導讀：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，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，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。導致機械諧振的原因有多種，包括激勵源維護不當、DUT與激勵源耦合不良以及基準傳感器放置等。這些誤差的隔離十分耗時，可能給至關(guān)重要的項目進度帶來風險。
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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)鍵任務應用之前對傳感器進行測試。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輸入功能。通過這種步進輸入響應，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以其主低通濾波器(設定頻率為40 Hz)為主導。應用于自測引腳的步進輸入的預期響應如下所示(其中，f= 帶寬)：
傳感器步進響應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)響應的時間常數(shù)為當輸出值達到最終變化63.2%時的結(jié)果。對于一個40 Hz的單極系統(tǒng)，其發(fā)生在應用步進響應之后4 ms左右。
確定傳感器步進響應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。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致，還是系統(tǒng)中的機械諧振所導致，這并不清楚。幸運的是，步進響應(如自測功能所確定)可以區(qū)分這兩種效應。圖2顯示了兩種條件下的坐標曲線圖：測試設置導致的諧振和傳感器本身導致的諧振。
圖1. 帶100 Hz諧振的系統(tǒng)的頻率響應
圖2. 帶和不帶100 Hz諧振的傳感器的步進響應
請注意，這種技術(shù)依賴于在步進響應與頻率響應之間建立一種關(guān)系。隨著濾波器結(jié)構(gòu)變得越來越復雜，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，步進輸入信號的上升時間必須超過DUT的響應時間。自測功能自身的慢速響應會影響整體響應，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
