Nouvelles architectures et méthodes de conception de microsystèmes sigma-delta et de microsystèmes résonants

par Eric Colinet

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Richard Kielbasa.


  • Résumé

    Ce travail étudie les microsystèmes sigma-delta et résonants. Après des généralités sur ces dispositifs, nous proposons une étude des systèmes bouclés composés d'un relais, d'un filtre à temps discret, et d'un filtre à temps continu. Ces travaux étendent les études menées pour analyser le comportement des modulateurs sigma-delta. Nous mettons en évidence l'existence de régimes périodiques appelés cycles limites et présentons des méthodes pour les déterminer. En première application de cette étude, nous proposons une méthode pour mettre à la résonance des microsyste��mes résonants à l'aide d'impulsions. Cet oscillateur permet de s'affranchir des non-linéarités liées aux forces l'actionnement, de réduire les contraintes sur la détection des oscillations. En deuxième application de l'étude des systèmes mixtes à relais, nous présentons des méthodes d'identification de systèmes à l'aide de données binaires. Tout d'abord, deux méthodes appelées MCL (Mesure de Cycle Limite) sont présentées. Elles exploitent avantageusement pour l'une la fréquence des cycles limites et pour l'autre la forme des cycles limites pour identifier les paramètres inconnus. Par ailleurs, nous proposons une méthode boucle ouverte : la méthode BIMBO (Basic Idenfication Method using Binary Observations). Celle-ci ne requiert que le signal injecté au système inconnu et sa sortie numérisée sur un bit. Elle pallie les défauts des méthodes MCL et trouve son application dans de nombreux dispositifs existants, notamment les microsystèmes sigma-delta. Enfin dans une dernière partie, nous présentons la commande de microsystèmes sigma-delta comme application des méthodes d'identification développées dans ce travail.

  • Titre traduit

    New architectures and methods dedicated to the design of mems sigma-delta and resonant mems


  • Résumé

    This works studies the design of MEMS sigma-delta and resonant MEMS. At first, we restate some basic concepts about those devices. Then we study in details closed-loop systems made of a relay associated with a discrete-time filter and a continuous-time filter. This work extends the theoretical study of sigma-delta modulators. It demonstrates that those systems can oscillate in they steady state under different periodic regimes called limit-cycles. As a first application of this study, we present a new method to bring into oscillation resonant MEMS thanks to short-pulsed forces. This basic oscillator avoids effects of non-linearities due to actuating forces and reduces constraints on the detection. As a second application of the study of mixed systems using a relay in their feedback loop, we present different identification methods of unknown systems using binary data. First, two approaches called MCL (Measurement of Limit Cycle) are presented. They exploit for the first one the limit-cycle frequency and for the second one its shape in order to proceed to the identification of the unknown parameters. Besides those methods, we propose an open-loop identification method called BIMBO (Basic Identification Method using Binary Output). It uses the signal injected into the unknown system and its output converted into a one bit-signal. BIMBO fixes some defaults of MCL methods and can be used in many existing devices such as MEMS sigma-delta. Those different methods are studied from a theoretical point of view and compared to existing methods. Finally, we present the command of MEMS sigma-delta as an application of identification methods developed in this work.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (182 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 163-171

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2005)162
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