導(dǎo)讀：對于采用MEMS加速度計和陀螺儀的工業(yè)系統(tǒng)而言，優(yōu)化帶寬可能是關(guān)鍵考慮因素。這代表著精度(噪聲)與響應(yīng)時間之間的一種經(jīng)典權(quán)衡。雖然多數(shù)MEMS傳感器制造商都會給出典型帶寬指標(biāo)，往往還需要驗證傳感器或整個系統(tǒng)的實際帶寬。本文以ADIS16080為例，講述如何測試MEMS傳感器的靜止帶寬。
對于采用MEMS加速度計和陀螺儀的工業(yè)系統(tǒng)而言，優(yōu)化帶寬可能是關(guān)鍵考慮因素。這代表著精度(噪聲)與響應(yīng)時間之間的一種經(jīng)典權(quán)衡。雖然多數(shù)MEMS傳感器制造商都會給出典型帶寬指標(biāo)，往往還需要驗證傳感器或整個系統(tǒng)的實際帶寬。在確定加速度計和陀螺儀的帶寬特性時，一般需要使用振動臺或其他機械激勵源。要精確確定特性，需要全面了解應(yīng)用于受測器件(DUT)的運動。在此過程中需要管理多種潛在誤差源。在機械帶寬測定中，一個常見的誤差源是諧振。導(dǎo)致機械諧振的原因有多種，包括激勵源維護(hù)不當(dāng)、DUT與激勵源耦合不良以及基準(zhǔn)傳感器放置等。這些誤差的隔離十分耗時，可能給至關(guān)重要的項目進(jìn)度帶來風(fēng)險。
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多數(shù)MEMS傳感器有一個自測功能，可以在部署于關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用之前對傳感器進(jìn)行測試。該功能利用傳感器的機械結(jié)構(gòu)來模擬其需要測量的外力。該診斷功能也可用于模擬步進(jìn)輸入功能。通過這種步進(jìn)輸入響應(yīng)，可以獲得有關(guān)傳感器帶寬的有用信息。例如，ADIS16080偏航角速度陀螺儀的頻率響應(yīng)以其主低通濾波器(設(shè)定頻率為40 Hz)為主導(dǎo)。應(yīng)用于自測引腳的步進(jìn)輸入的預(yù)期響應(yīng)如下所示(其中，f= 帶寬)：
傳感器步進(jìn)響應(yīng)與帶寬之間的這種簡單關(guān)系可以提供對驗證過程有用的線索。指數(shù)響應(yīng)的時間常數(shù)為當(dāng)輸出值達(dá)到最終變化63.2%時的結(jié)果。對于一個40 Hz的單極系統(tǒng)，其發(fā)生在應(yīng)用步進(jìn)響應(yīng)之后4 ms左右。
確定傳感器步進(jìn)響應(yīng)對于隔離在確定帶寬特性時觀察到的諧振條件很有用。圖1所示為一種采用ADIS16080的系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。圖中所示諧振頻率為100 Hz。開始時，該諧振到底是傳感器行為導(dǎo)致，還是系統(tǒng)中的機械諧振所導(dǎo)致，這并不清楚。幸運的是，步進(jìn)響應(yīng)(如自測功能所確定)可以區(qū)分這兩種效應(yīng)。圖2顯示了兩種條件下的坐標(biāo)曲線圖：測試設(shè)置導(dǎo)致的諧振和傳感器本身導(dǎo)致的諧振。
圖1. 帶100 Hz諧振的系統(tǒng)的頻率響應(yīng)
圖2. 帶和不帶100 Hz諧振的傳感器的步進(jìn)響應(yīng)
請注意，這種技術(shù)依賴于在步進(jìn)響應(yīng)與頻率響應(yīng)之間建立一種關(guān)系。隨著濾波器結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，確立這種關(guān)系也變得更加困難。例如，一個雙極56 Hz系統(tǒng)的時間常數(shù)與一個單極40 Hz系統(tǒng)相同。另外，步進(jìn)輸入信號的上升時間必須超過DUT的響應(yīng)時間。自測功能自身的慢速響應(yīng)會影響整體響應(yīng)，使得傳感器中的帶寬看起來較低。這種技術(shù)提供了一種獨立的方法，可用來隔離MEMS傳感
