冲击稳健的集成多轴线MEMS陀螺仪制造技术

本发明专利技术的不同实施例将多个冲击稳健的单轴线MEMS陀螺仪集成到单个硅基板内，同时避免了典型地与设计防冲击陀螺仪的多驱动控制系统相关联的复杂性。在本发明专利技术的一些实施例中，防冲击三轴陀螺仪基于这样的驱动方案，该驱动方案使用旋转接合部将由两组驱动质量产生的驱动力分配至单独的传感器，由此简化了陀螺仪的控制。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】冲击稳健的集成多轴线MEMS陀螺仪相关专利申请的交叉引用本申请涉及并且要求于2014年5月16日提交的、名称为“冲击稳健的集成多轴线MEMS陀螺仪”的未决和共同转让的美国专利申请序列号61/994，574的优先权权益，列出的专利技术人是Lorenzo Bertini和Alessandro Rocchi，在此以引用的方式结合其全部内容。
技术介绍

本专利技术涉及微机电系统(MEMS)陀螺仪。更具体地，本专利技术涉及MEMS系统、设备和方法，以操作多轴线MEMS陀螺仪并且提供不受环境机械干扰的影响。本专利技术的背景近年来，对于MEMS陀螺仪的市场有飞速增长的对于设计成例如消费者电子产品和汽车应用的MEMS陀螺仪的需求。结果是，在现代陀螺仪的研发中具体化了两种不同的趋势。首先，最小化陀螺仪的趋势导致了这样的涉及，S卩，将多个MEMS传感器集成到能够同时检测围绕多个空间轴线的角速度的单个设备内。在美国专利申请序列号2011/0094301中存在用于低端设备的陀螺仪传感器的多轴集成的实例，其中小尺寸是关键的设计参数。其次，不受例如振动、冲击和力的其它突然冲击的环境干扰已经变为高端陀螺仪设备市场的关键需求。在美国专利申请序列号2013/0269469中存在设计成通过电力和机械装置来抵消环境干扰的冲击稳健(shock-robust)的陀螺仪。初看，将多轴传感器集成到高端陀螺仪设备内会允许在消费者市场中的更复杂和增长的应用以及减少用于汽车应用的成本。然而，高端冲击稳健陀螺仪是结合了多于不同结构的固有复杂的设备。将三个单轴线高端陀螺仪集成到同一硅基板上的直接集成带来了复杂的挑战，该挑战目前还未被掌控。此外，设计适当控制系统的复杂性实际上已将上述两种趋势由此进一步差异化。然而，进行了一些努力将稳定和冲击稳健的特征设计到MEMS陀螺仪内，该陀螺仪例如可以放置事故并且在涉及安全的应用中可能拯救生命，汽车领域持续地依靠集成于板程度的独立单轴线高端陀螺仪。理想地，这些陀螺仪将总是保持操作，甚至是在来自冲击事件的干扰力被传递至MEMS陀螺仪的适当检测电路的情况下，以便通过区分力之间的不同贡献、探测希望的旋转等并且在不同冲击情况下采取适当的校正动作来维持方向稳定性，该力引起了检验质量(proof masses)的位移。需要成功地结合两种上述趋势的优点来产生可靠、冲击稳健、多轴线的陀螺仪传感器的设计。
技术实现思路
公开的系统和方法提供用于机电驱动系统，其允许驱动具有多个驱动质量的三个单独单轴线陀螺仪。具体地，在本专利技术的不同实施例中，驱动系统的机械部件是基于一组旋转接合部，该组旋转接合部以这样的方式分配驱动力，即，按照多个单轴线陀螺仪的需要来调整驱动运动的方向。通过将三个单轴线冲击稳健的陀螺仪集成到单个硅基板内，维持了每个陀螺仪的核心设计并且以此就冲击稳健而言的其性能，同时避免了典型地与设计防冲击陀螺仪的多驱动控制系统相关联的复杂性。此处，已经总得描述本专利技术的一些特征和优势；然而，基于附图、说明书及其权利要求，此处展示的另外的特征、优势和实施例对本领域技术人员来说将变得显而易见。因此，应理解本专利技术的范围不受该
技术实现思路
部分中所公开的具体实施例的限制。【附图说明】将参照本专利技术的实施例，其实例将在附图中示出。这些图旨在示意性的，而非限制。尽管本专利技术总得在这些实施例的内容中描述，应理解这并非旨在将本专利技术的范围限制于这些具体实施例。图1是根据本专利技术的不同实施例的、由单个驱动机构驱动的、处于三轴陀螺仪配置的冲击稳健的陀螺仪传感器的示意系统。图2是根据本专利技术的不同实施例的、由单个驱动机构驱动的、处于多轴线陀螺仪配置的冲击稳健的陀螺仪传感器的另一示意系统。图3是根据本专利技术的不同实施例的、由单个驱动机构驱动的、处于三轴陀螺仪配置的非冲击稳健的陀螺仪传感器的示意系统。图4是用于根据本专利技术的不同实施例的、由单个驱动机构驱动的、处于多轴线陀螺仪配置中的冲击取消的示意过程的流程图。【具体实施方式】在下面描述中，为了解释的目的，列出了具体细节以便提供本专利技术的理解。然而，显然对于本领域技术人员来说，可以实施本专利技术而无需这些细节。本领域技术人员将意识到如下描述的本专利技术的实施例可以以不同方式和使用不同装置来执行。本领域技术人员还将意识到本专利技术范围内的另外修改、应用和实施例如同本专利技术可以提供实用性的其它领域。因此，下面描述的实施例是本专利技术具体实施例的示意并且意在避免掩盖本专利技术。说明书中的引用“一个实施例”或“一实施例”是指关于该实施例描述的具体特征、结构、特征或功能被包括在本专利技术的至少一个实施例中。说明书中不同地方出现的语句“在一个实施例中”或“在一实施例中”等并不必要指同一实施例。另外，附图中部件之间或方法之间的连接部并不限制于直接表现的连接部。而是，图中所示的部件或方法步骤之间的连接部可以被修改或者通过增加中间部件或方法步骤被更改，而不偏离本专利技术的教导。在该文献中，术语“接合部”和“旋转结合部”是指本领域技术人员意识到的任何种类的铰接部、枢转装置或耦合机械。图1是根据本专利技术的不同环境的、由单个驱动机构驱动的、处于三轴陀螺仪中的冲击稳健的陀螺仪传感器的示意系统。图1中的系统在单个设备中结合了三个单轴陀螺仪180-184，以产生三轴陀螺仪100。陀螺仪184是Z-陀螺仪，而陀螺仪180和182是两个相同的平面内陀螺仪。如图1中所示，平面内陀螺仪180和182定向放置成相对于彼此横跨Y-轴线195和在X-Y平面中成45度角的镜像布置。陀螺仪传感器180-184利用科里奥利(Cor1lis)效应以确定何时将角速率应用于三轴陀螺仪100。应理解，陀螺仪传感器180-184包括由科里奥利力移动的内检验质量。一般地，科里奥利力可被用来根据下列原理来测量角速率:每个陀螺仪内的电容式检测电极将正交于相应驱动方向的检测方向上的陀螺质量的位移作为电容变化来测量，其是相应陀螺仪的旋转的函数。例如，当响应于施加于三轴陀螺陀螺仪100的角速度科里奥利力作用在陀螺仪180时，与检验质量相关联的检测电极将由科里奥利力诱导的位移转换为电容变化，该电容变化与所施加的角速度成比例。典型地，ASIC处理陀螺仪传感器信号，以便确定相对于传感器环境的角速度，并且调整所需的频率和振幅以维持致动器的谐振，此处为质量102、104。具体地，当三轴陀螺仪中的质量被驱动来以一定速度沿正坐标系的第一轴线(例如，X-轴线192)移动并且暴露于关于第二轴线(例如，Z-轴线196)的角旋转时，科里奥利效应典型地使检验质量由科里奥利力沿第三方向(例如，Y-轴线194)位移，该科里奥利力与待测量的角速率直接成比例。使用MEMS技术，该该位移能被合适的电子器件探测，例如，通过施加电压的电容传感器构件(典型的梳状电极或板电极)来将位置上的变化(即电容或电压上的变化)探测成测量角旋转。例如在图1中，Z-陀螺仪184被沿Y-轴线194驱动并且对沿X-轴线196的偏移敏感，为了关于Z-轴线192的旋转，即平面外。平面内陀螺仪180被以相对于Y-轴线194成45度角驱动并且对沿Z-轴线196的偏移敏感，为了垂直于在X-Y平面中其驱动方向的旋转。类似地，平面内陀螺仪182被以相对于Y-轴线194成负45度角驱动并且对沿Z-轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单驱动多轴线MEMS陀螺仪，包括：第一和第二组驱动质量，其配置为被驱动成在第一驱动方向上相对于彼此的振荡运动；和一组接合部，该组接合部连接至该第一和第二组驱动质量中的至少一个，该组接合部被配置成将第一驱动方向上的运动传递为陀螺仪的检验质量的驱动运动，该驱动运动相对于该第一驱动方向成角度，其中该角度正交于相应的检测方向，该相应的检测方向依序正交于相应的速率轴线(rate axis)，从而在围绕该相应的速率轴线旋转的情况下，在该相应的检测方向上产生了科里奥利力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：L·贝尔蒂尼，A·罗基，
申请(专利权)人：马克西姆综合产品公司，
类型：发明
国别省市：美国;US