專利名稱：提供一個加速度檢測軸和兩個角速度檢測軸的微加工多傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及集成的加速度和角速度傳感器(“多傳感器”)，更具體而言涉及能夠提供一個加速度檢測軸和兩個角度速檢測軸的微加工多傳感器。
背景技術(shù)：
已知的微加工多傳感器包括用于在單個傳感器設(shè)備中提供加速度檢測和角速度檢測的指示的至少一個加速計。傳統(tǒng)的微加工多傳感器，例如1995年2月28日公布的、名稱為“微加工加速計陀螺儀”的美國專利No.5,392,650中所描述的微加工多傳感器，包括兩個加速計，其中每個加速計包括錨固到襯底的剛性加速計框架，和通過多個撓曲從所述框架懸掛的檢驗質(zhì)量塊。該微加工多傳感器具有與之關(guān)聯(lián)的單個加速度檢測軸，和垂直于所述加速度軸的單個旋轉(zhuǎn)檢測軸。而且，該微加工多傳感器典型地被配置成沿振動軸反相地同時振動所述檢驗質(zhì)量塊，該振動軸垂直于所述加速度和旋轉(zhuǎn)軸。
在傳統(tǒng)的微加工多傳感器進行線性和旋轉(zhuǎn)運動并且同時檢驗質(zhì)量塊反相地同時振動的情況下，所產(chǎn)生的線性和科里奧利(Coriolis)加速度的力相對于襯底偏轉(zhuǎn)檢驗質(zhì)量塊。所述多傳感器被配置成檢測各個檢驗質(zhì)量塊的偏轉(zhuǎn)，并且產(chǎn)生相應(yīng)的加速度檢測信號，該加速度檢測信號的值與所述偏轉(zhuǎn)的幅度成正比。由于振動檢驗質(zhì)量塊對線性加速度的響應(yīng)處于同相，而檢驗質(zhì)量塊對科里奧利加速度的響應(yīng)處于反相，因此檢測信號的線性加速度分量(包含加速度檢測信息)和旋轉(zhuǎn)加速度分量(包含角速度檢測信息)可以通過對所述信號進行相加或相減而被分離，以分別消除旋轉(zhuǎn)或線性分量。
上述傳統(tǒng)的微加工多傳感器的一個缺陷在于它典型地僅僅提供一個加速度檢測軸和僅僅提供一個角速度檢測軸。然而，常常有利的是在單個傳感器設(shè)備中提供一個以上的加速度檢測和/或角速度檢測軸。
能夠相對于兩個旋轉(zhuǎn)檢測軸測量旋轉(zhuǎn)速度的第二種傳統(tǒng)的微加工傳感器在美國專利No.5,869,760中被描述，該專利公開于1999年2月9日，名稱為“帶有旋轉(zhuǎn)振動質(zhì)量塊的微加工設(shè)備”。該微加工傳感器包括兩個加速計，其中每個加速計包括一個圓梁形式的質(zhì)量塊，該質(zhì)量塊通過多個撓曲懸掛在襯底上，和相鄰的一對加速度檢測電極。與該微加工傳感器關(guān)聯(lián)的兩個旋轉(zhuǎn)檢測軸位于所述襯底平面中。而且，該微加工傳感器被配置成以反相的方式旋轉(zhuǎn)地振動所述圓梁，即交替地順時針/逆時針旋轉(zhuǎn)一個圓梁，而另一個梁同時以相反方向旋轉(zhuǎn)基本相同的量。
在第二種傳統(tǒng)的微加工多傳感器進行線性和旋轉(zhuǎn)運動并且所述圓梁反相地同時旋轉(zhuǎn)的情況下，所產(chǎn)生的線性和科里奧利加速度的力相對于襯底偏轉(zhuǎn)所述梁。加速度檢測電極檢測各個梁的偏轉(zhuǎn)，并且產(chǎn)生相應(yīng)的加速度檢測信號，該加速度檢測信號與所述偏轉(zhuǎn)的幅度以及相對于旋轉(zhuǎn)檢測軸的旋轉(zhuǎn)速度成正比。由于檢測信號的旋轉(zhuǎn)加速度分量(包含角速度檢測信息)的符號對應(yīng)于所述圓梁的旋轉(zhuǎn)方向，因此可以通過將所述信號相減而從所述檢測信號的線性加速度分量分離所述旋轉(zhuǎn)分量以消除所述線性分量。然而，盡管該微加工多傳感器能夠提供一個以上的角速度檢測軸，但是它所具有的缺陷在于其典型地不提供加速度檢測信息。
因此希望具有一種微加工多傳感器，其同時提供加速度檢測和角速度檢測，并且避免上述傳統(tǒng)的微加工傳感器設(shè)備的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，公開了一種微加工多傳感器，其提供一個加速度檢測軸和兩個角速度檢測軸。當(dāng)前公開的微加工多傳感器包括至少一對加速計，所述加速計提供在電學(xué)上無關(guān)的加速度檢測信號，該加速度檢測信號包括與相對于一個或以上的檢測軸的加速度檢測和角速度檢測相關(guān)的信息。
在第一實施例中，所述微加工多傳感器包括一對加速計，每個加速計包括通過多個撓曲懸掛在襯底之上并且錨固到所述襯底的質(zhì)量塊。所述多傳感器具有在所述襯底平面中的兩個關(guān)聯(lián)的、互相正交的旋轉(zhuǎn)檢測軸，和垂直于所述兩個旋轉(zhuǎn)軸的一個關(guān)聯(lián)的加速度檢測軸。而且，每個質(zhì)量塊具有與之關(guān)聯(lián)的橫向和縱向?qū)ΨQ軸以及與該橫向和縱向?qū)ΨQ軸垂直的旋轉(zhuǎn)軸。每個加速計進一步包括沿各自質(zhì)量塊的所述橫軸布置的第一對加速度檢測電極結(jié)構(gòu)，和沿各自質(zhì)量塊的所述縱軸布置的第二對加速度檢測電極結(jié)構(gòu)。所述多傳感器進一步包括叉形元件，該叉形元件被配置成聯(lián)接所述兩個質(zhì)量塊以允許所述質(zhì)量塊的相對反相運動，并且防止所述質(zhì)量塊的同相運動。將所述質(zhì)量塊錨固到所述襯底的所述多個撓曲被配置成迫使所述質(zhì)量塊基本上僅僅以旋轉(zhuǎn)方式相對于所述襯底運動。
在當(dāng)前公開的實施例中，所述微加工多傳感器包括驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)，該驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)被配置成反相旋轉(zhuǎn)地振動所述質(zhì)量塊，即交替地順時針/逆時針圍繞其旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一個質(zhì)量塊，而另一個質(zhì)量塊同時圍繞其旋轉(zhuǎn)軸沿相反方向旋轉(zhuǎn)基本相同的量。在帶有旋轉(zhuǎn)振動質(zhì)量塊的所述多傳感器進行線性和/或旋轉(zhuǎn)運動的情況下，所述第一和第二對加速度檢測電極基于施加在所述質(zhì)量塊上的線性和科里奧利加速度的力產(chǎn)生在電學(xué)上無關(guān)的加速度檢測信號。所述多傳感器被配置成(1)將由第一加速計的第一對加速度檢測電極檢測的加速度的差值和由第二加速計的第一對加速度檢測電極檢測的加速度的差值相加，以獲得與相對于所述多傳感器的橫向旋轉(zhuǎn)軸的角速度檢測相關(guān)的信息，(2)將由第一加速計的第二對加速度檢測電極檢測的加速度的差值和由第二加速計的第二對加速度檢測電極檢測的加速度的差值相加，以獲得與相對于所述多傳感器的縱向旋轉(zhuǎn)軸的角速度檢測相關(guān)的信息，和(3)將由第一加速計的第一對加速度檢測電極檢測的加速度之和，由第二加速計的第一對加速度檢測電極檢測的加速度之和，由第一加速計的第二對加速度檢測電極檢測的加速度之和，以及由第二加速計的第二對加速度檢測電極檢測的加速度之和相加，以獲得與相對于所述多傳感器的加速度軸的加速度檢測相關(guān)的信息。
在第二實施例中，所述微加工多傳感器包括布置成正方形的四個加速計。每個加速計包括懸掛在襯底之上并且錨固到所述襯底的質(zhì)量塊。所述多傳感器進一步包括各自的叉形元件，該叉形元件聯(lián)接相鄰的質(zhì)量塊對以允許所述相鄰質(zhì)量塊對的相對反相運動，并且防止所述相鄰質(zhì)量塊的同相運動。所述微加工多傳感器具有在所述襯底平面中的兩個關(guān)聯(lián)的、互相正交的旋轉(zhuǎn)檢測軸，和垂直于所述兩個旋轉(zhuǎn)軸的一個關(guān)聯(lián)的加速度檢測軸。每個加速計進一步包括沿各自質(zhì)量塊的橫軸布置的第一對加速度檢測電極結(jié)構(gòu)，和沿各自質(zhì)量塊的縱軸布置的第二對加速度檢測電極結(jié)構(gòu)。所述加速計以鏡像方式布置在各個旋轉(zhuǎn)軸的相對側(cè)上。由于所述微加工多傳感器的該第二實施例的對稱性，該多傳感器可以很容易地在模具上對中，因此減少了模具表面區(qū)域變形和梯度的不良影響。
通過將上述微加工多傳感器配置成包括多個加速計，并且每個加速計具有質(zhì)量塊并且提供分別沿所述質(zhì)量塊的橫向和縱向?qū)ΨQ軸的在電學(xué)上無關(guān)的兩對加速度檢測信號，通過適當(dāng)?shù)貙⑺黾铀俣葯z測信號相加和/或相減可以獲得一個加速度檢測軸和兩個角速度檢測軸。
從下面本發(fā)明的詳細(xì)描述將顯而易見本發(fā)明的其它特征、功能和方面。


結(jié)合附圖參考本發(fā)明的以下具體描述將更完整地理解本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的微加工多傳感器的簡化結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖1的微加工多傳感器的詳細(xì)平面圖；圖3是用于圖1的微加工多傳感器的加速度檢測信號處理電路的原理圖；圖4是圖1的微加工多傳感器的替代實施例的簡化結(jié)構(gòu)圖；
圖5是圖4的微加工多傳感器的詳細(xì)平面圖；以及圖6是操作圖2的微加工多傳感器的一種方法的流程圖。
具體實施例方式
于2003年4月28日申請的、名稱為“提供一個加速度檢測軸和兩個角速度檢測軸的微加工多傳感器”的申請美國臨時專利申請No.60/466,090被結(jié)合于此以作參考。
公開了一種微加工多傳感器，其在單個多傳感器設(shè)備中提供一個加速度檢測軸和兩個角速度檢測軸。當(dāng)前公開的微加工多傳感器可以對稱地布置在模具上，由此提高了產(chǎn)量并且提高了多傳感器設(shè)備的總體性能。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的微加工多傳感器100的一個示例性實施例。在該例舉的實施例中，多傳感器100包括多個加速計102和104。加速計102和104分別包括質(zhì)量塊103和105，每個質(zhì)量塊基本上是圓形的。應(yīng)當(dāng)理解，質(zhì)量塊103和105可以可選擇地大體為正方形、六邊形、八邊形或任何其它合適的幾何形狀。圓形質(zhì)量塊103和105通過多個撓曲(未示出)被錨固到襯底101并且懸掛到該襯底之上。多傳感器100進一步包括叉形元件106，該叉形元件被配置成聯(lián)接所述兩個圓形質(zhì)量塊103和105以允許所述質(zhì)量塊的相對反相運動，并且防止所述質(zhì)量塊的同相運動。錨固所述圓形質(zhì)量塊103和105并且將它們懸掛在襯底101之上的所述多個撓曲被配置成迫使所述質(zhì)量塊基本上僅僅以旋轉(zhuǎn)方式在一個平面中運動，所述平面平行于所述襯底，而且也可以以垂直于所述襯底101的傾斜或平移模式運動。
例如，襯底101可以包括硅襯底，或者其它任何合適類型的襯底。而且，襯底101可以受到任何合適的體微加工(bulkmicro-machining)過程以形成微電機系統(tǒng)(MEMS)多傳感器設(shè)備。應(yīng)當(dāng)注意，可以通過本領(lǐng)域中任何合適的方法形成MEMS多傳感器100的圓形質(zhì)量塊103和105以及聯(lián)接叉106。
如圖1中所示，多傳感器100具有在襯底101的平面中的兩個關(guān)聯(lián)的、相互正交的旋轉(zhuǎn)檢測軸X和Y，和垂直于旋轉(zhuǎn)軸X和Y(即垂直于襯底101)的一個關(guān)聯(lián)的加速度檢測軸Z。多傳感器100被配置成提供相對于旋轉(zhuǎn)軸X和Y的角速度檢測的兩個指示，和相對于加速度軸Z的加速度檢測的一個指示。而且，每個圓形質(zhì)量塊103和105具有與之關(guān)聯(lián)的橫向和縱向?qū)ΨQ軸(未標(biāo)注)，和垂直于所述橫軸和縱軸的旋轉(zhuǎn)軸(即旋轉(zhuǎn)軸142和144，見圖1)。
多傳感器100也包括沿各個圓形質(zhì)量塊103和105的橫軸和縱軸布置的加速度檢測電極結(jié)構(gòu)108-115。具體而言，加速度檢測電極結(jié)構(gòu)108-109和112-113彼此在直徑上相對地分別沿所述圓形質(zhì)量塊103的橫軸和縱軸布置，加速度檢測電極結(jié)構(gòu)110-111和114-115彼此在直徑上相對地分別沿所述圓形質(zhì)量塊105的橫軸和縱軸布置。加速度檢測電極結(jié)構(gòu)108-115中的每一個都包括布置在各個圓形質(zhì)量塊的表面上的第一電極，和布置在與第一電極相反的襯底101的表面上的第二電極，從而形成電容值基于第一和第二電極之間的距離而增加/減小的差動電容器。多傳感器100包括電路，該電路被配置成檢測所述電容值的變化，并且提供在電學(xué)上無關(guān)的加速度檢測信號，所述加速度檢測信號包括分別與相對于旋轉(zhuǎn)軸X，Y和加速度軸Z的角速度檢測和加速度檢測相關(guān)的信息。例如，加速度檢測電極結(jié)構(gòu)108-115的每一個第一和第二電極可以由多晶硅(“聚硅”)、擴散區(qū)域、金屬或其它任何合適的材料制造。
圖2顯示了微加工多傳感器100(見圖1)的詳細(xì)平面視圖200。如圖2中所示，微加工多傳感器200包括多個加速計202和204。加速計202和204分別包括大體圓形的質(zhì)量塊203和205，所述質(zhì)量塊通過多個撓曲結(jié)構(gòu)錨固到襯底201如硅襯底上，并且懸掛在所述襯底之上。具體而言，錨固和懸掛圓形質(zhì)量塊203的每個撓曲結(jié)構(gòu)包括固定器270和應(yīng)力釋放元件260，并且錨固和懸掛圓形質(zhì)量塊205的每個撓曲結(jié)構(gòu)包括固定器272和應(yīng)力釋放元件262。
多傳感器200進一步包括叉形元件206和加速度檢測電極結(jié)構(gòu)208-215。叉形元件206被配置成聯(lián)接所述兩個圓形質(zhì)量塊203和205以允許所述質(zhì)量塊的相對反相旋轉(zhuǎn)運動，并且防止所述質(zhì)量塊的同相旋轉(zhuǎn)運動，這在本領(lǐng)域中是公知的。加速度檢測電極結(jié)構(gòu)208-215沿各個圓形質(zhì)量塊203和205的縱軸和橫軸布置。
應(yīng)當(dāng)注意，圓形質(zhì)量塊203和205、叉形元件206、和加速度檢測電極結(jié)構(gòu)208-215基本上分別與多傳感器100(見圖1)的圓形質(zhì)量塊103和105、叉形元件106、和加速速檢測電極結(jié)構(gòu)108-115等效。而且，圖3中所示的旋轉(zhuǎn)檢測軸X和Y以及加速度檢測軸Z對應(yīng)于參考圖1在上面所描述的旋轉(zhuǎn)檢測軸X和Y以及加速度檢測軸Z。
如圖2中所示，多傳感器200包括多個驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)240和242，所述驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)錨固到襯底201，并且被配置成反相旋轉(zhuǎn)地振動圓形質(zhì)量塊203和205，即交替地順時針/逆時針旋轉(zhuǎn)一個質(zhì)量塊，而另一質(zhì)量塊圍繞其旋轉(zhuǎn)軸沿相反方向同時旋轉(zhuǎn)基本相同的量。具體而言，驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)240用于圍繞旋轉(zhuǎn)軸282旋轉(zhuǎn)地振動圓形質(zhì)量塊203，驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)242用于圍繞旋轉(zhuǎn)軸284旋轉(zhuǎn)地振動圓形質(zhì)量塊205。在當(dāng)前公開的實施例中，驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)240和242分別沿圓形質(zhì)量塊203和205的徑向軸布置。而且，驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)240和242中的每一個都包括多個電極(“指”)，所述多個電極與分別從圓形質(zhì)量塊203和205的至少一個徑向邊緣延伸的相應(yīng)的多個指交叉。驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)240和242聯(lián)接到用于產(chǎn)生驅(qū)動信號的信號源(未示出)，所述驅(qū)動信號可操作地以方向箭頭280所指示的振動方式反相旋轉(zhuǎn)地振動質(zhì)量塊203和205。
應(yīng)當(dāng)注意，圓形幾何形狀的主要目的是提供一個樞軸和杠桿以將在直徑上相對的質(zhì)量塊203和205的不平行線性運動轉(zhuǎn)換為適合聯(lián)接叉206的運動。因此，在產(chǎn)生科里奧利力方面有用的質(zhì)量塊203和205的運動是占優(yōu)勢的線性分量，而不是旋轉(zhuǎn)。
多傳感器200進一步包括多個速度檢測電極結(jié)構(gòu)250和252，所述速度檢測電極結(jié)構(gòu)錨固到襯底201，并且被配置成分別檢測圓形質(zhì)量塊203和205的振動速度。在當(dāng)前公開的實施例中，速度檢測電極結(jié)構(gòu)250和252分別沿圓形質(zhì)量塊203和205的徑向軸布置。而且，速度檢測電極結(jié)構(gòu)250和252包括多個指，所述指與分別從圓形質(zhì)量塊203和205的徑向邊緣延伸的相應(yīng)的多個指交叉。速度檢測電極結(jié)構(gòu)250和252的所述交叉指形成差動電容器，該差動電容器的電容值基于圓形質(zhì)量塊203和205沿順時針還是逆時針旋轉(zhuǎn)而增加/減小。多傳感器200包括電路(未示出)，該電路被配置成檢測電容值的這些變化，并且基于電容值變化提供圓形質(zhì)量塊203和205的振動速度的速度檢測信號指示。
本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將理解，當(dāng)圓形質(zhì)量塊203和205分別圍繞旋轉(zhuǎn)軸282和284振動，同時多傳感器200圍繞質(zhì)量塊203和205的徑向軸(未標(biāo)注)旋轉(zhuǎn)時，質(zhì)量塊203和205受到科里奧利運動。而且，由于圓形質(zhì)量203和205反相地振動，因此科里奧利加速度在相反方向被施加到各個質(zhì)量塊上。結(jié)果，明顯的科里奧利力被施加到圓形質(zhì)量塊203和205，從而沿相反方向相對于襯底201偏轉(zhuǎn)質(zhì)量塊203和205。
例如，在圖2中使用“+”和“-”符號來表示圓形質(zhì)量塊203和205由于所施加的科里奧利力而偏轉(zhuǎn)的相對方向。如圖2中所示，質(zhì)量塊203的加速度檢測電極結(jié)構(gòu)208-209和212-213分別被標(biāo)注-，+，-，和+。質(zhì)量塊205的相應(yīng)加速度檢測電極結(jié)構(gòu)210-211和214-215分別被標(biāo)注相反的符號+，-，+，和-，以指示所施加的科里奧利力在相反的方向相對于襯底201偏轉(zhuǎn)質(zhì)量塊203和205的這些相應(yīng)區(qū)域。
應(yīng)當(dāng)注意，圓形質(zhì)量塊203的沿縱軸的加速度檢測電極結(jié)構(gòu)208-209和沿橫軸的加速度檢測電極結(jié)構(gòu)212-213分別被標(biāo)記上相反的標(biāo)記-和+。類似地，圓形質(zhì)量塊205的沿縱軸的加速度檢測電極結(jié)構(gòu)210-212和沿橫軸的加速度檢測電極結(jié)構(gòu)214-215分別被標(biāo)記上相反的符號+和-。這是因為在當(dāng)前公開的實施例中，圓形質(zhì)量塊203和205是剛性結(jié)構(gòu)，該剛性結(jié)構(gòu)被配置成響應(yīng)所施加的科里奧利力而相對于襯底201傾斜。
而且，由于所施加的科里奧利力在相反方向偏轉(zhuǎn)圓形質(zhì)量塊203和205，因此質(zhì)量塊203和205對相對于旋轉(zhuǎn)軸X和Y的科里奧利加速度的響應(yīng)處于反相，而圓形質(zhì)量塊203和205對相對于加速度軸Z的線性加速度的響應(yīng)處于同相。因此，通過加速度檢測電極結(jié)構(gòu)208-215提供的在電學(xué)上無關(guān)的檢測信號可以被相加和/或相減以從所述檢測信號提取對應(yīng)于線性加速度的信息(即加速度檢測信息)，和從所述檢測信號提取對應(yīng)于科里奧利加速度的信息(即角速度檢測信息)。
圖3顯示了加速度檢測信號處理電路300的一個示例性實施例，該加速度檢測信號處理電路被配置成從加速度檢測電極結(jié)構(gòu)208-215(見圖2)所提供的加速度檢測信號提取加速度檢測信息和角速度檢測信息。例如，信號處理電路300可以與多傳感器200一樣地在相同襯底上實現(xiàn)。在所例舉的實施例中，檢測信號處理電路300包括多個差分放大器308-309和多個加法放大器302-306，所述差分放大器和加法放大器將加速度檢測電極結(jié)構(gòu)208-215所檢測的加速度相減/相加以提取加速度檢測和角速度檢測信息。
具體而言，加速度檢測電極結(jié)構(gòu)208-209所檢測的加速度包括相對于加速度軸Z的線性分量Az，和相對于旋轉(zhuǎn)軸Y的時變旋轉(zhuǎn)分量ay(w)；加速度檢測電極結(jié)構(gòu)210-211所檢測的加速度包括相對于加速度軸Z的線性分量Bz，和相對于旋轉(zhuǎn)軸Y的時變旋轉(zhuǎn)分量by(w)。應(yīng)當(dāng)注意，旋轉(zhuǎn)分量ay(w)和by(w)在角振動頻率w處變化，并且與圍繞徑向軸的旋轉(zhuǎn)速度成正比，所述徑向軸垂直于振動速度矢量。由于質(zhì)量塊203和205的振動速度相反，因此加速度檢測電極結(jié)構(gòu)208-209所檢測的加速度分別為Az+ay(w)和Az-ay(w)，加速度檢測電極結(jié)構(gòu)210-211所檢測的加速度分別為Bz+by(w)和Bz-by(w)。類似地，加速度檢測電極結(jié)構(gòu)212-213所檢測的加速度分別為Az+ax(w)和Az-ax(w)，加速度檢測電極結(jié)構(gòu)214-215所檢測的加速度分別為Bz+bx(w)和Bz-bx(w)。
如上所述，圓形質(zhì)量塊203和205(見圖2)對相對于旋轉(zhuǎn)軸X和Y的科里奧利加速度的響應(yīng)處于反相，而圓形質(zhì)量塊203和205對相對于加速度軸Z的線性加速度的響應(yīng)處于同相。因此，圓形質(zhì)量塊203和205對相對于旋轉(zhuǎn)軸X和Y的科里奧利加速度的響應(yīng)處于反相，所述科里奧利加速度由加速度ay(w)和-ay(w)，by(w)和-by(w)，ax(w)和-ax(w)，bx(w)和-bx(w)表示，而圓形質(zhì)量塊203和205對相對于加速度軸Z的線性加速度的響應(yīng)處于同相，所述加速度由加速度Az和Bz表示。
如圖3中所示，代表電極結(jié)構(gòu)208-209所檢測的加速度Az+ay(w)和Az-ay(w)的信號分別被提供給加法放大器302-303，代表電極結(jié)構(gòu)210-211所檢測的加速度Bz+by(w)和Bz-by(w)的信號分別被提供給加法放大器302-303。加法放大器302-303被配置成將提供給它的各個信號相加，并且向差分放大器308提供得到的信號之和，所述差分放大器被配置成將這些信號相減以消除線性分量Az和Bz并且產(chǎn)生指示相對于旋轉(zhuǎn)軸Y(“Y角速度”)的角速度檢測的信號2ay(w)+2by(w)。
類似地，代表電極結(jié)構(gòu)212-213所檢測的加速度Az+ax(w)和Az-ax(w)的信號分別被提供給加法放大器304-305，代表電極結(jié)構(gòu)214-215所檢測的加速度Bz+bx(w)和Bz-bx(w)的信號分別被提供給加法放大器304-305。加法放大器304-305被配置成將提供給它的各個信號相加，并且向差分放大器309提供得到的信號之和，所述差分放大器被配置成將這些信號相減以消除線性分量Az和Bz并且產(chǎn)生指示相對于旋轉(zhuǎn)軸X(“X角速度”)的角速度檢測的信號2ax(w)+2bx(w)。
如圖3中所示，加法放大器302-305也在它們各自的輸出處向加法放大器306提供信號和，所述加法放大器306被配置成將這些信號相加以消除旋轉(zhuǎn)分量ax(w)，bx(w)，ay(w)和by(w)，并且產(chǎn)生指示相對于加速度軸Z(“Z加速度”)的加速度檢測的信號4Az+4Bz。
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的微加工多傳感器400的第二示例性實施例。在所例舉的實施例中，傳感器400包括布置成正方形的多個加速計402，404，406和408。加速計402，404，406和408分別包括質(zhì)量塊403，405，407和409，每個質(zhì)量塊大體為正方形。然而應(yīng)當(dāng)理解，質(zhì)量塊403，405，407和409可以替代地大體上為圓形、六邊形、八邊形或任何其它合適的幾何形狀。
正方形質(zhì)量塊403，405，407和409通過多個撓曲(未示出)懸掛在襯底401之上并且錨固到所述襯底。多傳感器400進一步包括聯(lián)接相鄰質(zhì)量塊403和405的叉形元件410，聯(lián)接相鄰質(zhì)量塊403和407的叉形元件412，聯(lián)接相鄰質(zhì)量塊407和409的叉形元件414，以及聯(lián)接相鄰質(zhì)量塊405和409的叉形元件416。叉形元件410，412，414和416被配置成聯(lián)接質(zhì)量塊403，405，407和409以允許相鄰質(zhì)量塊圍繞旋轉(zhuǎn)軸452，454，456和458的相對反相旋轉(zhuǎn)運動，并且防止相鄰質(zhì)量塊圍繞旋轉(zhuǎn)軸452，454，456和458的同相旋轉(zhuǎn)運動。
類似于多傳感器200的襯底201(見圖2)，多傳感器400的襯底401(見圖4)可以包括硅襯底，或者任何其它合適類型的襯底。而且，襯底401可以受到任何合適的體微加工過程以形成MEMS多傳感器。
如圖4中所示，多傳感器400具有在襯底401的平面中的兩個關(guān)聯(lián)的、互相正交的旋轉(zhuǎn)檢測軸X和Y，和垂直于旋轉(zhuǎn)軸X和Y的一個關(guān)聯(lián)的加速度檢測軸Z。類似于多傳感器200(見圖2)，多傳感器400提供相對于旋轉(zhuǎn)軸X和Y的角速度檢測的兩個指示，和相對于加速度軸Z的加速度檢測的一個指示。
多傳感器400也包括分別沿質(zhì)量塊403，405，407和409的縱軸和橫軸在直徑上相對地布置的加速度檢測電極結(jié)構(gòu)418-421，426-429和422-425，430-433。加速度檢測電極結(jié)構(gòu)418-433中的每一個包括布置在各自質(zhì)量塊的表面上的第一電極，和布置在襯底401的與第一電極相反的表面上的第二電極，以形成電容值基于第一和第二電極之間的距離而變化的差動電容器。這樣的電容值用于提供在電學(xué)上無關(guān)的加速度檢測信號，所述加速度檢測信號包括分別與相對于旋轉(zhuǎn)軸X，Y和加速度軸Z的角速度檢測和加速度檢測相關(guān)的信息。
例如，加速度檢測電極結(jié)構(gòu)418-419，420-421，426-427和428-429可以分別用于提供加速度Az+ay(w)和Az-ay(w)，Bz+by(w)和Bz-by(w)，Cz+cy(w)和Cz-cy(w)，以及Dz+dy(w)和Dz-dy(w)的指示，其中Az，Bz，Cz和Dz是相對于加速度軸Z的線性加速度分量，ay(w)，by(w)，cy(w)和dy(w)是相對于旋轉(zhuǎn)軸Y的時變旋轉(zhuǎn)加速度分量。而且，加速度檢測電極結(jié)構(gòu)422-423，430-431，424-425和432-433可以分別用于提供加速度Az+ax(w)和Az-ax(w)，Bz+bx(w)和Bz-bx(w)，Cz+cx(w)和Cz-cx(w)，以及Dz+dx(w)和Dz-dx(w)的指示，其中ax(w)，bx(w)，cx(w)和dx(w)是相對于旋轉(zhuǎn)軸X的時變旋轉(zhuǎn)加速度分量。通過適當(dāng)?shù)貙⒏鱾€加速度相減，可以消除線性分量，留下旋轉(zhuǎn)分量，該旋轉(zhuǎn)分量包括與相對于旋轉(zhuǎn)軸X和Y的角速度檢測相關(guān)的信息。而且，通過適當(dāng)?shù)貙⒏鱾€加速度相加，可以消除旋轉(zhuǎn)分量，留下線性分量，該線性分量包括與相對于加速度軸Z的加速度檢測相關(guān)的信息。
圖5顯示了微加工多傳感器400(見圖4)的詳細(xì)平面圖500。如圖5中所示，微加工多傳感器500包括加速計502，504，506和508。加速計502，504，506和508分別包括大體正方形的質(zhì)量塊503，505，507和509，所述質(zhì)量塊通過多個撓曲錨固到襯底501并且懸掛在所述襯底之上。具體而言，錨固和懸掛質(zhì)量塊503的每個撓曲結(jié)構(gòu)包括諸如固定器570這樣的固定器和諸如應(yīng)力釋放元件560這樣的應(yīng)力釋放元件，錨固/懸掛質(zhì)量塊505的每個撓曲包括諸如固定器572這樣的固定器和諸如應(yīng)力釋放元件562這樣的應(yīng)力釋放元件，錨固/懸掛質(zhì)量塊507的每個撓曲包括諸如固定器574這樣的固定器和諸如應(yīng)力釋放元件564這樣的應(yīng)力釋放元件，錨固/懸掛質(zhì)量塊509的每個撓曲包括諸如固定器576這樣的固定器和諸如應(yīng)力釋放元件566這樣的應(yīng)力釋放元件。應(yīng)當(dāng)注意，固定器/應(yīng)力釋放元件對沿各質(zhì)量塊503，505，507和509的縱軸和橫軸布置。多傳感器500進一步包括叉形元件510，512，514和516，所述叉形元件被配置成聯(lián)接相鄰質(zhì)量塊以允許所述質(zhì)量塊的相對反相旋轉(zhuǎn)運動，并且防止所述質(zhì)量塊的同相旋轉(zhuǎn)運動，這在本領(lǐng)域中是公知的。
應(yīng)當(dāng)注意，質(zhì)量塊503，505，507和509以及叉形元件510，512，514和516基本上分別與多傳感器400(見圖4)的質(zhì)量塊403，405，407和409以及叉形元件410，412，414和416等效。而且，圖5中所示的旋轉(zhuǎn)檢測軸X和Y以及加速度檢測軸Z對應(yīng)于上面參考圖4所描述的旋轉(zhuǎn)檢測軸X和Y以及加速度檢測軸Z。
多傳感器500(見圖5)包括多個驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)540，542，544和546，所述驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)錨固到襯底501，并且被配置成分別旋轉(zhuǎn)地振動質(zhì)量塊503，505，507和509，從而相鄰質(zhì)量塊反相地振動。驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)540，542，544和546中的每一個包括多個指，所述指沿所述質(zhì)量塊的徑向軸布置，并且與從所述質(zhì)量塊的至少一個徑向邊緣延伸的相應(yīng)的多個指交叉。在優(yōu)選的實施例中，驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)540，542，544和546分別對角地布置在質(zhì)量塊503，505，507和509上。
多傳感器500也包括多個速度檢測電極結(jié)構(gòu)550，552，554和556，所述速度檢測電極結(jié)構(gòu)錨固到襯底501，并且被配置成分別檢測質(zhì)量塊503，505，507和509的振動速度。類似于驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)540，542，544和546，速度檢測電極結(jié)構(gòu)550，552，554和556中的每一個包括多個指，所述指沿所述質(zhì)量塊的徑向軸布置，并且與分別從所述質(zhì)量塊的至少一個徑向邊緣延伸的相應(yīng)的多個指交叉。在優(yōu)選的實施例中，速度檢測電極結(jié)構(gòu)550，552，554和556分別沿質(zhì)量塊503，505，507和509的橫軸布置。應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)多傳感器500圍繞所述質(zhì)量塊的徑向軸(未標(biāo)注)旋轉(zhuǎn)時，在圖5中使用“+”和“-”符號來表示所述振動質(zhì)量塊503，505，507和509由于所施加的科里奧利力而偏轉(zhuǎn)的相對方向。
應(yīng)當(dāng)理解加速計502，504，506和508以及叉形元件510，512，514和516以鏡像方式布置在多傳感器500的橫向?qū)ΨQ軸的每一側(cè)上和縱向?qū)ΨQ軸的每一側(cè)上。因此，多傳感器500可以對稱地居中于模具(未示出)上以減小模具表面變形和梯度對多傳感器500的性能的不利影響。
參考圖6例舉了操作諸如多傳感器200(見圖2)這樣的當(dāng)前公開的微加工多傳感器的一種方法。如步驟602所描述的，當(dāng)多傳感器200進行線性/旋轉(zhuǎn)運動時，質(zhì)量塊203和205分別圍繞旋轉(zhuǎn)軸282和284反相旋轉(zhuǎn)地被振動。應(yīng)當(dāng)理解，旋轉(zhuǎn)軸X和Y位于多傳感器襯底201的平面中，線性加速度軸Z垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸。接著，如步驟604中所描述的，分別由加速度檢測電極結(jié)構(gòu)208-209產(chǎn)生的加速度檢測信號Az+ay(w)和Az-ay(w)被相減，以產(chǎn)生檢測信號差值2ay(w)，同樣如步驟604中所描述的，由加速度檢測電極結(jié)構(gòu)210-211產(chǎn)生的加速度檢測信號Bz+by(w)和Bz-by(w)被相減，以產(chǎn)生檢測信號差值2by(w)。如步驟606中所描述的，信號2ay(w)和2by(w)然后相加，以產(chǎn)生信號總和2ay(w)+2by(w)，該總和包含與相對于旋轉(zhuǎn)軸Y(Y旋轉(zhuǎn))的角速度檢測相關(guān)的信息。接著，如步驟608中所描述的，分別由加速度檢測電極結(jié)構(gòu)212-213產(chǎn)生的加速度檢測信號Az+ax(w)和Az-ax(w)相減，以產(chǎn)生檢測信號差值2ax(w)，同樣如步驟608中所描述的，由加速度檢測電極結(jié)構(gòu)214-215產(chǎn)生的加速度檢測信號Bz+bx(w)和Bz-bx(w)相減，以產(chǎn)生檢測信號差值2bx(w)。如步驟610中所描述的，信號2ax(w)和2bx(w)然后相加，以產(chǎn)生信號總和2ax(w)+2bx(w)，該總和包含與相對于旋轉(zhuǎn)軸X(X旋轉(zhuǎn))的角速度檢測相關(guān)的信息。最后，如步驟612中所描述的，信號Az+ay(w)，Az-ay(w)，Bz+by(w)，Bz-by(w)，Az+ax(w)，Az-ax(w)，Bz+bx(w)和，Bz-bx(w)相加，以產(chǎn)生總和4Az+4Bz，該總和包含與相對于加速度軸Z(Z加速度)的加速度檢測相關(guān)的信息。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解可以對上述提供一個加速度檢測軸和兩個角速度檢測軸的微加工多傳感器進行改進和變化而不脫離在此公開的創(chuàng)新思想。因此，除了由后附權(quán)利要求的范圍和精神限定之外，不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明視為受到其它限制。
權(quán)利要求
1.一種多傳感器，包括襯底；至少一個第一質(zhì)量塊，其聯(lián)接到所述襯底并且懸掛在其上，該第一質(zhì)量塊具有關(guān)聯(lián)的縱軸和橫軸，以及關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)軸垂直于與之關(guān)聯(lián)的所述縱軸和橫軸；至少一個第二質(zhì)量塊，其聯(lián)接到所述襯底并且懸掛在其上，該第二質(zhì)量塊具有關(guān)聯(lián)的縱軸和橫軸，以及關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)軸垂直于與之關(guān)聯(lián)的所述縱軸和橫軸，該第二質(zhì)量塊與所述第一質(zhì)量塊相鄰，至少一個驅(qū)動結(jié)構(gòu)，其可操作地聯(lián)接到所述第一和第二質(zhì)量塊，該驅(qū)動結(jié)構(gòu)被配置成圍繞各自的旋轉(zhuǎn)軸反相地振動所述第一和第二質(zhì)量塊；第一和第二對在直徑上相對的加速度檢測結(jié)構(gòu)，其可操作地聯(lián)接到所述第一質(zhì)量塊，該第一和第二加速度檢測結(jié)構(gòu)對分別沿所述第一質(zhì)量塊的縱軸和橫軸布置；和第三和第四對在直徑上相對的加速度檢測結(jié)構(gòu)，其可操作地聯(lián)接到所述第二質(zhì)量塊，該第三和第四加速度檢測結(jié)構(gòu)對分別沿所述第二質(zhì)量塊的縱軸和橫軸布置，其中各個縱軸平行于第一旋轉(zhuǎn)檢測軸，各個橫軸平行于第二旋轉(zhuǎn)檢測軸，并且其中每個加速度檢測結(jié)構(gòu)被配置成產(chǎn)生各自的檢測信號，該各自的檢測信號包括與相對于所述第一和第二旋轉(zhuǎn)檢測軸的角速度檢測相關(guān)的信息，并且進一步包括與相對于加速度檢測軸的加速度檢測相關(guān)的信息，所述加速度檢測軸垂直于所述旋轉(zhuǎn)檢測軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多傳感器，其中由所述第一和第三對加速度檢測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各自的檢測信號中的每一個包括相對于所述加速度檢測軸的線性分量和相對于所述第一旋轉(zhuǎn)檢測軸的旋轉(zhuǎn)分量，其中由所述第二和第四對加速度檢測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各自的檢測信號中的每一個包括相對于所述加速度檢測軸的線性分量和相對于所述第二旋轉(zhuǎn)檢測軸的旋轉(zhuǎn)分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多傳感器，進一步包括信號處理單元，該信號處理單元被配置成組合由所述第一、第二、第三和第四對加速度檢測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各自的線性檢測信號以產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號包括與相對于所述加速度檢測軸的加速度檢測相關(guān)的信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多傳感器，進一步包括信號處理單元，該信號處理單元被配置成組合由所述第一和第三對加速度檢測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各自的旋轉(zhuǎn)檢測信號以產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號包括與相對于所述第一旋轉(zhuǎn)檢測軸的角速度檢測相關(guān)的信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多傳感器，進一步包括信號處理單元，該信號處理單元被配置成組合由所述第二和第四對加速度檢測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各自的旋轉(zhuǎn)檢測信號以產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號包括與相對于所述第二旋轉(zhuǎn)檢測軸的角速度檢測相關(guān)的信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多傳感器，進一步包括聯(lián)接所述第一質(zhì)量塊和所述第二質(zhì)量塊的彈性元件，該彈性元件被配置成允許各個質(zhì)量塊的反相振動運動，并且防止各個質(zhì)量塊的同相振動運動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多傳感器，進一步包括第一放大器，其被配置成從所述第一對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第一檢測信號，第三放大器，其被配置成從所述第三對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第三檢測信號，所述第一和第三放大器進一步被配置成產(chǎn)生分別包括所述一對第一檢測信號的差值和所述一對第三檢測信號的差值的第一和第三輸出信號，該第一和第三輸出信號包括與相對于所述第一旋轉(zhuǎn)檢測軸的角速度檢測相關(guān)的信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多傳感器，進一步包括第二放大器，其被配置成從所述第二對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第二檢測信號，第四放大器，其被配置成從所述第四對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第四檢測信號，所述第二和第四放大器進一步被配置成產(chǎn)生分別包括所述一對第二檢測信號的差值和所述一對第四檢測信號的差值的第二和第四輸出信號，該第二和第四輸出信號包括與相對于所述第二旋轉(zhuǎn)檢測軸的角速度檢測相關(guān)的信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多傳感器，進一步包括第一放大器，其被配置成從所述第一對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第一檢測信號，第二放大器，其被配置成從所述第二對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第二檢測信號，第三放大器，其被配置成從所述第三對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第三檢測信號，第四放大器，其被配置成從所述第四對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第四檢測信號，所述第一、第二、第三和第四放大器進一步被配置成產(chǎn)生分別包括所述一對第一檢測信號之和，所述一對第二檢測信號之和，所述一對第三檢測信號之和以及所述一對第四檢測信號之和的第一、第二、第三和第四輸出信號，該第一、第二、第三和第四輸出信號包括與相對于所述加速度檢測軸的加速度檢測相關(guān)的信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多傳感器，進一步包括懸掛在所述襯底上的兩個第一質(zhì)量塊和兩個第二質(zhì)量塊，這四個質(zhì)量塊被布置成使得每個質(zhì)量塊與其它兩個質(zhì)量塊相鄰，其中所述驅(qū)動結(jié)構(gòu)被配置成圍繞各自的旋轉(zhuǎn)軸反相地振動這四個質(zhì)量塊，從而每個質(zhì)量塊以相同和相反的方式相對于相鄰質(zhì)量塊運動。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多傳感器，其中至少所述第一和第二質(zhì)量塊在所述襯底上被微加工，所述第一和第二旋轉(zhuǎn)檢測軸位于所述微加工襯底的平面中。
12.一種操作多傳感器的方法，包括以下步驟通過一個驅(qū)動結(jié)構(gòu)圍繞各自的旋轉(zhuǎn)軸反相地振動至少一個第一質(zhì)量塊和至少一個第二質(zhì)量塊，所述第一和第二質(zhì)量塊彼此相鄰并且聯(lián)接到和懸掛在襯底上，每個質(zhì)量塊具有垂直于所述各自的旋轉(zhuǎn)軸的關(guān)聯(lián)的縱軸和橫軸，各個縱軸平行于第一旋轉(zhuǎn)檢測軸，各個橫軸平行于第二旋轉(zhuǎn)檢測軸；通過可操作地聯(lián)接到所述第一質(zhì)量塊的第一和第二對在直徑上相對的加速度檢測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各自的檢測信號，所述第一和第二加速度檢測結(jié)構(gòu)對分別沿所述第一質(zhì)量塊的縱軸和橫軸布置；和通過可操作地聯(lián)接到所述第二質(zhì)量塊的第三和第四對在直徑上相對的加速度檢測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各自的檢測信號，所述第三和第四加速度檢測結(jié)構(gòu)對分別沿所述第二質(zhì)量塊的縱軸和橫軸布置，其中在所述第一和第二產(chǎn)生步驟中產(chǎn)生的所述各自的檢測信號包括與相對于所述第一和第二旋轉(zhuǎn)檢測軸的角速度檢測相關(guān)的信息，并且進一步包括與相對于加速度檢測軸的加速度檢測相關(guān)的信息，所述加速度檢測軸垂直于所述旋轉(zhuǎn)檢測軸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在所述第一和第二產(chǎn)生步驟中由所述第一和第三對加速度檢測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各自的檢測信號中的每一個包括相對于所述加速度檢測軸的線性分量和相對于所述第一旋轉(zhuǎn)檢測軸的旋轉(zhuǎn)分量，其中在所述第一和第二產(chǎn)生步驟中由所述第二和第四對加速度檢測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各自的檢測信號中的每一個包括相對于所述加速度檢測軸的線性分量和相對于所述第二旋轉(zhuǎn)檢測軸的旋轉(zhuǎn)分量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括以下步驟通過一個信號處理單元組合由所述第一、第二、第三和第四對加速度檢測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各自的線性檢測信號分量以產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號包括與相對于所述加速度檢測軸的加速度檢測相關(guān)的信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括以下步驟通過一個信號處理單元組合由所述第一和第三對加速度檢測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各自的旋轉(zhuǎn)檢測信號分量以產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號包括與相對于所述第一旋轉(zhuǎn)檢測軸的角速度檢測相關(guān)的信息。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括以下步驟通過一個信號處理單元組合由所述第二和第四對加速度檢測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各自的旋轉(zhuǎn)檢測信號分量以產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號包括與相對于所述第二旋轉(zhuǎn)檢測軸的角速度檢測相關(guān)的信息。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括以下步驟通過第一放大器從所述第一對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第一檢測信號，通過第三放大器從所述第三對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第三檢測信號，并且通過所述第一和第三放大器產(chǎn)生分別包括所述一對第一檢測信號的差值和所述一對第三檢測信號的差值的第一和第三輸出信號，該第一和第三輸出信號包括與相對于所述第一旋轉(zhuǎn)檢測軸的角速度檢測相關(guān)的信息。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括以下步驟通過第二放大器從所述第二對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第二檢測信號，通過第四放大器從所述第四對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第四檢測信號，并且通過所述第二和第四放大器產(chǎn)生分別包括所述一對第二檢測信號的差值和所述一對第四檢測信號的差值的第二和第四輸出信號，該第二和第四輸出信號包括與相對于所述第二旋轉(zhuǎn)檢測軸的角速度檢測相關(guān)的信息。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括以下步驟通過第一放大器從所述第一對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第一檢測信號，通過第二放大器從所述第二對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第二檢測信號，通過第三放大器從所述第三對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第三檢測信號，通過第四放大器從所述第四對加速度檢測結(jié)構(gòu)接收一對第四檢測信號，并且通過所述第一、第二、第三和第四放大器產(chǎn)生分別包括所述一對第一檢測信號之和，所述一對第二檢測信號之和，所述一對第三檢測信號之和以及所述一對第四檢測信號之和的第一、第二、第三和第四輸出信號，該第一、第二、第三和第四輸出信號包括與所述加速度檢測軸的加速度檢測相關(guān)的信息。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述振動步驟包括通過一個驅(qū)動結(jié)構(gòu)圍繞各自的旋轉(zhuǎn)軸反相地振動兩個第一質(zhì)量塊和兩個第二質(zhì)量塊，這四個質(zhì)量塊懸掛在所述襯底上，并且這四個質(zhì)量塊被布置成使得每個質(zhì)量塊與其它兩個質(zhì)量塊相鄰，這四個質(zhì)量塊被所述驅(qū)動結(jié)構(gòu)振動，從而每個質(zhì)量塊以相同和相反的方式相對于相鄰的質(zhì)量塊移動。
全文摘要
一種微加工多傳感器提供一個加速度檢測軸和兩個角速度檢測軸。所述多傳感器包括多個加速計，每個加速計包括通過多個撓曲錨固到和懸掛在襯底上的質(zhì)量塊。每個加速計進一步包括沿各個質(zhì)量塊的橫軸和縱軸布置的加速度檢測電極結(jié)構(gòu)。所述多傳感器包括叉形元件，該叉形元件聯(lián)接所述質(zhì)量塊以允許所述質(zhì)量塊的相對反相運動，并且防止所述質(zhì)量塊的同相運動，還包括驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)，該驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)用于反相旋轉(zhuǎn)地振動所述質(zhì)量塊。所述多傳感器沿各個質(zhì)量塊的橫軸和縱軸提供在電學(xué)上無關(guān)的加速度檢測信號，所述加速度檢測信號被相加和/或相減以獲得一個加速度檢測軸和兩個角速度檢測軸。
文檔編號G01P15/08GK1813194SQ200480018291
公開日2006年8月2日 申請日期2004年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月28日
發(fā)明者約翰·A·吉恩 申請人:模擬器件公司