Progettazione di un circuito integrato a basso rumore per giroscopi M&NEMS a lettura piezoresistiva

This thesis' work, carried out at MEMS and microsensors laboratory of Politecnico di Milano, is focused on the design of one of the first low noise integrated circuit for M&NEMS gyroscopes with piezoresistive sensing for both drive and sense motions. Initially, aiming for a low noise read-out, it was performed a deep study of the most suitable analog front-end; among these, three different AFE topologies for the sensors' signal read-out were carefully analyzed and designed. At this point, comparing their performances, it was selected a Current Feedback Instrumentation Amplifier (CFIA) which shows a lower input referred equivalent noise than the gyroscope intrinsic one, with the chosen sizing. Then both the drive loop and the automatic gain control loop (AGC) have been designed and in conclusion, the performances and the obtained results for these two loops have been evaluated.

Questo lavoro di tesi, svolto presso il laboratorio di MEMS e microsensori del Politecnico di Milano, è mirato alla progettazione di uno dei primi circuiti integrati a basso rumore per giroscopi M&NEMS a lettura piezoresistiva per il modo di drive e di sense. Ricercando una lettura a basso rumore è stato inizialmente condotto un attento studio rivolto alla ricerca dello stadio di front-end analogico più adatto alle richieste; tra questi sono state studiate e progettate nel dettaglio tre diverse tipologie di circuiti per la lettura del segnale proveniente dal sensore. Confrontando le prestazioni dei tre stadi è stato selezionato come front-end un amplificatore per strumentazione con feedback in corrente, chiamato CFIA, il quale mostra con il dimensionamento scelto un rumore in ingresso minore di quello dei nano-gauge piezoresistivi di lettura. Sono stati quindi progettati l'intero anello di drive e il circuito di controllo del guadagno (AGC) e per concludere sono state valutate le prestazioni e i risultati raggiunti per entrambi i blocchi.