對(duì)于使用MEMS加速度計(jì)和陀螺儀的工業(yè)系統(tǒng)，優(yōu)化帶寬可能是一個(gè)關(guān)鍵的考慮因素。這在精度（噪聲）和響應(yīng)時(shí)間之間形成了一個(gè)經(jīng)典的權(quán)衡。雖然大多數(shù)MEMS傳感器制造商指定了典型帶寬，但通常需要驗(yàn)證傳感器或整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際帶寬。表征加速度計(jì)和陀螺儀的帶寬通常采用振動(dòng)臺(tái)或其他機(jī)械激勵(lì)源。準(zhǔn)確的表征需要全面了解應(yīng)用于被測器件（DUT）的運(yùn)動(dòng)。在此過程中必須管理多個(gè)潛在的錯(cuò)誤源。機(jī)械帶寬表征中一個(gè)常見的誤差來源是諧振。機(jī)械共振可能是由于激勵(lì)源維護(hù)不善、與激勵(lì)源的 DUT 耦合不良、參考傳感器放置和其他源造成的。隔離這些類型的錯(cuò)誤可能非常耗時(shí)，并且會(huì)給關(guān)鍵項(xiàng)目進(jìn)度帶來風(fēng)險(xiǎn)。

大多數(shù)MEMS傳感器都具有自檢功能，能夠在關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用中部署之前測試傳感器。此功能練習(xí)傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以模擬其設(shè)計(jì)要測量的外力。此診斷還可用于模擬步進(jìn)輸入功能。對(duì)此步驟輸入的響應(yīng)提供了有關(guān)傳感器帶寬的有用見解。例如，ADIS16080偏航角速率陀螺儀的頻率響應(yīng)主要由其初級(jí)低通濾波器主導(dǎo)，該濾波器設(shè)置為40 Hz。對(duì)于施加在自檢引腳上的階躍輸入，預(yù)期會(huì)出現(xiàn)以下響應(yīng)：

r（t） = 1 - e-T2PF

傳感器階躍響應(yīng)和帶寬之間的這種簡單關(guān)系可以提供有助于驗(yàn)證過程的線索。指數(shù)響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)是輸出達(dá)到其最終值變化的 63.2% 時(shí)。對(duì)于 40 Hz 單極點(diǎn)系統(tǒng)，這將在施加階躍響應(yīng)后約 4 ms 發(fā)生。

確定傳感器的階躍響應(yīng)可用于隔離帶寬表征期間觀察到的諧振條件。圖1顯示了使用ADIS16080的系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。該圖顯示了 100 Hz 時(shí)的共振。乍一看，我們不知道這種共振是由于傳感器的行為，還是由系統(tǒng)中的機(jī)械共振引起的。幸運(yùn)的是，由自檢功能確定的階躍響應(yīng)可以區(qū)分這兩種效應(yīng)。圖2提供了兩種情況的曲線圖：測試設(shè)置或傳感器本身產(chǎn)生的共振。

圖1.具有 100 Hz 諧振的系統(tǒng)頻率響應(yīng)

圖2.帶或不帶 100 Hz 諧振的傳感器階躍響應(yīng)

使用此技術(shù)時(shí)，請(qǐng)記住，它依賴于在階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)之間建立關(guān)系。隨著過濾器結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，建立此鏈接變得更加困難。例如，2 極 56 Hz 系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)與單極 40 Hz 系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)相同。此外，步進(jìn)輸入信號(hào)的上升時(shí)間必須超過DUT的響應(yīng)時(shí)間。自檢功能本身的緩慢響應(yīng)會(huì)影響整體響應(yīng)，并使傳感器出現(xiàn)帶寬較低。

該技術(shù)提供了一種獨(dú)立的方法來隔離MEMS傳感器頻率響應(yīng)中的意外行為。它還提供了快速檢查制造商帶寬聲明的能力，而無需任何機(jī)械激勵(lì)。

審核編輯：郭婷