對(duì)于采用MEMS加速度計(jì)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(shí)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(huì)給出典型帶寬指標(biāo)，往往還需要驗(yàn)證傳感器或整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際帶寬。在確定加速度計(jì)和陀螺儀的帶寬特性時(shí)，一般需要使用振動(dòng)臺(tái)或其他機(jī)械激勵(lì)源。要精確確定特性，需要全面了解應(yīng)用于受測(cè)器件(DUT)的運(yùn)動(dòng)。在此過(guò)程中需要管理多種潛在誤差源。在機(jī)械帶寬測(cè)定中，一個(gè)常見(jiàn)的誤差源是諧振。導(dǎo)致機(jī)械諧振的原因有多種，包括激勵(lì)源維護(hù)不當(dāng)、DUT與激勵(lì)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(shí)，可能給至關(guān)重要的項(xiàng)目進(jìn)度帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

多數(shù)MEMS傳感器有一個(gè)自測(cè)功能，可以在部署于關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用之前對(duì)傳感器進(jìn)行測(cè)試。該功能利用傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)模擬其需要測(cè)量的外力。該診斷功能也可用于模擬步進(jìn)輸入功能。通過(guò)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)。

傳感器步進(jìn)響應(yīng)與帶寬之間的這種簡(jiǎn)單關(guān)系可以提供對(duì)驗(yàn)證過(guò)程有用的線索。指數(shù)響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)為當(dāng)輸出值達(dá)到最終變化63.2%時(shí)的結(jié)果。對(duì)于一個(gè)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(duì)于隔離在確定帶寬特性時(shí)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(kāi)始時(shí)，該諧振到底是傳感器行為導(dǎo)致，還是系統(tǒng)中的機(jī)械諧振所導(dǎo)致，這并不清楚。幸運(yùn)的是，步進(jìn)響應(yīng)(如自測(cè)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(cè)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(qǐng)注意，這種技術(shù)依賴(lài)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(lái)越復(fù)雜，確立這種關(guān)系也變得更加困難。例如，一個(gè)雙極56 Hz系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)與一個(gè)單極40 Hz系統(tǒng)相同。另外，步進(jìn)輸入信號(hào)的上升時(shí)間必須超過(guò)DUT的響應(yīng)時(shí)間。自測(cè)功能自身的慢速響應(yīng)會(huì)影響整體響應(yīng)，使得傳感器中的帶寬看起來(lái)較低。

這種技術(shù)提供了一種獨(dú)立的方法，可用來(lái)隔離MEMS傳感器頻率響應(yīng)中的異常行為。同時(shí)也能快速檢驗(yàn)制造商的帶寬指標(biāo)，無(wú)需使用任何機(jī)械激勵(lì)機(jī)制。