Sviluppo di un innovativo driver a recupero di carica per microspecchi MEMS lineari piezoelettrici

In the following Master’s thesis, which was carried out at the MEMS and Microsensors Laboratory of the Politecnico di Milano, is presented the design of a linear driver topology with a charge recovery for piezoelectric MEMS micromirrors. Its design is generated by the market’s request of high efficiency actuators and low distortion of the systems for augmented reality, for self-driving and for pico-projectors. It is therefore interesting to realize driver circuits which are able to dissipate the smallest amount of power despite continuing to ensure high circuital performance. Specifically, what has been identified first is a circuit topology and afterwards what has been studied was a model with low LTI signal. Following, a behavioural model has been created on Matlab/Simulink which includes the driver itself (actuator) and its control in order to verify its feasibility. The results show that the signal which characterizes the PZT chases the input reference signal with a charging recovery efficiency higher than 88 % and low distortion (THD > -62 dBFS ). In order to refine the models developed, in particular in terms of hysteresis and leakage, characterisation measurements were carried out on MEMS micromirrors prototypes.

In questo lavoro di Tesi, svolto presso il laboratorio di MEMS e Microsensori del Politecnico di Milano, si presenta la progettazione di una topologia di driver lineare a recupero di carica per microspecchi MEMS piezoelettrici. La sua progettazione deriva dalla richiesta di mercato di attuatori ad alta efficienza e bassa distorsione nei sistemi per realtà aumentata, per guida autonoma e per pico-proiettori. Risulta quindi di particolare interesse la realizzazione di circuiti di pilotaggio in grado di dissipare la minore quantità di potenza possibile pur continuando a garantire elevate prestazioni circuitali. Nello specifico, si è prima di tutto identificata una topologia circuitale e successivamente studiato un suo modello di piccolo segnale LTI. In seguito, si è creato un modello comportamentale su Matlab/Simulink che include il driver stesso (attuatore) ed il suo controllo, per verificarne la sua fattibilità. Dai risultati si osserva come il segnale che caratterizza il PZT insegua il segnale di riferimento in ingresso, con un’efficienza di recupero di carica superiore a 88 % e bassa distorsione (THD> -62 dBFS ). Ai fini di raffinare i modelli sviluppati, in particolare in termini di isteresi e di leakage, si sono infine eseguite alcune misure di caratterizzazione su prototipi di microspecchi MEMS.