一种惯性测量器件及惯性测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种惯性测量器件及惯性测量系统，前者的质量块(1)通过沿X轴延伸的两个弹性扭梁(4)连接在锚定部(3)上，且质量块(1)位于X轴两侧的部分的质量不相等；前者的衬底上设置有固定电极组，固定电极组具有四个固定电极(2)，以与质量块(1)分别形成第一至第四检测电容，其中，第一与第二检测电容、及第三与第四检测电容均构成X轴惯性信号检测的差分电容，且第一与第四检测电容、及第二与第三检测电容均构成Y轴惯性信号检测的差分电容。本发明专利技术器件能够通过共用固定电极组的方式实现X轴、Y轴惯性信号的检测，因此其在同等芯片面积的情况下能够提高灵敏度，而在同等灵敏度情况下则可以节省芯片面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微机电(MEMS)领域，更准确地说，本专利技术涉及微机电的惯性测量器件及采用该种惯性测量器件的惯性测量系统。
技术介绍
目前，惯性测量系统一般采用差分电容原理进行惯性信号的检测，具体为通过惯性测量器件的在X轴方向上相对的固定电极对形成的差分电容进行X轴方向的惯性信号的检测，及通过惯性测量器件的在Y轴方向上相对的固定电极对形成的差分电容进行Y轴方向的惯性信号的检测。采用该种惯性信号检测方式的惯性测量系统由于需要使惯性测量器件在X轴方向和Y轴方向上设置各自独立的固定电极对，因此，若要获得较高的灵敏度，则固定电极在芯片面积上消耗比较大，不利于芯片尺寸的控制。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种惯性测量器件及对应的惯性测量系统的新技术方案。根据本专利技术的第一方面，提供了一种惯性测量器件，其包括衬底、位于衬底上方的质量块和固定在所述衬底上的锚定部，所述锚定部位于所述质量块的结构中心，所述质量块通过沿X轴延伸的两个弹性扭梁连接在所述锚定部上，且所述两个弹性扭梁关于Y轴对称，其中，所述X轴与所述Y轴在所述质量块所在平面上相互垂直，且均经过所述结构中心；所述质量块的位于Y轴两侧的部分的质量相等，且位于X轴两侧的部分的质量不相等；所述惯性测量器件还包括设置在所述衬底上的至少一个固定电极组，所述固定电极组具有四个固定电极，所述质量块作为可动电极与所述固定电极组的四个固定电极分别形成第一检测电容、第二检测电容、第三检测电容和第四检测电容，其中，所述第一检测电容与所述第二检测电容、及所述第三检测电容与所述第四检测电容均构成X轴惯性信号检测的差分电容，且所述第一检测电容与所述第四检测电容、及所述第二检测电容与所述第三检测电容均构成Y轴惯性信号检测的差分电容。优选的是，所述质量块的位于X轴一侧的部分设置有减重孔，以使所述质量块的位于X轴两侧的部分的质量不相等。优选的是，所述质量块在对应所述固定电极的位置上设置有配合孔，所述固定电极向上伸入对应的配合孔中。优选的是，所述固定电极组的四个固定电极关于所述X轴和所述Y轴对称布置。优选的是，所述衬底设置有一个所述固定电极组。根据本专利技术的第二方面，提供了一种惯性测量系统，其包括检测单元及上述任一种所述的惯性测量器件，其中，所述第一检测电容与所述第二检测电容在所述质量块沿Y轴方向平移时的变化方向一致，所述第一检测电容与所述第四检测电容在所述质量块绕所述锚定部转动时的变化方向一致；所述质量块作为可动电极与调制信号输入端连接；所述检测单元包括差分处理电路、控制电路、及对应每个固定电极组的各四个Y轴检测开关和对应每个固定电极组的各四个X轴检测开关；所述第一检测电容的固定电极一支路通过第一 Y轴检测开关与所述差分处理电路的第一输入端连接，另一支路通过第一X轴检测开关与所述差分处理电路的第二输入端连接；所述第二检测电容的固定电极一支路通过第二 Y轴检测开关与所述第一输入端连接，另一支路通过第二 X轴检测开关与所述第一输入端连接；所述第三检测电容的固定电极一支路通过第三Y轴检测开关与所述第二输入端连接，另一支路通过第三X轴检测开关与所述第一输入端连接；所述第四检测电容的固定电极一支路通过第四Y轴检测开关与所述第二输入端连接，另一支路通过第四X轴检测开关与所述第二输入端连接；所述控制电路被设置为用于向所有Y轴检测开关输出Y轴检测开关信号、及用于向所有X轴检测开关输出X轴检测开关信号，且所述Y轴检测开关信号与所述X轴检测开关信号使得所述Y轴检测开关和所述X轴检测开关分时闭合。优选的是，所述Y轴检测开关和所述X轴检测开关为完全相同的开关。优选的是，所述Y轴检测开关信号和所述X轴检测开关信号均为PffM信号。优选的是，所述Y轴检测开关信号的有效电平与所述X轴检测开关信号的相邻的有效电平之间具有固定的时间延迟，其中，所述Y轴检测开关信号的有效电平为使得所述Y轴检测开关闭合的电平，所述X轴检测开关信号的有效电平为使得所述X轴检测开关闭合的电平。优选的是，所述Y轴检测开关信号和所述X轴检测开关信号的周期相同、且占空比亦相同。本专利技术的惯性测量器件及惯性测量系统，能够通过共用每个固定电极组的四个固定电极的方式实现X轴、Y轴惯性信号的检测，当Y轴方向有加速度输入时，质量块会在Y轴方向发生平移运动，因此，将第一检测电容与第二检测电容并联，并将第三检测电容与第三检测电容并联，便可实现Y轴方向加速度的检测；而当X轴方向有加速度输入时，质量块会绕锚定部转动，因此，将第一检测电容与第四检测电容并联，并将第二检测电容与第三检测电容并联，便可实现X轴方向加速度的检测。由于本专利技术的惯性测量器件能够通过共用每个固定电极组的四个固定电极的方式实现X轴、Y轴惯性信号的检测，因此其在同等芯片面积的情况下能够提高灵敏度，而在同等灵敏度的情况下则可以节省芯片面积，有利于芯片的小型化设计。本专利技术的专利技术人发现，在现有技术中，由于需要在X轴方向和Y轴方向上设置各自独立的固定电极对，所以若要获得较高的灵敏度，则存在固定电极在芯片面积上消耗比较大的问题，不利于芯片尺寸的控制。因此，本专利技术所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本专利技术是一种新的技术方案。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。【附图说明】被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。图1是根据本专利技术惯性测量器件的一种实施方式的结构示意图；图2是根据本专利技术惯性测量器件的另一种实施方式的结构示意图；图3是根据本专利技术惯性测量系统进行惯性信号检测的一种实施方式的电路原理图；图4是利用图3所示电路结构进行Y轴惯性信号检测的等效电路示意图；图5是利用图3所示电路结构进行X轴惯性信号检测的等效电路示意图；图6是对应图3所示电路结构的Y轴检测开关信号和X轴检测开关信号的一种实施方式的时序图。附图标记说明:1-质量块；101-减重孔；102-配合孔；2、2a、2b、2c、2d_ 固定电极；C12a_第一检测电容； C12b_第二检测电容；C12c_第三检测电容； C12d_第四检测电容；3-锚定部；MO-结构中心；4-弹性扭梁；Vin2_差分处理电路的第二输入端；Ul-差分处理电路；Vinl-差分处理电路的第一输入端；Kla-第一 Y轴检测开关；Vout-差分处理电路的输出端；Klb-第二 Y轴检测开关；Klc-第三Y轴检测开关；Kld-第四Y轴检测开关；K2a_第一 X轴检测开关；K2b-第二 X轴检测开关；K2c_第三X轴检测开关；当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种惯性测量器件，其特征在于：包括衬底、位于衬底上方的质量块(1)和固定在所述衬底上的锚定部(3)，所述锚定部(3)位于所述质量块(1)的结构中心(M0)，所述质量块(1)通过沿X轴延伸的两个弹性扭梁(4)连接在所述锚定部(3)上，且所述两个弹性扭梁(4)关于Y轴对称，其中，所述X轴与所述Y轴在所述质量块(1)所在平面上相互垂直，且均经过所述结构中心(M0)；所述质量块(1)的位于Y轴两侧的部分的质量相等，且位于X轴两侧的部分的质量不相等；所述惯性测量器件还包括设置在所述衬底上的至少一个固定电极组，所述固定电极组具有四个固定电极(2)，所述质量块(1)作为可动电极与所述固定电极组的四个固定电极(2)分别形成第一检测电容(C12a)、第二检测电容(C12b)、第三检测电容(C12c)和第四检测电容(C12d)，其中，第一检测电容(C12a)与所述第二检测电容(C12b)、及所述第三检测电容(C12c)与所述第四检测电容(C12d)均构成X轴惯性信号检测的差分电容，且所述第一检测电容(C12a)与所述第四检测电容(C12d)、及所述第二检测电容(C12b)与所述第三检测电容(C12c)均构成Y轴惯性信号检测的差分电容。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑国光，
申请(专利权)人：歌尔声学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37