作為一種光探測系統(tǒng)，激光雷達(dá)（LiDAR）可以實(shí)現(xiàn)高分辨率、高精度的測距、測速以及精確的物體感知。憑借探測距離遠(yuǎn)、相干性好、時空分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，激光雷達(dá)被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、自動駕駛、安防、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。MEMS微鏡作為一種微光機(jī)電系統(tǒng)（MOEMS），已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、汽車、消費(fèi)和軍事電子等眾多領(lǐng)域。當(dāng)前，業(yè)界對具有廣闊前景的小型激光雷達(dá)的需求不斷增長。之前，已有研究開發(fā)了大量使用電熱、靜電、壓電和電磁驅(qū)動的微鏡。其中，電磁微鏡憑借體積小、偏轉(zhuǎn)角度大、驅(qū)動電壓低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。

電磁諧振微鏡在激光雷達(dá)研究中正發(fā)揮著越來越重要的作用，但空氣和結(jié)構(gòu)阻尼導(dǎo)致的能量損耗比較嚴(yán)重。因此，微鏡當(dāng)前的開發(fā)難題在于功耗和偏轉(zhuǎn)角度。電路或算法調(diào)制可用于實(shí)現(xiàn)微鏡的開環(huán)驅(qū)動。微鏡的初級激勵可通過固定頻率信號激勵實(shí)現(xiàn)。由于系統(tǒng)的阻尼作用，開環(huán)驅(qū)動會限制掃描范圍和振動連續(xù)性。

自動增益電路（AGC）和鎖相環(huán)（PLL）是實(shí)現(xiàn)MEMS諧振器閉環(huán)驅(qū)動的兩種常見電路。然而，由晶體振蕩器、位置敏感探測器（PSD）和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）電路組成的系統(tǒng)增加了芯片面積和系統(tǒng)復(fù)雜性。已有的研究表明，需要一種低功耗、緊湊型微鏡來優(yōu)化激光雷達(dá)系統(tǒng)。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，東南大學(xué)的研究人員提出了一種電磁微鏡驅(qū)動系統(tǒng)，該研究成果已發(fā)表于Sensors期刊。研究人員通過系統(tǒng)級建模演示了該系統(tǒng)的自振蕩模式，為激光雷達(dá)中高性能電磁微鏡芯片的研究提供了基礎(chǔ)。該研究利用集成的壓阻傳感器實(shí)現(xiàn)了偏轉(zhuǎn)角檢測，具有良好的靈敏度和線性度，最大速率為24.45 mV/deg。壓阻傳感器集成在微鏡偏轉(zhuǎn)梁的末端，大大節(jié)省了空間和整體復(fù)雜性。PLL電路實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)驅(qū)動和頻率跟蹤的連續(xù)諧振。該微鏡系統(tǒng)以緊湊的電路解決了開環(huán)驅(qū)動不穩(wěn)定的問題。同時，與ADC或現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）相比，系統(tǒng)的復(fù)雜性和占用的芯片面積都有所減少，證實(shí)了實(shí)現(xiàn)低功耗和輕量級設(shè)計的可能性。

由于用微鏡取代了機(jī)械掃描結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高速和高精度掃描。這些優(yōu)勢有助于激光雷達(dá)在環(huán)境檢測和無人駕駛等應(yīng)用場景中的研發(fā)。由于自振蕩，該系統(tǒng)在仿真中實(shí)現(xiàn)了4000 Hz和±37.6°的穩(wěn)定掃描，與之前的研究相比大大提高了偏轉(zhuǎn)角度和掃描頻率。本研究驗(yàn)證了微鏡系統(tǒng)的有效性，為進(jìn)一步研究高性能激光雷達(dá)微鏡芯片奠定了基礎(chǔ)。

審核編輯：彭菁