[发明专利]具有单驱动模式的多感测轴MEMS陀螺仪

说明书

本发明涉及具有单驱动模式的多感测轴MEMS陀螺仪。陀螺仪包括沿着第一轴被驱动进入第一驱动运动的第一驱动块，所述第一驱动运动响应于陀螺仪的旋转而生成了第一感测块的第一感测运动。所述陀螺仪还包括沿着横向于所述第一轴的第二轴被驱动进入第二驱动运动的第二驱动块。所述第二驱动运动响应于陀螺仪的旋转而生成了第二感测块的第二感测运动。驱动弹簧系统将所述两个驱动块互连以耦合第一驱动运动和第二驱动运动，使得可以实现单驱动模式。每个感测块的感测运动沿着第三轴，其中所述第三轴横向于其它轴。所述感测运动是平移运动，使得所述感测块保持平行于所述衬底的所述表面。

技术领域

本发明通常涉及微机电系统(MEMS)器件。更具体地说，本发明涉及使用单驱动模式致动的多感测轴MEMS陀螺仪。

背景技术

近年来，微机电系统(MEMS)技术已经取得了广泛的关注，因为它提供了制作非常小的机械结构的方法并且使用常规的批量半导体加工技术在单一衬底上将这些结构与电器件进行整合。MEMS的常见的应用是传感器器件的设计和制作。MEMS传感器器件被广泛用于诸如汽车、惯性制导系统、家用电器、游戏器件、各种器件的保护系统、以及许多其它的工业、科学、以及工程系统的应用中。MEMS传感器的一个例子是MEMS陀螺仪，也被称为角速率传感器。陀螺仪感测了绕一个或多个轴的角速度或角速率。

附图说明

当结合附图考虑时通过参阅详细说明书以及权利要求书，可以对本发明有比较完整的理解。其中在附图中，类似的参考符号表示相同的元件，附图不一定按比例绘制，以及：

图1示出了根据实施例的多感测轴微机电系统(MEMS)陀螺仪的顶视图；

图2示出了在MEMS陀螺仪中实现的梁弹簧的立体图；

图3示出了包括梁弹簧的MEMS陀螺仪的局部立体图；

图4示出了例证该器件的驱动模式的MEMS陀螺仪的顶视图；

图5示出了穿过图4的截面线5-5演示滚动感测的MEMS陀螺仪的简化侧视图；

图6示出了穿过图4的截面线6-6演示俯仰(pitch)感测的MEMS陀螺仪的简化侧视图；

图7示出了演示首摇(yaw)感测的MEMS陀螺仪的简化顶视图；以及

图8示出了包括MEMS陀螺仪的电子器件的简化框图。

具体实施方式

能够感测绕多个轴的角速度或角速率的MEMS陀螺仪非常适合于实现器件的多样性。MEMS陀螺仪通常是利用科里奥利加速度。也就是说，当以角速率(要被感测的值)的旋转被应用于以已知驱动速率被驱动的移动感测块的时候，感测块“感觉”到被称为“科里奥利力”的表观力。足够大小的科里奥利力在与驱动速率的方向垂直的方向上并且在与旋转所绕的轴垂直的方向上引起移动感测块的位移。该位移与旋转的角速率成比例，其可被检测为电容的变化。

MEMS陀螺仪包括驱动系统以便沿着特定驱动轴赋予感测块驱动速率。在一些配置中，与MEMS陀螺仪的驱动块相关联的驱动电极从电子驱动电路接收驱动信号。该驱动信号引起驱动块沿着特定驱动轴振荡，进而又引起关联的感测块振荡。当有角速率刺激的时候，感测块将在感测方向上移动，同时继续沿着驱动轴振荡。

具有多感测轴能力的MEMS陀螺仪的设计和实现相对于微机械元件以及关联的驱动系统尤其复杂。特别是，可能需要三个驱动系统和/或控制回路以驱动三-轴(三轴)感测陀螺仪的驱动块。不幸的是，单独的驱动信号可能导致MEMS陀螺仪的相互彼此影响的各个元件的移动，使得陀螺仪的测量不准确。而且，多个控制回路(每个驱动方向一个)在集成、多感测轴配置中仅包括高占用面积。