激光雷達（LiDAR）作為一種先進的光測量技術，能夠實現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、監控和環境科學等多個領域得到了廣泛應用。激光雷達的關鍵優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。隨著技術的進步，對小型化激光雷達的需求日益增長，這種設備被認為具有巨大的市場潛力。

在MEMS技術領域，微鏡作為一種重要的微光機電系統（MOEMS）組件，已經被廣泛應用于醫療、汽車、消費電子和軍事等多個領域。特別是電磁微鏡，由于其體積小、偏轉幅度大、驅動電壓低和功耗低等特點，受到了研究者和產業界的廣泛關注。

在激光雷達系統中，電磁諧振微鏡的作用越來越重要，但是空氣阻尼和結構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角度，是當前開發中的主要挑戰。為了克服這些限制，研究者們正在探索使用電路或算法調制來實現微鏡的開環驅動。此外，通過使用固定頻率信號激勵，可以實現微鏡的初級激勵。然而，由于系統阻尼的存在，開環驅動在掃描范圍和振動連續性方面存在限制。

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

集成壓阻傳感器的電磁微鏡模塊框圖

據麥姆斯咨詢報道，來自東南大學的研究團隊在Sensors期刊上發表了一項關于電磁微鏡驅動系統的研究成果。該研究通過系統級建模展示了微鏡的自振蕩特性，為激光雷達領域中電磁微鏡芯片的高性能研究打下了基礎。研究團隊采用集成的壓阻傳感器實現了對微鏡偏轉角度的精確檢測，該傳感器的靈敏度和線性度表現出色，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梁末端，這樣做不僅節省了空間，也降低了整體的系統復雜性。

研究中的PLL電路成功實現了系統的驅動和頻率跟蹤，確保了連續諧振。這一設計解決了開環驅動中常見的穩定性問題。與此同時，與傳統的ADC或FPGA相比，該系統的復雜性和芯片面積要求都顯著降低，這進一步證明了實現低功耗和輕量級設計的可行性。

通過使用微鏡來替代傳統的機械掃描結構，這項研究實現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境監測和自動駕駛等領域的應用具有重要意義。得益于自振蕩特性，該系統在模擬實驗中實現了高達4000 Hz的掃描頻率和±37.6°的偏轉角度，這比之前的研究在偏轉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奠定了堅實的基礎。

正弦電壓激勵驅動的電磁微鏡

（a）微鏡實驗測試系統；（b）微鏡PCB