MEMS gyroscopes are inertial sensors that exploit the Coriolis force in order to measure an angular rate. They are typically combined with another inertial sensor, the accelerometer which is capable to sense accelerations along an axis. Both of them rely on the transduction of a mechanical signal to an electrical one, which can be converted into a digital signal. These two sensors together form an IMU (Inertial Measurement Unit), that allows the reconstruction of its position and movement in space. IMUs typically are 6-axis devices, divided in a 3-axis gyroscope and a 3-axis accelerometer. The thesis work under discussion was proposed by STMicroelectronics, where the work was carried out, with the support of the Polimi SandLab team. Its main purpose is the development of a setup able to characterize a MEMS gyroscope single die, estimating its main parameters. The setup is based on a Zurich Instruments lock-in amplifier which should be able to replace the ASIC that is designed for the gyroscope. Along with the instrument a board will be designed complementing such instrument and controlled by Matlab scripts for the automation of the measures. The devices used during this project are provided by ST, so the results obtained will not contain sensitive information. The work is divided in two parts, the first consists in the implementation of stand-alone routines written in Matlab capable of controlling the lock-in amplifier, record data and elaborate it. The second part consists in the design, realization and debug of the board composed by different functional blocks.

I giroscopi MEMS sono sensori inerziali che sfruttano la forza di Coriolis per misurare una velocità angolare. Sono spesso combinati con un altro sensore inerziale, l'accelerometro il quale è capace di misurare un'accelerazione lungo un asse. Entrambi i sensori si basano sulla trasduzione di un segnale meccanico ad un segnale elettrico, che può essere convertito in un segnale digitale. Questi due sensori insieme formano un IMU (Unità di misura inerziale), che permette di riscostruire la propria posizione e movimento nello spazio. Gli IMU sono tipicamente dispositivi a 6 assi, dividi in 3 assi per i lgiroscopio e 3 assi per l'acelerometro. Il lavoro di tesi in discussione è stato proposto da STMicroelectronics, dove il lavoro è stato svolto, con il supporto del team SanLab del Polimi. Lo scopo principale è lo sviluppo di un setup capace di caratterizzare un singolo die di un giroscopio MEMS, stimando i suoi parametri principali. Il setup si basa su un lock-in amplifier prodotto da Zurich Instruments che dovrebbe essere in grado di sostituire l'ASIC che viene progettato per il giroscopio. Insieme allo strumento verrà progettata una board che andrà a complementare tale strumento e sarà controllato da script di Matlab per l'automatizzazione delle misure. I dispositivi usate durante il progetto sono fornite da ST, quindi i risultati ottenuti non conterranno informazioni sensibili. Il lavoro è diviso in due parti, il primo consiste nellìimplementazione di routine stand-alone scritte su Matlab e capaci di controllare il lock-in amplifier, raccogliere dati ed elaborarli. La seconda parte cosiste nella progettazione, realizzazione e debug di una board composta da diversi blocchi funzionali.

Development of advanced MEMS gyroscope testing platform

Yallico Sanchez, Gianfranco Javier
2020/2021

Abstract

MEMS gyroscopes are inertial sensors that exploit the Coriolis force in order to measure an angular rate. They are typically combined with another inertial sensor, the accelerometer which is capable to sense accelerations along an axis. Both of them rely on the transduction of a mechanical signal to an electrical one, which can be converted into a digital signal. These two sensors together form an IMU (Inertial Measurement Unit), that allows the reconstruction of its position and movement in space. IMUs typically are 6-axis devices, divided in a 3-axis gyroscope and a 3-axis accelerometer. The thesis work under discussion was proposed by STMicroelectronics, where the work was carried out, with the support of the Polimi SandLab team. Its main purpose is the development of a setup able to characterize a MEMS gyroscope single die, estimating its main parameters. The setup is based on a Zurich Instruments lock-in amplifier which should be able to replace the ASIC that is designed for the gyroscope. Along with the instrument a board will be designed complementing such instrument and controlled by Matlab scripts for the automation of the measures. The devices used during this project are provided by ST, so the results obtained will not contain sensitive information. The work is divided in two parts, the first consists in the implementation of stand-alone routines written in Matlab capable of controlling the lock-in amplifier, record data and elaborate it. The second part consists in the design, realization and debug of the board composed by different functional blocks.
GADOLA, MARCO
GAFFURI PAGANI, LEONARDO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
21-dic-2021
2020/2021
I giroscopi MEMS sono sensori inerziali che sfruttano la forza di Coriolis per misurare una velocità angolare. Sono spesso combinati con un altro sensore inerziale, l'accelerometro il quale è capace di misurare un'accelerazione lungo un asse. Entrambi i sensori si basano sulla trasduzione di un segnale meccanico ad un segnale elettrico, che può essere convertito in un segnale digitale. Questi due sensori insieme formano un IMU (Unità di misura inerziale), che permette di riscostruire la propria posizione e movimento nello spazio. Gli IMU sono tipicamente dispositivi a 6 assi, dividi in 3 assi per i lgiroscopio e 3 assi per l'acelerometro. Il lavoro di tesi in discussione è stato proposto da STMicroelectronics, dove il lavoro è stato svolto, con il supporto del team SanLab del Polimi. Lo scopo principale è lo sviluppo di un setup capace di caratterizzare un singolo die di un giroscopio MEMS, stimando i suoi parametri principali. Il setup si basa su un lock-in amplifier prodotto da Zurich Instruments che dovrebbe essere in grado di sostituire l'ASIC che viene progettato per il giroscopio. Insieme allo strumento verrà progettata una board che andrà a complementare tale strumento e sarà controllato da script di Matlab per l'automatizzazione delle misure. I dispositivi usate durante il progetto sono fornite da ST, quindi i risultati ottenuti non conterranno informazioni sensibili. Il lavoro è diviso in due parti, il primo consiste nellìimplementazione di routine stand-alone scritte su Matlab e capaci di controllare il lock-in amplifier, raccogliere dati ed elaborarli. La seconda parte cosiste nella progettazione, realizzazione e debug di una board composta da diversi blocchi funzionali.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/181665