 (0x22) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
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List of figures
List of figures
Figure 1.
Figure 2.
Figure 3.
Figure 4.
Figure 5.
Figure 6.
Figure 7.
Figure 8.
Figure 9.
Figure 10.
Figure 11.
Figure 12.
Figure 13.
Figure 14.
Figure 15.
Figure 16.
Figure 17.
Figure 18.
Figure 19.
Figure 20.
Figure 21.
Figure 22.
Data ready signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Low-pass/High-pass filter connections block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
HP_FILTER_RESET readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Reference mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Autoreset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Interrupt signals and interrupt pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Wait disabled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Wait enabled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
No-move, wake-up interrupt generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
NM_WU_CFG high and low . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Wake-up interrupt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
No-move interrupt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
FIFO_EN connection block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
FIFO mode behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Stream mode fast reading behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Stream mode slow reading behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Stream mode slow reading zoom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Stream-to-FIFO mode: interrupt not latched . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Stream-to-FIFO mode: interrupt latched . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Bypass-to-stream mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Watermark behavior - FTH[4:0] = 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
FIFO reading diagram - FTH[4:0] = 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
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