现在，轿车安全体系推动了MEMS惯性传感器技能的开展，也很多运用于几个大型范畴。大批与轿车安全体系相关的运用促进了对MEMS制作技能，封装概念，质量保证体系以及规划计划立异等方面的巨大出资。这些出资导致了本钱效益更高和更牢靠的解决计划，这些计划也在许多其他范畴里获取了赢利。包含游戏渠道（Wii Remote）以及许多移动手持运用。此外，MEMS传感器还发现了其他日益增多的工业运用，包含车间安全体系。其间设备方位传感，碰撞检测，防止吊车举起时翻车等都是车间安全体系方面的运用实例，所有这些都得益于MEMS加快计。
车间安全体系的使命是检测潜在的危险操作条件，但不能影响正常的操作。其间最为重要的便是用来检测危险操作条件的传感计划的精度。与其他绝大多数技能计划相同，MEMS加快计也存在本钱功用之间的折中。关于轿车和商用运用来说，以最低本钱来完结适度的功用即可。但关于一些工业运用，例如车间安全体系，则要求较高的精度。在这种运用中，牢靠性，方便性以及计划的元器材本钱都很重要。
跟着高集成度和更精细的加快计产品的出现，体系规划师需求了解零件是怎么校准的，由于这决议着他们是购买这些校准计划仍是开发自己的校准程序。本文将评论双轴加快计的校准工艺，并侧重评论最常见的差错源。
校准的意图和必要性
关于许多MEMS惯性传感器用户来说，校准为他们的传感计划供给了改进功用和折中体系本钱的时机，如图1所示。图中所示的仅仅是一般的联系，而功用方针则由能够为用户增值的终端体系功用需求所驱动。
例如，高精度意味着防翻转体系在确认吊车的极限时无需过补偿。精度水平的最佳优化能够扩展吊车的服务规模，或起吊更重的载荷，且没有翻车的危险。所以，在安全传感体系中优化功用的底线便是能够为总体系增值。
与校准相关的本钱添加包含直接的资料本钱（如ADC，微机，PCB复杂度的添加，以及劳动力本钱）和出资本钱（校准设备夹具和工程开发本钱），不过这些本钱将被可预期的体系产品的批量所摊薄。任何校准进程的显要方针都是完结价值更高的功用，一起操控相关的本钱。
图1：关于许多MEMS惯性传感器用户，校准为他们的传感计划供给了改进功用和折中体系本钱的时机。
在图1中的功用与本钱的对比曲线中，绘出了一个运用杰出的校准计划和一个较差的计划之间的不同。经过辨明和下降危险方面的尽力，将能够确认一个给定水平的功用改进所需花费的本钱。它只需求将一个过错从蓝色区域移动到赤色区域。
一个MEMS校准计划的开发能够分为四个简略阶段：
1.树立功用方针
2.确认校准需求
3.规划校准工艺
4.完结校准规矩
为加快计校准树立有价值的功用方针将为整个研制进程定调。首要，这些方针将辅导传感器的挑选，其次，将为剖析进程供给辅导，而这些剖析进程将确认需求校准的行为，终究将决议校准进程的复杂度。这是很要害的，由于过度寻求高于所需将导致过高的本钱和开发时刻。
所以很明显，这要求开发商及早了解加快计传感体系对终究体系功用方针的影响。虽然这种前期出资看起来是不方便的，但它却会导致更好的功用并发明更多的立异时机。本评论将侧重于当校准归纳差错小于1%时需求考虑的范畴。
图2：典型的加快计校准电路
差错敏度剖析：一个用来供给校准的加快计功用的典型电路如图2所示。该差错剖析确认了每个器材对整个体系精度方针所发生的影响。每个器材都有需求考虑的行为要素。除了MEMS加快计之外，放大器、A/D、复用器和无源元件都将出现必定的差错，增益、线形度、噪声、电源以及温度都将出现独立的行为特征，关于传感器功用来说，这些都需求细心地考虑在内。
本节将罗列对上述功用方针的常见要挟，并在防止详细的电路剖析的一起，给出怎么快速确认其影响的办法。为了简略，在评论中将敏度剖析会集在传感器功用上。假定其他电路元件的奉献较小。包含一个MEMS传感器的任何线性传感器的抱负方程为：
在IEEE-STD-1293-1998中，给出了一个描绘典型MEMS加快计差错行为的广泛建模计划。而如下的方程则给出了描绘许多常见差错的简略联系：
传感器信号调理电路将包含几个影响该方程的几个元器材。下面列出了这些器材的部分常见差错源：
1. NENS加快计
2. 放大器
3. 无源元件
4. A/D
每个器材都将对灵敏度（增益），偏置（差错），线性度，噪声，依赖于电源的行为特性以及依赖于温度的特性有所奉献。这儿所评论的校准将会集在传感器上。不过图示原则也适用于其他电路。
由于要求归纳差错小于1%，咱们能够快速回忆一下商用的MEMS传感器的方针。例如，一款抢先加快计应具有如下方针：
灵敏度：+950mV/g到+1050mV/g，同等于5%
偏移：30mg（典型值），相当于3%（1g体系）
100mg（最大值），相当于10%（1g体系）
本例中，校准进程中有必要首要考虑偏移和灵敏度，由于这两者都超出了1%的归纳差错方针。
用于低g加快计的一个牢靠的校准源是重力。运用重力的最简略办法是经过选用IEEE-STD-1293-1998中所给出的行业标准下跌测验。该下跌测验中，将一个改变规模为+1g的鼓励施加到被测器材上（DUT）。
该低鼓励水平不能用于满刻度量程小于20g的加快计的下跌测验，由于所加的校准鼓励等于或大于满量程的5%。在该量程之外，线性度、分辨率、噪声和其他与量程相关的特性将变得更有影响力，阻挠所希望的精度的完结。为了校准，满刻度量程答应4点下跌测验，而非多点下跌测验，但多点测验能够用于线性度差错的核算。
图3：四点下跌测验图解。
四点下跌测验的简化图示于图3中。这儿，DUT是竖直的。DUT的X轴指向0°歪斜的水平轴。记载DUT的X轴输出。然后将DUT别离旋转90°，180°和270°，记载每点的X轴输出，故对应四个丈量方位。
图4：四点下跌数据输出
由于DUT被旋转，X轴的传感器输出将是歪斜角的正弦函数，如图4所示。实践曲线和抱负曲线之差是由于加快计的偏移和灵敏度差错所导致。经过对每个90°旋转增量上的数据进行剖析，这些行为能够被特性化并阻隔出来。经过对0°和180°点上取平均能够核算出总的正弦曲线的偏移量。在从90°的数据点上减去270°点上的数据，即可得到重力所供给的1g鼓励的加快计输出的丈量值。
这些联系的根底是0°，90°，180°，以及270°方位的准确对准。还取决于十足的1g鼓励的竖直方向上的准确对准。
由于寻求“完美的”丈量灵敏度既不实践也无法接受得起，而重要的是了解对每一个潜在差错（校准体系本身引进）的灵敏度怎么。确认每一个差错的影响将会有助于下降违背要害功用原则的危险。
初始对齐视点绝对差错指的是开始方位差错。该开始方位差错将影响灵敏度，但不影响偏移。该影响能够被阻隔而不影响其他的灵敏度，而且能够用下式描绘：
关于1%的灵敏度差错，初始对齐差错有必要小于8°。假如灵敏度差错更高，比方0.1%，则初始对齐差错就有必要小于0.8°。但是，该绝对角差错对0°和180°两个方位上的影响是同等的，所以该对齐差错不影响偏移。这是选用4点丈量计划的一个长处。一旦得到实践的偏移，即可核算出初始对齐差错：
假如灵敏度精度方针要求的话，能够将核算出的对齐差错代回上面的差错方程，并用来量化校准因子。这样，就消除了有必要将初始开始角定于准确的0°的压力。
差错类型与核算
相对对齐差错：该差错被界说为每一个丈量步进间与抱负的90°步进值之间的差错。偏移校准将对该差错有较高的灵敏度。能够运用下列联系式来核算有对齐差错引进的偏移差错：
对应于1%的偏移精度方针，或许说是1g量程运用中的10mg，对齐精度有必要优于0.57°。而关于0.1%的偏移精度，或许说1mg，则相对对齐精度有必要优于0.057°。虽然初始对齐差错角简略核算，但关于高精度的校准来说，相对视点灵敏度则要求严厉的方位操控。
违背轴向差错：违背轴向差错指的是轴向相关于水平轴的改变总量。假如旋转设备彻底笔直，则阐明旋转轴是水平的。违背轴向差错将影响灵敏度差错，其影响的办法与初始对齐的影响办法十分相似。
这儿提示要注意重力加快度改变，由于1g的外部鼓励未必是准确的1g。其影响恰恰是本地重力影响的2倍，别的还跟着理论重力而改变，理论重力还遭到纬度，海平面仰角，月亮-太阳重力动摇以及邻近的超大质量的影响。
机械振荡：任何方式的振荡都能够转化成为线形加快度，并为校准引进差错。选用花岗岩石块或空气阻隔的桌面结构的机械阻隔，将有助于下降差错，也能够选用数据滤波来消除振荡引起的缺点。
加快计灵敏度差错：影响加快计灵敏度特性的两个最重要的要素是电源电压和温度。在预期的电源和温度规模上，也能够选用四点下跌对加快计的行为进行特性化。线性迫临计划要求在每个参数的极限方位（最小和最大）上收集四点下跌数据。依据精度要求，这些数据能够被用来外推增量校对因数。假如发现非线性行为，能够添加更多的数据点，一起添加曲线拟合的阶数。
电源差错：某些精度要求将要求对电源改变的影响进行特性化。当需求时，能够在不同的电源电平上选用相同的四点下跌测验，来收集适宜的曲线拟合所需的数据。曲线拟合的复杂度与精度方针和差错本身的性质无关。成果将是一系列用于每个电源条件的校准系数。
温度差错：为了在温度改变时坚持1%的差错，应该考虑用于灵敏度和偏移的温度系数。
灵敏度＝0.3%（典型规模，-40°C到+125°C）
偏移=0.1mg/°C（典型值）
关于快速估量，这些值能够翻倍（假定2倍）并结合下式：
温度的归纳差错为：
假如最大的加快丈量为1g，该比值能够在保持1%归纳热差错方针的条件下，被用来核算温度能够改变的规模：
有或许将依据该校准进程核算出来的校对因子施加到许多数字渠道上。这些比如包含微操控器，数字信号处理，现场可编程门阵列（FPGA），以及其他可编程逻辑器材。校对公式所需的处理器资源将会影响到处理器的挑选，但在许多工业体系中，处理器还有更高要求的需求。校对所需的数学功用仍是相对简略的：（1）经过添加运算来消除偏移/偏置差错，（2）运用多重操作消除量化差错。
在运用中，工业体系在作业条件方面的改变将影响MEMS加快计的偏置和灵敏度。最常见的影响这些特性的作业条件是电源电压和环境温度。电源电压的改变规模或许高达10%，而每套工业体系有其本身的温度规模要求。
假如作业条件引起的改变超出了体系功用的答应规模，则需求在多种作业条件下履行四点下跌测验，意图是制作差错特性，并生成校准系数表。这些系数的终究完结就像图5中所示那样。这种情况下的校准表中有三个变量，其间包含一组用于作业条件超差的变量，这些能够用于频率响应或许各种其他条件。
图5：校准信号流。
定论
在布置加快计校准功用进程中最为重要的是树立有价值的功用方针。关于本文中指出并评论的危险区域，开发商应知道校准并非随意的，但仍是有很多的增值时机，假如终究方针清晰的话。实践上，研制功用方针不只限制在工程范畴，而是要考虑到进展危险（丢掉收入），功用危险（达不到客户要求）以及本钱过高危险（丢掉商场）等。虽然功用的影响是根本的，但还要考虑完结该功用并一直到校准所需的出资，所有这些都有助于工程师做出更好的归纳决议计划，由于他们所考虑的问题是一个永久的问题-即制作与购买的联系。
