圖3. 信號鏈中用于頻率分析的ADIS16488傳感器。

核心MEMS傳感器元件

要進(jìn)行此類分析，必須了解可以量化和應(yīng)該量化的所有行為，然后可對那些無法輕易量化的行為做出合理假設(shè)。充分了解"已知"可變因素之后，通?？梢愿雍唵蔚刂匦略u估這些假設(shè)以進(jìn)行檢查和澄清。ADIS16488的規(guī)格表（圖3）顯示了330 Hz的–3 dB帶寬。假定核心傳感器處于臨界阻尼狀況，而且在遠(yuǎn)低于其諧振范圍（16 kHz至20 kHz）的帶寬下并非主要貢獻(xiàn)因素。這種情況并非總會出現(xiàn)，但它是一個很好的起點(diǎn)，可以使用噪聲密度或完全運(yùn)動測試，稍后在流程中測試到。

接口電路/模擬濾波器

此外，每個陀螺儀傳感器在通過ADC模塊之前都會通過雙極低通濾波器。這樣可以提供足夠的信息，以便使用拉普拉斯變換來開發(fā)S域中的傳遞函數(shù)表示。第一極(f1)的頻率為404 Hz，第二極(f2) 的頻率為757 Hz。

加速度計(jì)的單極 (f1)傳遞函數(shù)為：

為快速評估與這些濾波器相關(guān)的時間延遲，請注意單極濾波器的相位延遲在?3 dB頻率下等于45°，也就是轉(zhuǎn)折頻率周期的1/8。在此情況下，加速度計(jì)的濾波器的時間延遲大約等于0.38 ms。對于陀螺儀，延遲等于兩級的時間延遲的總和，約為0.47 ms。

均值/抽取濾波器級

圖3說明了兩個均值/抽取濾波器級的使用，它們可以降低級的輸出采樣速率，并且提供額外的濾波。在具有有限脈沖響應(yīng)(FIR)的數(shù)字濾波器中，相位延遲等于總抽頭數(shù)的一半，除以每個抽頭的采樣速率。在第一個濾波級，采樣速率為9.84 kHz。有四個抽頭，在此種類型的濾波器中，這個數(shù)字等于均值數(shù)量。相位延遲約為0.2 ms。均值濾波器的幅度響應(yīng)遵循這種關(guān)系

使用MATLAB進(jìn)行分析時，請使用9.84 kSPS的采樣速率(fs)和4個抽頭(N)，以及用于分析模擬濾波器的相同頻率數(shù)組(N)。使用相同頻率數(shù)組，可以更加簡單地組合每級的結(jié)果。

要分析第二個均值/抽取濾波器，需要事先了解控制系統(tǒng)的采樣速率，但應(yīng)使用相同的關(guān)系。例如，如果控制環(huán)路需要接近400 SPS的采樣速率，則第二個濾波器的均值和抽取率將等于6（采樣速率為410 SPS，有四個樣本，因此為9840/[410 × 4] = 6）。使用相同的m-script 腳本代碼可分析幅度響應(yīng)，有三個例外：(1) 將采樣速率從9480更改為2460；(2) 將兩個位置的"4"更改為"6"；以及 (3) 將FMAX從9840/2更改為2460/2。相位等于總抽頭數(shù)的一半，除以采樣速率，約為1.22 ms (3/2460)。

復(fù)合響應(yīng)

圖4和圖5提供了復(fù)合幅度和相位響應(yīng)，包括陀螺儀的模擬濾波器和兩個抽取濾波器。圖4表示針對數(shù)組中的每個頻率，將各級的幅度相乘的結(jié)果。圖5表示將每個頻率下的各級的相位貢獻(xiàn)相加的結(jié)果。標(biāo)記"沒有抽取"的坐標(biāo)圖假定輸出數(shù)據(jù)速率為2460 SPS，第二個抽取濾波器級有效關(guān)閉。標(biāo)記"有抽取"的坐標(biāo)圖假定抽取率等于6，最終輸出數(shù)據(jù)速率為410 SPS。兩個坐標(biāo)圖說明了響應(yīng)差異，幫助實(shí)現(xiàn)控制環(huán)路采樣速率和相應(yīng)頻率響應(yīng)的系統(tǒng)級平衡。