用于避免振梁加速度计的电容馈通的谐振器电极配置制造技术

本发明专利技术题为“用于避免振梁加速度计的电容馈通的谐振器电极配置”。本公开描述了将加速度计谐振器的电容梳指配置成具有驱动电极和至少两个感测电极的离散电极的技术。电信号的路由被配置为产生大致相等的寄生馈通电容。感测电极可被放置在该移动谐振器梁的相对侧上，使得相对于位移的电容变化(例如，dC/dx)的量值大致相等并且符号相反。布置可导致符号也相反的感测电流并且导致相同符号的馈通电流。来自谐振器的感测输出端可连接到差分放大器，使得输出电流的差异可减轻馈通电流的影响并消除寄生馈通电容。寄生馈通电容可导致增加的加速度计噪声和减小的偏置稳定性。

【技术实现步骤摘要】
用于避免振梁加速度计的电容馈通的谐振器电极配置本申请要求2019年11月7日提交的美国临时专利申请62/932,397和2019年11月7日提交的美国临时专利申请62/932,298的权益，每个申请的全部内容以引用方式并入本文。
本公开涉及振梁加速度计。
技术介绍
加速度计通过检测在惯性力下检验质量块的位移起作用。在一个示例中，加速度计可通过连接在检验质量块与支撑基部之间的谐振器的频率变化来检测检验质量块的位移。谐振器可被设计成改变与检验质量块在加速度下施加到谐振器的负载成比例的频率。谐振器可电耦合到形成振荡器的信号发生电路，该振荡器致使谐振器振动，并且在一些示例中以谐振器的谐振频率振动。
技术实现思路
一般来讲，本公开提供了用于改善振梁加速度计(VBA)的功能的技术。在一个示例中，本公开描述了用于阻尼加速度计的检验质量块运动同时实现欠阻尼谐振器的技术。在平面内微机电系统(MEMS)VBA的示例中，该检验质量块可包含一个或多个阻尼梳，该一个或多个阻尼梳包括附接到该检验质量块的一组或多组可移动梳指。该可移动梳指可与附接到固定几何形状的锚定梳指交叉。当该MEMS管芯被放置到包含高于真空的压力的封装件的压力腔中时，这些阻尼梳指可为该检验质量块提供空气阻尼。在一些示例中，该MEMS管芯可被放置到包含约1托的压力的陶瓷封装件中。该阻尼梳的该几何形状可最小化该气隙并且最大化该可移动梳指和该锚定梳指之间的该重叠区域。本公开的该VBA的谐振器的几何形状可被配置为避免空气阻尼。在其他示例中，本公开描述了将加速度计谐振器的电容梳指配置成具有驱动电极和至少两个感测电极的离散电极的技术。本公开的技术还描述了该管芯上和该模拟电子器件板上的电信号的路由，其在被设计成产生大致相等的寄生馈通电容。该至少两个感测电极可被放置在该移动谐振器梁的相对侧上，使得相对于位移的电容变化(例如，dC/dx)的量值大致相等并且符号相反。这可导致符号也相反的感测电流并且导致馈通电流将具有相同符号。来自该谐振器的该感测输出可连接到差分前端放大器(诸如互阻抗或电荷放大器)，该差分前端放大器处理输出电流中的差异。处理输出电流中的该差异可减轻该馈通电流的影响并且消除寄生馈通电容。寄生馈通电容可导致增加的加速度计噪声和减小的偏置稳定性。在其他示例中，本公开描述了一种振梁加速度计(VBA)设备，该设备包括：谐振器，该谐振器包括：谐振器梁；驱动电极；以及第一感测电极和第二感测电极，其中：第一感测电极位于谐振器梁的第一侧上，第二感测电极位于谐振器梁的与第一侧相对的第二侧上，使得第一感测电极的相对于位移的第一电容变化(dC1/dx)的量值与第二感测电极的相对于位移的第二电容变化(dC2/dx)的量值大致相等并且符号相反；以及电信号路由，该电信号路由包括：驱动信号路径，该驱动信号路径耦合到驱动电极；第一感测信号路径，该第一感测信号路径耦合到第一感测电极；和第二感测信号路径，该第二感测信号路径耦合到第二感测电极。电信号路由被配置为产生：驱动信号路径和第一感测信号路径之间的生成第一寄生馈通电流的第一寄生电容；和驱动信号路径和第二感测信号路径之间的生成第二寄生馈通电流的第二寄生电容，使得第一寄生馈通电流和第二寄生馈通电流的量值大致相等。在其他示例中，本公开描述了一种方法，该方法包括：由处理电路从振梁加速度计(VBA)接收指示第一谐振器梁的频率和第二谐振器梁的频率的一个或多个电信号，其中VBA包括：谐振器，该谐振器包括：第一谐振器梁；驱动电极；以及第一感测电极和第二感测电极，其中：第一感测电极位于谐振器梁的第一侧上，第二感测电极位于谐振器梁的与第一侧相对的第二侧上，使得第一感测电极的相对于位移的第一电容变化(dC1/dx)的量值与第二感测电极的相对于位移的第二电容变化(dC2/dx)的量值大致相等并且符号相反；以及电信号路由，该电信号路由包括：驱动信号路径，该驱动信号路径耦合到驱动电极；第一感测信号路径，该第一感测信号路径耦合到第一感测电极；和第二感测信号路径，该第二感测信号路径耦合到第二感测电极，其中电信号路由被配置为产生：驱动信号路径和第一感测信号路径之间的生成第一寄生馈通电流的第一寄生电容；和驱动信号路径和第二感测信号路径之间的生成第二寄生馈通电流的第二寄生电容，使得第一寄生馈通电流和第二寄生馈通电流的量值大致相等；以及由处理电路并基于一个或多个电信号来确定第一谐振器梁的频率和第二谐振器梁的频率；以及由该处理电路并基于该第一谐振器梁的该频率和该第二谐振器梁的该频率来计算该VBA的加速度。在其他示例中，本公开描述了用于确定加速度的系统，该系统包括：处理电路，该处理电路耦合到谐振器驱动电路并且被配置为致使谐振器驱动电路输出谐振器驱动信号；振梁加速度计(VBA)设备，该VBA设备包括：被配置为接收谐振器驱动信号的谐振器，该谐振器包括：谐振器梁；驱动电极；以及第一感测电极和第二感测电极，其中：第一感测电极位于谐振器梁的第一侧上，第二感测电极位于谐振器梁的与第一侧相对的第二侧上，使得第一感测电极的相对于位移的第一电容变化(dC1/dx)的量值与第二感测电极的相对于位移的第二电容变化(dC2/dx)的量值大致相等并且符号相反；以及电信号路由，该电信号路由包括：驱动信号路径，该驱动信号路径耦合到驱动电极；第一感测信号路径，该第一感测信号路径耦合到第一感测电极；和第二感测信号路径，该第二感测信号路径耦合到第二感测电极，其中电信号路由被配置为产生：驱动信号路径和第一感测信号路径之间的生成第一寄生馈通电流的第一寄生电容；和驱动信号路径和第二感测信号路径之间的生成第二寄生馈通电流的第二寄生电容，使得第一寄生馈通电流和第二寄生馈通电流的量值大致相等。附图说明图1是示出具有支撑挠曲件、X方向谐振器和阻尼梳的悬垂VBA的概念图。图2是示出具有支撑挠曲件并且具有X方向谐振器的悬垂VBA的截面图的概念图。图3A是示出根据本公开的一种或多种技术的包括悬垂VBA的系统的框图。图3B是示出根据本公开的一种或多种技术的加速度计系统的框图。图4是示出用于避免寄生馈通电容对加速度计性能的影响的谐振器电极放置和电信号路由的示例的概念图。图5A和图5B是示出被配置有单个感测电极的示例性MEMSVBA的示意图。图6A和图6B是示出根据本公开的一种或多种技术的被配置有两个感测电极的示例性MEMSVBA的示意图。图7A是示出根据本公开的一种或多种技术的具有附加质量块的第一谐振器的概念图。图7B是示出根据本公开的一种或多种技术的图7A的包括附加质量块的第一谐振器的一部分的概念图。图8A是示出根据本公开的一种或多种技术的形成间隙的第二谐振器的概念图。图8B是示出根据本公开的一种或多种技术的图5A的包括间隙的第二谐振器的一部分的概念图。图9是示出根据本公开的一种或多种技术的第一曲线图和第二曲线图的图，第一曲线图表示作为附加质量块位置的函数的二次非线性系数，第二曲线图表示作为附加质量块位置的函数的零加速度谐振频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种振梁加速度计(VBA)设备，所述设备包括：/n谐振器，所述谐振器包括：/n谐振器梁；/n驱动电极；和/n第一感测电极和第二感测电极，其中：/n所述第一感测电极位于所述谐振器梁的第一侧上，/n所述第二感测电极位于所述谐振器梁的与所述第一侧相对的第二侧上，使得所述第一感测电极的相对于位移的第一电容变化(dC

【技术特征摘要】
20191107 US 62/932,298;20191107 US 62/932,397;20201.一种振梁加速度计(VBA)设备，所述设备包括：
谐振器，所述谐振器包括：
谐振器梁；
驱动电极；和
第一感测电极和第二感测电极，其中：
所述第一感测电极位于所述谐振器梁的第一侧上，
所述第二感测电极位于所述谐振器梁的与所述第一侧相对的第二侧上，使得所述第一感测电极的相对于位移的第一电容变化(dC1/dx)的量值与所述第二感测电极的相对于位移的第二电容变化(dC2/dx)的量值大致相等并且符号相反；以及
电信号路由：
所述电信号路由包括：
驱动信号路径，所述驱动信号路径耦合到所述驱动电极；
第一感测信号路径，所述第一感测信号路径耦合到所述第一感测电极；和
第二感测信号路径，所述第二感测信号路径耦合到所述第二感测电极，
其中所述电信号路由被配置为产生：
所述驱动信号路径和所述第一感测信号路径之间的生成第一寄生馈通电流的第一寄生电容；和
所述驱动信号路径和所述第二感测信号路径之间的生成第二寄生馈通电流的第二寄生电容，使得所述第一寄生馈通电流和所述第二寄生馈通电流的量值大致相等。


2.根据权利要求1所述的设备，
其中所述驱动电极是所述谐振器梁的所述第一侧上的第一驱动电极，所述设备还包括位于所述谐振器梁的所述第二侧上的第二驱动电极.
其中所述第一驱动电极被配置为接收第一驱动信号，
其中所述第二驱动电极被配置为接收第二驱动信号，并且
其中所述第一驱动信号与所述第二驱动信号在相位上相反。


3.根据权利要求1所述的设备，
其中所述第一感测电极在所述谐振器梁的所述第一侧上耦合到第一锚定梳，并且
其中所述第二感测电极在所述谐振器梁的所述第二侧上耦合到第二锚定梳，
其中当所述第一锚定梳移动远离所述谐振器梁时，所述第一感测电极产生正电流，并且
其中当所述第二锚定梳移动更靠近所述谐振器梁时，所述第二感测电极产生正电流。


4.根据权利要求1所述的设备，还包括耦合到悬垂检验质量块的支撑挠曲件，其中所述支撑挠曲件被配置为约束所述悬垂检验质量块相对于所述第二平面的平面外运动。


5.根据权利要求1所述的设备，其中所述谐振器是第一谐振器，所述设备还包括至少第二谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·赖因克，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US