当然,没有什么电路或系统是完美的,所以真正的问题是「对于应用来说够不够好?」不过,这经常是一个两难的问题——通常要从哲学面来思考,同时也是许多模拟设计师在初始设计、正式审查和验证过程中都会遇到的问题,特别是当模拟电路涉及传感器及其讯号调节之际。
首先,在某些情况下,要量化怎样才算是「够好」(good enough)本身就是一项挑战。其次,很少有一种简单陈述的目标,如「0.1%的精度」足以表征完整的情况,因为通常还存在着多种精度和误差:包括最糟情况以及典型的非线性、失真和各种干扰等,都可能会在哪些规范较重要及其如何与情境架构相关等方面引发一些有趣且激烈的讨论。此外,您还必须随时考虑到电子和机械组件可能经歴的温度范围,以评估温度的影响或甚至组件过热等问题。
当目标十分积极、准确度和性能规格要求严格时,设计人员必须考虑多条成功之路。通常有三种方法可以单独或同时进行:
有关传感器和信道校准的一些好消息是:有些MEMS传感器(例如加速度计)可直接刺激感应组件,就像受到外部影响一样,并提供了某种程度的保证。
然而,并非所有的改进都可透过适度、明确定义的成本以及最少量的额外设计需求而轻易实现。对于性能最高的振荡器,该单元可以是温度补偿型——称为温度补偿晶体振荡器(TXCO),或甚至可以是恒温晶体振荡器(OCXO)的一种。在许多情况下,消除固有一阶、二阶甚至三阶误差源所做的努力相当令人印象深刻,正如Donald MacKenzie在《创造精确:核弹制导的历史社会学》(Inventing Accuracy: A Historical Sociology of Nuclear Missile Guidance)一书中所指出的那样。
图1:作者Donald MacKenzie在这本书中提供对于技术制导与周围地缘政治氛围之间相互作用的独道见解(来源:MIT Press)
他解释说,当导弹制导需要经典旋转陀螺仪表现出终极性能时,第一步是用加压气体转子轴承代替机械球轴承,这种轴承在高速下的性能比最佳球轴承的表现更好。下一步是在高密度硅液中「漂浮」产生中性浮力,使重力对转子的影响降至最低。最后,为了消除由于温度引起的流体密度变化而导致的三阶误差,将整个浮动组件放置在温度控制的外壳中。这是消除从中等到几乎无法测量的错误来源的一些重要任务。
然而,有时候,一开始很难确定错误来源,当然就更难以消除。《微波期刊》(Microwave Journal)最近的一篇文章「测量石英晶体振荡器G-灵敏度」(Measuring Quartz Crystal Oscillator G-Sensitivity)解释地非常清楚,因为它讨论了测量各种加速度对振荡器晶体的影响及其挑战,包括单向恒定、振动、冲击、位移,以及x、y和z平面的基本倾斜和旋转。在某些应用中,仅在操作期间将单元翻转或侧向转动会引起晶体和振荡器共振发生微小(但不可接受)的偏移。
图2:经典的惠斯通(Wheatstone)电桥配置已有近200年的历史,但由于其简洁且多功能性,如今仍然被广泛使用(来源:Omega Engineering Co.)
自动消除的概念也用于差分线路驱动器、传输线和接收器,而不只是单端链路。其想法在于使外部噪声均等地导入两端线路,因此差值为零(理想情况下)并因此自我抵消。虽然这在实际上并不可能消除100%的噪声,但可以在几乎不增加成本的情况下将其衰减几十dB。
您使用哪些技巧和策略来提高准确性?你找到一种常用的方法了吗?
(原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹媒体Planet Analog,参考链接:What to do about analog inaccuracies?,编译:Susan Hong)