Vujadinović, MilošMilošVujadinović2025-10-242025-10-242025https://dspace.ub.uni-siegen.de/handle/ubsi/7172MEMS gyroscopes stability is crucial for long-term inertial navigation. This thesis explores the stability of the MEMS gyroscopes specific to the mode-split architecture, commonly used in mass market inertial sensors. It focuses on the offset stability of those devices and analyzes both systematic and stochastic offset contribution. One example of systematic effects is the change in environmental temperature, which can be compensated through system understanding. Thus, a temperature model of the gyroscope offset was developed and compared against the measurements of forty research devices. At the same time, stochastic contributions define the best-achievable limit for offset stability. To uncover the root causes of the bias instability, a scale factor instability model was derived and combined with a phase space gyroscope model. The scale factor instability model carries the information of the amplitude change of the signals in a gyroscope system, whereas the phase models the phase noise shaping. The combination of the two models resulted in a bias instability model applicable to both rate and quadrature signals. Based on the model prediction, bias instability improvement of up to 40 % was achieved, through the reduction of the PLL input phase flicker noise. The bias instability model was identified sensorindividually on four triaxial research gyroscope devices, equivalent to having twelve single axis devices. The proposed scale factor and bias instability models provide a measurement methodology to distinguish different flicker noise contributions. This methodology was successfully applied to available research devices at Robert Bosch GmbH, successfully identifying the dominant bias instability (flicker) noise sources. Depending on the system performance either temperature or flicker noise may be the limiting factors for long-term gyroscope rate signal stability. Hence, both the temperature and bias instability model represent a step towards gyroscope stability improvement, and in turn more precise navigation.Stabilität von MEMS Drehratensensoren ist wichtig für die langfristige Trägheitsnavigation. Diese Dissertation untersucht die Stabilität von MEMS Drehratensensoren, speziell für die mode-split Architektur, die häufig in Massenmarkt-Inertialsensoren verwendet wird. Sie konzentriert sich auf die Offsetstabilität dieser Sensoren und analysiert sowohl systematische als auch stochastische Offsetbeiträge. Ein Temperaturmodell des Drehratensensoroffsets wurde entwickelt und mit den Messungen von vierzig Forschungsmodulen verglichen. Um die Ursachen der Biasinstabilität aufzudecken, wurde das Modell der Empfindlichkeitsinstabilität abgeleitet und mit dem Phasenraum Drehratensensormodell kombiniert. Das Empfindlichkeitsinstabilitätsmodell enthält Informationen über die Amplitudenänderung der Signale in einem Drehratensensor, während das Phasenmodell das Phasenrauschen modelliert. Die Kombination der beiden Modelle führte zu einem Biasinstabilitätsmodell, das sowohl für Rate- als auch für Quadratur-Signale anwendbar ist. Basierend auf der Modellvorhersage wurde eine Verbesserung der Biasinstabilität um bis zu 40 % durch die Reduzierung des Phasenflickerrauschen am PLL Eingang erreicht. Das Biasinstabilitätsmodell wurde individuell für vier dreiaxiale Forschungsmodulen identifiziert, was zwölf Einzelachsen entspricht. Die vorgeschlagenen Empfindlichkeitsinstabilitätund Biasinstabilitäts-Modelle bieten eine Messmethodik zur Unterscheidung verschiedener Flickerrauschbeiträge. Diese Methodik wurde erfolgreich auf verfügbare Forschungsmodulen bei der Robert Bosch GmbH angewendet und identifizierte erfolgreich die dominierenden Flickerauschquellen. Je nach Systemleistung können entweder Temperatur oder Flickerrauschen die begrenzenden Faktoren für die langfristige Stabilität des Drehratensensorsignals sein. Daher stellen sowohl das Temperatur- als auch das Biasinstabilitätsmodell einen Schritt zur Verbesserung der Stabilität von Drehratensensoren dar.en621.3 Elektrotechnik, ElektronikGyroscopeDrehratensensorDoctoral ThesisBhaskar Choubeyurn:nbn:de:hbz:467-71725