[发明专利]带有正交误差补偿的角速率传感器

说明书

技术领域

本发明通常涉及微机电系统（MEMS）设备。更具体地，本发明涉及带有正交误差补偿的MEMS角速率传感器。

背景技术

近年来，微机电系统（MEMS）技术广为应用,这是因为它提供了一种制作非常小的机械结构并且通过使用传统批量半导体加工技术将这些结构集成在一个单一衬底上的方式。MEMS的一个普通应用是传感器设备的设计和制造。MEMS传感器广泛应用于各种应用中，例如汽车、惯性制导系统、家用电器、游戏设备、各种各样设备的保护系统、以及很多其它工业的、科学的和工程系统。MEMS传感器的一个例子是MEMS角速率传感器。或者被称为“陀螺仪”、“陀螺测试仪”、“振荡速率陀螺仪”、“陀螺仪传感器”、或者“偏航速率传感器”，角速率传感器感应了绕着一个或者多个轴的角速度或速率。

附图说明

结合附图并参阅详细说明以及权利要求，对本发明会有一个比较完整的理解。其中在附图中类似的参考符号表示类似的元件，以及：

图1示出根据一个实施例的角速率传感器的俯视图;

图2示出角速率传感器沿着图1中的剖面线2-2的侧视图；

图3示出表示图1中的角速率传感器的正交补偿特征的方程式表格；

图4示出根据另一个实施例的角速率传感器的俯视图;以及

图5示出图4中的角速率传感器一部分的放大视图。

具体实施方式

在振荡角速率传感器中，一个固有问题是被称为正交分量或者正交误差的不期望的干扰信号的存在。由于允许传感块绕着一个不与传感轴正交的轴振荡的制造缺陷，正交误差出现在振荡角速率传感器中。这产生了一个绕着传感轴可以与科里奥利加速度混淆并且随后与旋转速率混淆的振荡。不幸的是，正交误差会导致设备偏移误差、减小的动态范围、以及增强的噪声。一个大的正交误差甚至可以造成一个设备失灵，以使得传感器质量接触到导电电极，就可能导致与碰撞有关的损害,例如一个短路。

在一些现有技术设备中，为了补偿或以其它方式消除正交信号，可通过与正交误差有反相关系的正交补偿电极施加一个静电力。虽然应用一个静电力可以抑制正交误差造成的机械运动，但该技术需要对于正交补偿电极的相对较大电压、较大分配区域、和/或正交误差和静电补偿力之间的精确相位匹配。在其它现有技术设备中，一个消除信号可被应用于特定用途集成电路(ASIC)的前端以消除正交信号。这样一项技术可消除大正交误差，而不应用一个静电力。然而，机械正交运动仍存在，而且必须在正交误差信号和消除信号之间做出精确匹配以有效地消除正交误差。

本发明所公开的实施例包括以角速率传感器形式的微机电系统(MEMS)设备；在该角速率传感器中实施正交补偿技术。已经确定,当一个角速率传感器经历正交运动时，驱动块和传感块响应该正交运动一起运动。根据本发明所公开的实施例，正交补偿电极与驱动块相关联地被添加。正交补偿电极以反向极性与传感电极耦合。通过将正交补偿电极以反向极性与传感电极耦合，由于正交误差的电容输出将会明显减小，因此补偿了正交误差。因此，正交误差补偿在不使用静电力的情况下实现。

参照图1和图2，图1根据一个实施例，示出一个MEMS角速率传感器20的俯视图，以及图2示出角速率传感器20沿着图1中的剖面线2-2的侧视图。图2通过各种底纹和/或影线说明以更加清晰地区分在角速率传感器20的构造层内产生的不同元件。角速率传感器20的构造层中的不同元件可通过利用当前或即将出现的沉积、形成图案、蚀刻等等的表面微加工技术生产。因此，虽然在插图中应用不同的底纹和/或影线，构造层中不同元件和互连通常由相同的材料形成，例如多晶硅、单晶硅等等。

角速率传感器20的元件（下面将会讨论）可被不同地描述为“附着于”、“附着有”、“耦合到”、“固定到”或者“互连有”角速率传感器20的其它元件。然而，应了解这些术语指代MEMS角速率传感器20的特定元件的直接或间接的物理连接,该连接在其通过MEMS制造的形成图案和刻蚀过程的形成期间发生。