隨著筆記本電腦（NB）、便攜式媒體播放器（PMP）和個人數字助理（PDA）等便攜產品的應用日趨廣泛，硬盤驅動器的需求也水漲船高。與此同時，這些產品也迫切需要避免因用戶不慎使其墜地而給硬盤帶來的嚴重損害。

　　為了使硬盤應用更加穩定，必須或主動或者被動地增強其抗沖擊性。在被動保護方面，通常只要采用橡膠或瞬間膠（gel）等能夠吸引撞擊能量的材料就可以了。但是，如果便攜產品從高于一米的地方墜落，這類保護就失去了其功效。因此，便攜設備中并不采用這種被動保護方式，而通常采用主動保護的方式，也就是當加速計檢測到物體正在墜落時，能主動停止讀/寫磁頭的工作，以避免磁頭與磁盤發生碰撞。這種保護方法被IBM公司率先商用于2003年10月上市的筆記本電腦。

　　當一個物體突然墜落時，加速度計可以檢測到加速度沿著三個軸的方向減小到0，這是因為加速度計與墜落的物體以相同的加速度墜向地面。當然，墜落的物體同時還可能具有角加速度。傳統的硬盤保護算法基于自由落體建模，加速度計的輸出具有四個連續的過程：靜止、翻轉、自由落體和撞擊。當一個物體從桌上墜落過程中，它在靜止、翻轉和自由降落階段的加速度很小，但在碰撞階段則迅猛加大。

　　如果能盡早檢測到物體墜落，那么就會有更多的時間來采取保護措施。雖然傳感器的輸出在翻轉階段會出現變化，但差值還不夠顯著，不足以立即直接觸發硬盤保護功能生效。但是，從（下圖1）我們可以看出，如果得出在翻轉期間的加速度計在X軸和Y軸的輸出對時間的導數的平方和函數，就能檢測到一個很明顯的信號。該圖是根據12位模數轉換的輸出值計算出來的，采樣時間間隔是5ms。

　　正如我們所預料到的，在翻滾階段，時間導數的平方和很大；但到了自由落體階段，這個數值就變得很小。通過這一系列數據的變化，我們可以很確切的判斷物體墜落現象的發生?，F在，我們可以確定一種新的檢測算法，在此稱之為微分加速度算法：

　?。╠X/dt）2 + （dY/dt）2 》 閾值

　　系統要應用微分加速度算法，可采用雙軸加速度計ADXL320、軌到軌放大器AD8542和智能模擬微控制器ADuC832，其框圖如圖2所示。加速度計由一個傳感器和信號調節電路組成，從而實現開環加速度檢測。模擬輸出電壓與加速度成比例變化。表面微加工多晶硅傳感器通過多晶硅彈簧懸掛在硅晶圓表面上，使用一個差分電容器來檢測差分信號，差分電容器由固定在硅上的固定板和附在傳感器上的可移動板組成。固定板由相位相差180度的平方波來驅動。當物體受到使其加速的力時，傳感器的軸就會發生傾斜，于是差分動電容器失去平衡，這將使得輸出值的平方隨著加速度值的變化也成比例地波動。相敏檢波電路調整信號并且確定加速度是正值還是負值。

　　圖1

　　有人也許會問，硬盤保護系統是否需要一個三軸的傳感器？答案是否定的。正如上文所述，在保護系統中使用雙軸加速度計ADXL320，便可實現前面提到的加速度差值算法，雙軸傳感器除了能節約成本，還可以節省空間降低功耗。

　　圖2：在硬盤保護系統中無須采用三軸傳感器，采用雙軸加速度計即可，并能節省空間和降低功耗。

　　我們所構建的硬盤保護系統，從自由落體開始到報警信號產生的響應時間是40ms，每個通道的采樣率是300Sa/s，傳感器的帶寬是100Hz。硬盤磁頭停止工作的時間不能超過150ms，所以從檢測到物體下落到磁頭完全停止工作的時間不會超過190ms。這個數字遠遠小于一個便攜式物體從3尺高的地方跌落所需要的432ms的時間。