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December 2010 Doc ID 17116 Rev 3 1/42
42
L3G4200D
MEMS motion sensor:
ultra-stable three-axis digital output gyroscope
Features
■ Three selectable full scales (250/500/2000
dps)
■ I
2
C/SPI digital output interface
■ 16 bit-rate value data output
■ 8-bit temperature data output
■ Two digital output lines (interrupt and data
ready)
■ Integrated low- and high-pass filters with user-
selectable bandwidth
■ Ultra-stable over temperature and time
■ Wide supply voltage: 2.4 V to 3.6 V
■ Low voltage-compatible IOs (1.8 V)
■ Embedded power-down and sleep mode
■ Embedded temperature sensor
■ Embedded FIFO
■ High shock survivability
■ Extended operating temperature range (-40 °C
to +85 °C)
■ ECOPACK
®
RoHS and “Green” compliant
Applications
■ Gaming and virtual reality input devices
■ Motion control with MMI (man-machine
interface)
■ GPS navigation systems
■ Appliances and robotics
Description
The L3G4200D is a low-power three-axis angular
rate sensor able to provide unprecedented
stablility of zero rate level and sensitivity over
temperature and time. It includes a sensing
element and an IC interface capable of providing
the measured angular rate to the external world
through a digital interface (I
2
C/SPI).
The sensing element is manufactured using a
dedicated micro-machining process developed by
STMicroelectronics to produce inertial sensors
and actuators on silicon wafers.
The IC interface is manufactured using a CMOS
process that allows a high level of integration to
design a dedicated circuit which is trimmed to
better match the sensing element characteristics.
The L3G4200D has a full scale of ±250/±500/
±2000 dps and is capable of measuring rates with
a user-selectable bandwidth.
The L3G4200D is available in a plastic land grid
array (LGA) package and can operate within a
temperature range of -40 °C to +85 °C.
LGA-16
(4x4x1.1 mm)
Table 1. Device summary
Order code Temperature range (°C) Package Packing
L3G4200D -40 to +85 LGA-16 (4x4x1.1 mm) Tray
L3G4200DTR -40 to +85 LGA-16 (4x4x1.1 mm) Tape and reel
www.st.com
L3G4200D
2/42 Doc ID 17116 Rev 3
Contents
1 Block diagram and pin description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1 Pin description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Mechanical and electrical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1 Mechanical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 Electrical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 Temperature sensor characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4 Communication interface characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4.1 SPI - serial peripheral interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4.2 I2C - inter IC control interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.5 Absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.6 Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.6.1 Sensitivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.6.2 Zero-rate level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.6.3 Self-test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.7 Soldering information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3 Main digital blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.1 Block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2 FIFO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.1 Bypass mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.2 FIFO mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2.3 Stream mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2.4 Bypass-to-stream mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2.5 Stream-to-FIFO mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.6 Retrieve data from FIFO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4 Application hints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5 Digital interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5.1 I2C serial interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5.1.1 I2C operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5.2 SPI bus interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5.2.1 SPI read . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
L3G4200D
Doc ID 17116 Rev 3 3/42
5.2.2 SPI write . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.2.3 SPI read in 3-wire mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
6 Output register mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
7 Register description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
7.1 WHO_AM_I (0Fh) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
7.2 CTRL_REG1 (20h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
7.3 CTRL_REG2 (21h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
7.4 CTRL_REG3 (22h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
7.5 CTRL_REG4 (23h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.6 CTRL_REG5 (24h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.7 REFERENCE/DATACAPTURE (25h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
7.8 OUT_TEMP (26h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
7.9 STATUS_REG (27h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
7.10 OUT_X_L (28h), OUT_X_H (29h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.11 OUT_Y_L (2Ah), OUT_Y_H (2Bh) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.12 OUT_Z_L (2Ch), OUT_Z_H (2Dh) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.13 FIFO_CTRL_REG (2Eh) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.14 FIFO_SRC_REG (2Fh) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.15 INT1_CFG (30h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
7.16 INT1_SRC (31h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
7.17 INT1_THS_XH (32h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
7.18 INT1_THS_XL (33h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
7.19 INT1_THS_YH (34h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
7.20 INT1_THS_YL (35h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
7.21 INT1_THS_ZH (36h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
7.22 INT1_THS_ZL (37h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
7.23 INT1_DURATION (38h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
8 Package information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
9 Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
List of tables L3G4200D
4/42 Doc ID 17116 Rev 3
List of tables
Table 1. Device summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Table 2. Pin description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Table 3. Filter values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Table 4. Mechanical characteristics @ Vdd = 3.0 V, T = 25 °C, unless otherwise noted
. . . . . . . . . . . . 10
Table 5. Electrical characteristics @ Vdd =3.0 V, T=25 °C, unless otherwise noted
. . . . . . . . . . . . . . . . 11
Table 6. Temp. sensor characteristics @ Vdd =3.0 V, T=25 °C, unless otherwise noted
. . . . . . . . . . . 11
Table 7. SPI slave timing values. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Table 8. I2C slave timing values. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Table 9. Absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Table 10. PLL low-pass filter component values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Table 11. Serial interface pin description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Table 12. I2C terminology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Table 13. SAD+read/write patterns. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Table 14. Transfer when master is writing one byte to slave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Table 15. Transfer when master is writing multiple bytes to slave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Table 16. Transfer when master is receiving (reading) one byte of data from slave . . . . . . . . . . . . . 23
Table 17. Transfer when master is receiving (reading) multiple bytes of data from slave . . . . . . . . . 23
Table 18. Register address map. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Table 19. WHO_AM_I register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Table 20. CTRL_REG1 register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Table 21. CTRL_REG1 description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Table 22. DR and BW configuration setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Table 23. Power mode selection configuration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Table 24. CTRL_REG2 register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Table 25. CTRL_REG2 description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Table 26. High pass filter mode configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Table 27. High pass filter cut off frecuency configuration [Hz] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Table 28. CTRL_REG1 register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Table 29. CTRL_REG3 description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Table 30. CTRL_REG4 register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Table 31. CTRL_REG4 description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Table 32. Self test mode configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Table 33. CTRL_REG5 register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Table 34. CTRL_REG5 description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Table 35. Out_Sel configuration setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Table 36. INT_SEL configuration setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Table 37. REFERENCE register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Table 38. REFERENCE register description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Table 39. OUT_TEMP register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Table 40. OUT_TEMP register description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Table 41. STATUS_REG register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Table 42. STATUS_REG description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Table 43. REFERENCE register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Table 44. REFERENCE register description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Table 45. FIFO mode configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Table 46. FIFO_SRC register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Table 47. FIFO_SRC register description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Table 48. INT1_CFG register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
L3G4200D List of tables
Doc ID 17116 Rev 3 5/42
Table 49. INT1_CFG description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Table 50. INT1_SRC register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Table 51. INT1_SRC description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Table 52. INT1_THS_XH register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Table 53. INT1_THS_XH description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Table 54. INT1_THS_XL register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Table 55. INT1_THS_XL description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Table 56. INT1_THS_YH register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Table 57. INT1_THS_YH description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Table 58. INT1_THS_YL register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Table 59. INT1_THS_YL description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Table 60. INT1_THS_ZH register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Table 61. INT1_THS_ZH description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Table 62. INT1_THS_ZL register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Table 63. INT1_THS_ZL description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Table 64. INT1_DURATION register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Table 65. INT1_DURATION description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Table 66. Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
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