【導(dǎo)讀】當(dāng)然，沒(méi)有什么電路或系統(tǒng)是完美的，所以真正的問(wèn)題是「對(duì)于應(yīng)用來(lái)說(shuō)夠不夠好？」不過(guò)，這經(jīng)常是一個(gè)兩難的問(wèn)題——通常要從哲學(xué)面來(lái)思考，同時(shí)也是許多模擬設(shè)計(jì)師在初始設(shè)計(jì)、正式審查和驗(yàn)證過(guò)程中都會(huì)遇到的問(wèn)題，特別是當(dāng)模擬電路涉及傳感器及其訊號(hào)調(diào)節(jié)之際。
當(dāng)然，沒(méi)有什么電路或系統(tǒng)是完美的，所以真正的問(wèn)題是「對(duì)于應(yīng)用來(lái)說(shuō)夠不夠好？」不過(guò)，這經(jīng)常是一個(gè)兩難的問(wèn)題——通常要從哲學(xué)面來(lái)思考，同時(shí)也是許多模擬設(shè)計(jì)師在初始設(shè)計(jì)、正式審查和驗(yàn)證過(guò)程中都會(huì)遇到的問(wèn)題，特別是當(dāng)模擬電路涉及傳感器及其訊號(hào)調(diào)節(jié)之際。
首先，在某些情況下，要量化怎樣才算是「夠好」(good enough)本身就是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。其次，很少有一種簡(jiǎn)單陳述的目標(biāo)，如「0.1%的精度」足以表征完整的情況，因?yàn)橥ǔ＿€存在著多種精度和誤差：包括最糟情況以及典型的非線性、失真和各種干擾等，都可能會(huì)在哪些規(guī)范較重要及其如何與情境架構(gòu)相關(guān)等方面引發(fā)一些有趣且激烈的討論。此外，您還必須隨時(shí)考慮到電子和機(jī)械組件可能經(jīng)歴的溫度范圍，以評(píng)估溫度的影響或甚至組件過(guò)熱等問(wèn)題。
當(dāng)目標(biāo)十分積極、準(zhǔn)確度和性能規(guī)格要求嚴(yán)格時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須考慮多條成功之路。通常有三種方法可以單獨(dú)或同時(shí)進(jìn)行：
1.校準(zhǔn)傳感器和通道，一次性或持續(xù)使用。這種作法似乎很明智，雖然足夠但通常說(shuō)來(lái)容易做起來(lái)難。一般來(lái)說(shuō)，傳感器很難校準(zhǔn)，特別是在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中。畢竟，該如何校準(zhǔn)溫度傳感器呢？您必須先為傳感器提供受控?zé)嵩础⒈碚鱾鞲衅骱托诺佬阅埽缓笤賹⑿?zhǔn)數(shù)字輸入系統(tǒng)中。如果要更換傳感器，您可能需要重復(fù)進(jìn)行整個(gè)過(guò)程。
有關(guān)傳感器和信道校準(zhǔn)的一些好消息是：有些MEMS傳感器(例如加速度計(jì))可直接刺激感應(yīng)組件，就像受到外部影響一樣，并提供了某種程度的保證。
2.使用更好、更精確的組件，并且盡可能地減少這些組件中的誤差來(lái)源。對(duì)于精度需求的原因在于精密運(yùn)算放大器(OP)仍然存在著巨大市場(chǎng)——持別是具有超低偏置電流、偏移電壓、噪聲以及與溫度相關(guān)的漂移。
然而，并非所有的改進(jìn)都可透過(guò)適度、明確定義的成本以及最少量的額外設(shè)計(jì)需求而輕易實(shí)現(xiàn)。對(duì)于性能最高的振蕩器，該單元可以是溫度補(bǔ)償型——稱為溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TXCO)，或甚至可以是恒溫晶體振蕩器(OCXO)的一種。在許多情況下，消除固有一階、二階甚至三階誤差源所做的努力相當(dāng)令人印象深刻，正如Donald MacKenzie在《創(chuàng)造精確：核彈制導(dǎo)的歷史社會(huì)學(xué)》(Inventing Accuracy: A Historical Sociology of Nuclear Missile Guidance)一書(shū)中所指出的那樣。
圖1：作者Donald MacKenzie在這本書(shū)中提供對(duì)于技術(shù)制導(dǎo)與周圍地緣政治氛圍之間相互作用的獨(dú)道見(jiàn)解（來(lái)源：MIT Press）
他解釋說(shuō)，當(dāng)導(dǎo)彈制導(dǎo)需要經(jīng)典旋轉(zhuǎn)陀螺儀表現(xiàn)出終極性能時(shí)，第一步是用加壓氣體轉(zhuǎn)子軸承代替機(jī)械球軸承，這種軸承在高速下的性能比最佳球軸承的表現(xiàn)更好。下一步是在高密度硅液中「漂浮」產(chǎn)生中性浮力，使重力對(duì)轉(zhuǎn)子的影響降至最低。最后，為了消除由于溫度引起的流體密度變化而導(dǎo)致的三階誤差，將整個(gè)浮動(dòng)組件放置在溫度控制的外殼中。這是消除從中等到幾乎無(wú)法測(cè)量的錯(cuò)誤來(lái)源的一些重要任務(wù)。
然而，有時(shí)候，一開(kāi)始很難確定錯(cuò)誤來(lái)源，當(dāng)然就更難以消除。《微波期刊》(Microwave Journal)最近的一篇文章「測(cè)量石英晶體振蕩器G-靈敏度」(Measuring Quartz Crystal Oscillator G-Sensitivity)解釋地非常清楚，因?yàn)樗懻摿藴y(cè)量各種加速度對(duì)振蕩器晶體的影響及其挑戰(zhàn)，包括單向恒定、振動(dòng)、沖擊、位移，以及x、y和z平面的基本傾斜和旋轉(zhuǎn)。在某些應(yīng)用中，僅在操作期間將單元翻轉(zhuǎn)或側(cè)向轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)引起晶體和振蕩器共振發(fā)生微小(但不可接受)的偏移。
3.最后，有一些利于工程師提高準(zhǔn)確度的方法，但通常不太可能實(shí)現(xiàn)：「自動(dòng)消除」(self-cancellation)。有時(shí)候，透過(guò)巧妙的電路拓?fù)浠蚪M件布置，可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤追蹤來(lái)源但會(huì)自行取消。這是比率測(cè)量普及的眾多原因之一，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單的惠斯通(Wheatstone)電橋，其中在橋臂使用相同的組件可以致使一些重要類型的誤差「自動(dòng)」消除，如圖2。
圖2：經(jīng)典的惠斯通(Wheatstone)電橋配置已有近200年的歷史，但由于其簡(jiǎn)潔且多功能性，如今仍然被廣泛使用（來(lái)源：Omega Engineering Co.）
自動(dòng)消除的概念也用于差分線路驅(qū)動(dòng)器、傳輸線和接收器，而不只是單端鏈路。其想法在于使外部噪聲均等地導(dǎo)入兩端線路，因此差值為零(理想情況下)并因此自我抵消。雖然這在實(shí)際上并不可能消除100%的噪聲，但可以在幾乎不增加成本的情況下將其衰減幾十dB。
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