Accelerometri MEMS a modulazione d'ampiezza: architetture in anello aperto vs architetture in anello chiuso

In recent years, MEMS sensors (Micro-Electro-Mechanical-Systems) have seen a significant increase in their use for high-end applications such as inertial navigation or autonomous driving, where the required specifications are increasingly stringent in terms of noise, Full-Scale Range and stability. This is the background for the following Thesis project, carried out in collaboration with Civitanavi System S.p.A. and ST Microelectronics, aimed at studying the behavior of amplitude-modulated MEMS accelerometers in open loop and closed-loop. The work starts from a detailed theoretical analysis of open-loop and closed-loop accelerometers in order to study their main characteristics such as sensitivity, Full-Scale Range and noise. Next, a Simulink model was implemented to validate the results obtained from theoretical accounts. Next, a PCB(Printed Circuit Board) was implemented in open loop and one in closed loop so that experimental measurements could be made to verify the expected results. The measurements were used to evaluate the dynamic response of the accelerometer in open loop and verify its accuracy and actual performance. Finally, a comparison was made with a closed-loop architecture implemented for similar accelerometers to analyze the performance differences between the two configurations. The comparison allowed a direct comparison between the two architectures, highlighting advantages and disadvantages of one over the other

Negli ultimi anni, i sensori MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) hanno visto un notevole aumento del loro utilizzo per applicazioni high-end come la navigazione inerziale o la guida autonoma, in cui le specifiche richieste sono sempre più stringenti in termini di rumore, Full-Scale Range e stabilità. In tale ambito si inserisce il seguente progetto di Tesi, svolto in collaborazione con Civitanavi System S.p.A. e ST Microelectronics, mirato allo studio del comportamento di accelerometri MEMS modulati in ampiezza in anello aperto e in anello chiuso. Il lavoro parte da un’analisi teorica dettagliata di accelerometri in anello aperto e in anello chiuso, al fine di studiarne le caratteristiche principali come sensitività, Full-Scale Range e rumore. Successivamente, è stato implementato un modello Simulink per la validazione dei risultati ottenuti da conti teorici. Successivamente è stata implementata una PCB (Printed Circuit Board) in anello aperto ed una in anello chiuso così da poter effettuare misure sperimentali volte alla verifica dei risultati attesi. Le misure sono state utilizzate per valutare la risposta dinamica dell’accelerometro in anello aperto e verificarne l’accuratezza e le prestazioni effettive. Infine, è stato effettuato un confronto con un’architettura in anello chiuso, implementata per accelerometri simili, al fine di analizzare le differenze di prestazioni tra le due configurazioni. Il confronto ha permesso di fare un paragone diretto tra le due architetture, evidenziandone vantaggi e svantaggi dell’una rispetto all’altra.