MEMS傳感器的靜止帶寬測試
發布時間:2012-09-10 來源:電子元件技術網 責任編輯:Hedyxing
導讀:對於采用MEMS加速度計和陀螺儀的工業係統而言,優化帶寬可能是關鍵考慮因素。這代表著精度(噪聲)與響應時間之間的一種經典權衡。雖然多數MEMS傳感器製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係統的實際帶寬。本文以ADIS16080為例,講述如何測試MEMS傳感器的靜止帶寬。
對於采用MEMS加速度計和陀螺儀的工業係統而言,優化帶寬可能是關鍵考慮因素。這代表著精度(噪聲)與響應時間之間的一種經典權衡。雖然多數MEMS傳chuan感gan器qi製zhi造zao商shang都dou會hui給gei出chu典dian型xing帶dai寬kuan指zhi標biao,往wang往wang還hai需xu要yao驗yan證zheng傳chuan感gan器qi或huo整zheng個ge係xi統tong的de實shi際ji帶dai寬kuan。在zai確que定ding加jia速su度du計ji和he陀tuo螺luo儀yi的de帶dai寬kuan特te性xing時shi,一yi般ban需xu要yao使shi用yong振zhen動dong台tai或huo其qi他ta機ji械xie激ji勵li源yuan。要yao精jing確que確que定ding特te性xing,需xu要yao全quan麵mian了le解jie應ying用yong於yu受shou測ce器qi件jian(DUT)的(de)運(yun)動(dong)。在(zai)此(ci)過(guo)程(cheng)中(zhong)需(xu)要(yao)管(guan)理(li)多(duo)種(zhong)潛(qian)在(zai)誤(wu)差(cha)源(yuan)。在(zai)機(ji)械(xie)帶(dai)寬(kuan)測(ce)定(ding)中(zhong),一(yi)個(ge)常(chang)見(jian)的(de)誤(wu)差(cha)源(yuan)是(shi)諧(xie)振(zhen)。導(dao)致(zhi)機(ji)械(xie)諧(xie)振(zhen)的(de)原(yuan)因(yin)有(you)多(duo)種(zhong),包(bao)括(kuo)激(ji)勵(li)源(yuan)維(wei)護(hu)不(bu)當(dang)、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,可能給至關重要的項目進度帶來風險。
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多數MEMS傳chuan感gan器qi有you一yi個ge自zi測ce功gong能neng,可ke以yi在zai部bu署shu於yu關guan鍵jian任ren務wu應ying用yong之zhi前qian對dui傳chuan感gan器qi進jin行xing測ce試shi。該gai功gong能neng利li用yong傳chuan感gan器qi的de機ji械xie結jie構gou來lai模mo擬ni其qi需xu要yao測ce量liang的de外wai力li。該gai診zhen斷duan功gong能neng也ye可ke用yong於yu模mo擬ni步bu進jin輸shu入ru功gong能neng。通tong過guo這zhe種zhong步bu進jin輸shu入ru響xiang應ying,可ke以yi獲huo得de有you關guan傳chuan感gan器qi帶dai寬kuan的de有you用yong信xin息xi。例li如ru,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。應用於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係可以提供對驗證過程有用的線索。指數響應的時間常數為當輸出值達到最終變化63.2%時的結果。對於一個40 Hz的單極係統,其發生在應用步進響應之後4 ms左右。
確定傳感器步進響應對於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的係統的頻率響應。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,還是係統中的機械諧振所導致,這並不清楚。幸運的是,步進響應(如自測功能所確定)可以區分這兩種效應。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諧振的係統的頻率響應

圖2. 帶和不帶100 Hz諧振的傳感器的步進響應
請(qing)注(zhu)意(yi),這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)依(yi)賴(lai)於(yu)在(zai)步(bu)進(jin)響(xiang)應(ying)與(yu)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)之(zhi)間(jian)建(jian)立(li)一(yi)種(zhong)關(guan)係(xi)。隨(sui)著(zhe)濾(lv)波(bo)器(qi)結(jie)構(gou)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)複(fu)雜(za),確(que)立(li)這(zhe)種(zhong)關(guan)係(xi)也(ye)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)困(kun)難(nan)。例(li)如(ru),一(yi)個(ge)雙(shuang)極(ji)56 Hz係統的時間常數與一個單極40 Hz係統相同。另外,步進輸入信號的上升時間必須超過DUT的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)。自(zi)測(ce)功(gong)能(neng)自(zi)身(shen)的(de)慢(man)速(su)響(xiang)應(ying)會(hui)影(ying)響(xiang)整(zheng)體(ti)響(xiang)應(ying),使(shi)得(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)中(zhong)的(de)帶(dai)寬(kuan)看(kan)起(qi)來(lai)較(jiao)低(di)。這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)種(zhong)獨(du)立(li)的(de)方(fang)法(fa),可(ke)用(yong)來(lai)隔(ge)離(li)MEMS傳感
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