Stabilizzazione della fase di demodulazione in giroscopi mems tramite damping elettrico a coefficiente termico negativo

This thesis work takes into account a MEMS structure, a yaw-rate gyroscope with capacitive AM mode-split sensing, designed for inertial navigation applications. We investigated the feasibility of implementing a compensation method capable of reducing the phase shift of the mechanical system’s drive to sense mode under temperature variations and process mismatch. In this work we studied and modeled the mechanical system in MATLAB and Simulink; afterwards, we performed the implementation in Verilog-A, since the final architecture foresees the integration of the MEMS within a dedicated integrated circuit. In a subsequent phase of the work, we developed the transistor-level design of the readout front-end in the Cadence Virtuoso environment. Finally, once all the necessary elements for a complete analysis had been obtained, we validated a compensation methodology for the temperature-induced phase variation inherent to the mechanical system.

Il presente lavoro prende in esame una struttura MEMS di un giroscopio di tipo yaw a rilevamento capacitivo AM mode split. Lo scopo finale di questo lavoro di Tesi è stato quello di analizzare la possibilità di introduzione di un metodo di stabilizzazione della fase in temperatura e in processo tra modo di drive e modo di sense intrinseco al funzionamento AM. Inizialmente sono stati effettuati uno studio e la successiva modellizzazione del sistema meccanico in ambiente MATLAB e Simulink; successivamente, si è passati alla sua implementazione in linguaggio Verilog-A, poiché l’architettura finale prevede l’integrazione del MEMS all’interno di un circuito integrato dedicato. In una fase successiva del lavoro è stato sviluppato il design transistor level del front end di lettura in ambiente Cadence Virtuoso. Infine, è stata validata una metodologia di compensazione della variazione di fase in temperatura intrinseca al sistema meccanico.