激光雷達（LiDAR）作為一種先進的光測量技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率和高精度的距離、速度測量以及物體識別，因此在自動駕駛、無人機、監(jiān)控和環(huán)境科學(xué)等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。激光雷達的關(guān)鍵優(yōu)勢包括遠距離探測能力、出色的相干性以及高時間空間分辨率。隨著技術(shù)的進步，對小型化激光雷達的需求日益增長，這種設(shè)備被認為具有巨大的市場潛力。

在MEMS技術(shù)領(lǐng)域，微鏡作為一種重要的微光機電系統(tǒng)（MOEMS）組件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、汽車、消費電子和軍事等多個領(lǐng)域。特別是電磁微鏡，由于其體積小、偏轉(zhuǎn)幅度大、驅(qū)動電壓低和功耗低等特點，受到了研究者和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。

在激光雷達系統(tǒng)中，電磁諧振微鏡的作用越來越重要，但是空氣阻尼和結(jié)構(gòu)阻尼引起的能量損耗是一個亟待解決的問題。這些損耗限制了微鏡的功耗和偏轉(zhuǎn)角度，是當前開發(fā)中的主要挑戰(zhàn)。為了克服這些限制，研究者們正在探索使用電路或算法調(diào)制來實現(xiàn)微鏡的開環(huán)驅(qū)動。此外，通過使用固定頻率信號激勵，可以實現(xiàn)微鏡的初級激勵。然而，由于系統(tǒng)阻尼的存在，開環(huán)驅(qū)動在掃描范圍和振動連續(xù)性方面存在限制。

為了提高MEMS諧振器的閉環(huán)驅(qū)動性能，自動增益電路（AGC）和鎖相環(huán)（PLL）等電路被廣泛應(yīng)用。但這些電路通常需要晶體振蕩器、位置敏感探測器（PSD）和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）等組件，這會增加芯片的面積和系統(tǒng)的復(fù)雜性。因此，研究者們正在尋求新的解決方案，以實現(xiàn)低功耗、緊湊型的微鏡設(shè)計，以優(yōu)化激光雷達系統(tǒng)。

集成壓阻傳感器的電磁微鏡模塊框圖

據(jù)麥姆斯咨詢報道，來自東南大學(xué)的研究團隊在Sensors期刊上發(fā)表了一項關(guān)于電磁微鏡驅(qū)動系統(tǒng)的研究成果。該研究通過系統(tǒng)級建模展示了微鏡的自振蕩特性，為激光雷達領(lǐng)域中電磁微鏡芯片的高性能研究打下了基礎(chǔ)。研究團隊采用集成的壓阻傳感器實現(xiàn)了對微鏡偏轉(zhuǎn)角度的精確檢測，該傳感器的靈敏度和線性度表現(xiàn)出色，其最大輸出速率達到了24.45 mV/deg。這種壓阻傳感器被巧妙地集成到微鏡的偏轉(zhuǎn)梁末端，這樣做不僅節(jié)省了空間，也降低了整體的系統(tǒng)復(fù)雜性。

研究中的PLL電路成功實現(xiàn)了系統(tǒng)的驅(qū)動和頻率跟蹤，確保了連續(xù)諧振。這一設(shè)計解決了開環(huán)驅(qū)動中常見的穩(wěn)定性問題。與此同時，與傳統(tǒng)的ADC或FPGA相比，該系統(tǒng)的復(fù)雜性和芯片面積要求都顯著降低，這進一步證明了實現(xiàn)低功耗和輕量級設(shè)計的可行性。

通過使用微鏡來替代傳統(tǒng)的機械掃描結(jié)構(gòu)，這項研究實現(xiàn)了更高速度和更高精度的掃描。這些進步對于激光雷達在環(huán)境監(jiān)測和自動駕駛等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。得益于自振蕩特性，該系統(tǒng)在模擬實驗中實現(xiàn)了高達4000 Hz的掃描頻率和±37.6°的偏轉(zhuǎn)角度，這比之前的研究在偏轉(zhuǎn)角度和掃描頻率上都有了顯著提升。這項研究不僅驗證了微鏡系統(tǒng)的有效性，而且為未來高性能激光雷達微鏡芯片的研究和開發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

正弦電壓激勵驅(qū)動的電磁微鏡

（a）微鏡實驗測試系統(tǒng)；（b）微鏡PCB