Characterization of MEMS Coriolis Vibratory Gyroscopes

A MEMS Gyroscope is a micromachined inertial sensor that can measure the angle of orientation or the angular rate of rotation. These devices have the potential to be used in high precision navigation, safety and consumer electronics applications. Due to their complexity, MEMS Gyroscopes are prone to have imperfections that inhibit their full potential. By deeply characterizing these sensors, it is possible to validate fabrication methodologies, apply control circuit mechanisms, and design alternative mechanical structures that improve the performance. In this project, a streamlined methodology for testing and characterizing these devices is presented and executed. Analysis to the obtained results is given. Aditionally, a prototype circuit was designed to operate the sensors in a closed-loop mode. Two families of gyroscopes with different thickness were characterized - 40 m and 100 m. The devices presented low sensitivity thresholds due to the presence of a large quadrature error. A phase sensitive demodulation solution was provided to eliminate this noise source. The 40 m presented an overall better performance. A Python Script to extract key noise performance parameters was also displayed.Giroscópios MEMS são micro sensores inerciais que conseguem medir o ângulo de orientação ou a variação ângular de uma rotação. Estes dispositivos têm o potencial de ser usados em aplicações de alta precisão para sistemas de navegação, segurança e para eletrónica comercial. Devido à sua complexidade, os Giroscópios MEMS são propensos a imperfeições que inibem o seu potencial máximo. Através da caracterização extensa destes sensores, é possível validar as metodologias de fabricação, aplicar circuitos de controlo e projetar estruturas mecânicas alternativas que melhorem a sua performance. Neste projeto é apresentada uma metodologia substanciada para testar e caracterizar estes dispositivos. Os resultados obtidos foram analisados. Adicionalmente, foi desenhado um protótipo de um circuito que opera os sensores em circuito fechado. Duas famílias de giroscópios com diferentes espessuras foram caracterizadas - 40 m e 100 m. Os dispositivos apresentaram baixos graus de sensibilidade devido a uma forte influência do erro de quadratura. Foi aplicada uma demodulação sensível à fase para melhoramento da performance. Um programa em Python para extrair parâmetros de ruído na resposta é apresentado