MEMS傳感器的不動帶寬測試

對于使用MEMS加速度計和陀螺儀的工業(yè)系統(tǒng)，優(yōu)化帶寬可能是一個關鍵的考慮因素。這在精度（噪聲）和響應時間之間形成了一個經(jīng)典的權衡。雖然大多數(shù)MEMS傳感器制造商指定了典型帶寬，但通常需要驗證傳感器或整個系統(tǒng)的實際帶寬。表征加速度計和陀螺儀的帶寬通常采用振動臺或其他機械激勵源。準確的表征需要全面了解應用于被測器件（DUT）的運動。在此過程中必須管理多個潛在的錯誤源。機械帶寬表征中一個常見的誤差來源是諧振。機械共振可能是由于激勵源維護不善、與激勵源的 DUT 耦合不良、參考傳感器放置和其他源造成的。隔離這些類型的錯誤可能非常耗時，并且會給關鍵項目進度帶來風險。

大多數(shù)MEMS傳感器都具有自檢功能，能夠在關鍵任務應用中部署之前測試傳感器。此功能練習傳感器的機械結構，以模擬其設計要測量的外力。此診斷還可用于模擬步進輸入功能。對此步驟輸入的響應提供了有關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主要由其初級低通濾波器主導，該濾波器設置為40 Hz。對于施加在自檢引腳上的階躍輸入，預期會出現(xiàn)以下響應：

r（t） = 1 - e-T2PF

傳感器階躍響應和帶寬之間的這種簡單關系可以提供有助于驗證過程的線索。指數(shù)響應的時間常數(shù)是輸出達到其最終值變化的 63.2% 時。對于 40 Hz 單極點系統(tǒng)，這將在施加階躍響應后約 4 ms 發(fā)生。

確定傳感器的階躍響應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。該圖顯示了 100 Hz 時的共振。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)中的機械共振引起的。幸運的是，由自檢功能確定的階躍響應可以區(qū)分這兩種效應。圖2提供了兩種情況的曲線圖：測試設置或傳感器本身產(chǎn)生的共振。

圖1.具有 100 Hz 諧振的系統(tǒng)頻率響應

圖2.帶或不帶 100 Hz 諧振的傳感器階躍響應

使用此技術時，請記住，它依賴于在階躍響應和頻率響應之間建立關系。隨著過濾器結構變得越來越復雜，建立此鏈接變得更加困難。例如，2 極 56 Hz 系統(tǒng)的時間常數(shù)與單極 40 Hz 系統(tǒng)的時間常數(shù)相同。此外，步進輸入信號的上升時間必須超過DUT的響應時間。自檢功能本身的緩慢響應會影響整體響應，并使傳感器出現(xiàn)帶寬較低。

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

審核編輯：郭婷