全差分加速度计制造技术

本公开涉及全差分加速度计。本文公开具有全差分感测设计的多质量块、多轴微机电系统(MEMS)加速度计传感器设备的方面，该设计将差分驱动信号应用于可移动的检测质量块并在耦合到基板的感测指处感测差分运动信号。在一些实施方案中，来自不同感测指的电容信号在设置在支撑检测质量块的基板上的感测信号节点处组合在一起。在一些实施方案中，可以提供分体式屏蔽件，其中在检测质量块下方的第一屏蔽件耦合施加到检测质量块的相同驱动信号，并且第二屏蔽件和在感测指下方提供的第一屏蔽件电隔离，并使用恒压偏置以提供和感测指的屏蔽。并使用恒压偏置以提供和感测指的屏蔽。并使用恒压偏置以提供和感测指的屏蔽。

【技术实现步骤摘要】
全差分加速度计


[0001]本申请总体上涉及加速度计，并且具体地涉及微机电系统(MEMS)加速度计。

技术介绍

[0002]微机电系统(MEMS)加速度计可包括可移动质量块，有时也称为检测质量块。检测质量块响应于加速度计的加速度是可移动的，并且检测质量块的移动可以被加速度计中的电路感测和处理以产生代表加速度的输出信号。在线性MEMS加速度计中，检测质量块可沿一个或多个线性轴移动，并且可以感测检测质量块的线性移动以指示沿一个或多个线性轴的线性加速度。
[0003]一些MEMS加速度计使用电容感应来感测检测质量块的运动，该检测质量块以电容方式耦合到半导体基板上的电极。当检测质量块响应感测到的加速度移动时，检测质量块和电极之间的电容耦合的大小被电测量和处理以指示感测到的线性加速度的大小和方向。

技术实现思路

[0004]本文公开具有全差分感测设计的多质量块、多轴微机电系统(MEMS)加速度计传感器设备的方面，该设计将差分驱动信号应用于可移动的检测质量块并在耦合到基板的感测指处感测差分运动信号。在一些实施方案中，来自不同感测指的电容信号在设置在支撑检测质量块的基板上的感测信号节点处组合在一起。在一些实施方案中，可以提供分体式屏蔽件，其中在检测质量块下方的第一屏蔽件耦合施加到检测质量块的相同驱动信号，并且第二屏蔽件和在感测指下方提供的第一屏蔽件电隔离，并使用恒压偏置以提供和感测指的屏蔽。
[0005]根据一些实施方案，提供一种差分、多质量块、多轴加速度计。加速度计包括：第一和第二质量块，彼此并排且在平面内布置在基板中，沿平面内X和Y方向可移动；和被配置为已向其施加差分驱动信号，该差分驱动信号包括施加到所述第一质量块的第一极性信号和施加到所述第二质量块的第二极性信号。加速度计还包括：第一多个感测指，耦合到所述基板，与所述第一和第二质量块电容耦合，并且被配置为感测所述第一和第二质量块的X方向移动；和第二多个感测指，耦合到所述基板，与所述第一和第二质量块电容耦合，并且被配置为感测所述第一和第二质量块的Y方向移动。所述第一多个感测指被组合地配置为输出差分X方向运动信号。所述第二多个感测指被组合地配置为输出差分Y方向运动信号。
[0006]根据一些实施方案，提供一种多轴差分加速度计。多轴差分加速度计包括：第一可移动质量块和第二可移动质量块，并排设置在基板中并且每个沿X方向和Y方向可移动；与所述第一可移动质量块电容耦合的第一组电极。多轴差分加速度计还包括：与所述第二可移动质量块电容耦合的第二组电极；X
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感测信号节点，设置在所述基板上并且耦合到所述第一组电极的第一子集和所述第二组电极的第一子集。所述X
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感测信号节点被配置为当所述第一可移动质量块和所述第二可移动质量块被差分偏置时提供指示所述加速度计沿X方向运动的X感测信号。多轴差分加速度计还包括：Y感测信号节点，设置在所述基板上并且耦
合到所述第一组电极的第二子集和所述第二组电极的第二子集。所述Y
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感测信号节点被配置为当所述第一可移动质量块和所述第二可移动质量块被差分偏置时提供指示所述加速度计沿Y方向运动的X感测信号。
[0007]根据一些实施方案，提供一种使用多质量块差分加速度计来测量多轴加速度的方法。该加速度计包括并排设置在基板中的第一和第二检测质量块。该方法包括：使用差分驱动信号偏置所述第一和第二检测质量块；在设置在所述基板上的X感测信号节点处，将来自和所述第一检测质量块电容耦合的第一多个感测指的第一电容信号与来自和所述第二检测质量块电容耦合的第二多个感测指的第二电容信号组合；在设置在所述基板上的Y感测信号节点处，将来自和所述第一检测质量块电容耦合的第三多个感测指的第三电容信号与来自和所述第二检测质量块电容耦合的第二多个感测指的第四电容信号组合；基于所述X感测信号节点处的信号输出差分X方向运动信号；和基于所述Y感测信号节点处的信号输出差分Y方向运动信号。
附图说明
[0008]将参考以下附图描述本申请的各个方面和实施例。应当理解，附图不一定按比例绘制。出现在多个图中的项目在它们出现的所有图中由相同的附图标记表示。在附图中：
[0009]图1A是具有单个检测质量块的加速度计的示意俯视图；
[0010]图1B示出了说明图1A中所示的加速度计的正向电荷感测的示例的两个时序图；
[0011]图1C示出了说明图1A中所示的加速度计的反向电荷感测的示例的时序图；
[0012]图2A是可以与图1A和1B所示的正向感测方案一起使用的感测电路的示意性电路图；
[0013]图2B是可以与图1A和1C所示的反向传感方案一起使用的传感电路的示意电路图；
[0014]图3是根据一些实施例的差分、多质量块加速度计的示意性俯视图；
[0015]图4是可用于操作图3所示的差分多质量块加速度计的传感电路的示意电路图；
[0016]图5是根据一些实施例的具有X轴和Y轴差分感测的多质量块加速度计的示意性俯视图；
[0017]图6A是根据一些实施例的可以提供Z方向加速度感测的多轴差分加速度计的示意性侧视图；
[0018]图6B是根据一些实施例的具有倾斜模式Z方向加速度感测的多轴差分加速度计的示意性侧视图；
[0019]图7是根据一些实施例的加速度计的示意性侧视图；
[0020]图8A和8B是根据一些实施例的具有全差分反向感测的多轴MEMS加速度计的示意性俯视图；
[0021]图9A和9B是根据一些实施例的具有全差分反向感测的多轴MEMS加速度计的示意性俯视图；
[0022]图10A和10B是根据一些实施例的多轴MEMS加速度计1000的示意性俯视图，与在X轴和Y轴上的感测相比，使用单独的检测质量块在Z轴上进行全差分反向感测；
[0023]图11是容纳一个或多个MEMS加速度计的电子设备的示意图。
具体实施方式
[0024]本申请的方面提供一种差分、多质量块、多轴微机电系统(MEMS)加速度计，其具有全差分传感设计，将差分驱动信号应用于可移动的检测质量块并在耦合基板的感测指处感测差分运动信号。
[0025]一些方面针对使用多个检测质量块的线性加速度的全差分感测。在一些实施例中，提供两个检测质量块以差分感测X方向上的加速度。每个检测质量块都被一个差分驱动信号偏置。来自与第一检测质量块电容耦合的感测指的第一电容信号和来自与第二检测质量块电容耦合的感测指的第二电容信号被组合，以便在X方向上输出差分运动信号。专利技术人已经认识到并认识到，通过组合来自相邻两个差分偏置可移动检测质量块的感测指的信号以生成表示X方向加速度的差分运动信号，在输出运动信号被加速度计内的传感电路处理之前，可以衰减或完全消除不希望的共模信号。这种差分感应设计可以提供多种好处，例如减少加速度计内的感应串扰，使用专用集成电路(ASIC)简化感应电路设计，减少感应电路的充电过载，并降低感应电路中超量程检测的复杂性。
[0026本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种差分、多质量块、多轴加速度计，包括：第一和第二质量块，彼此并排且在平面内布置在基板中，沿平面内X和Y方向可移动，并且被配置为已向其施加差分驱动信号，该差分驱动信号包括施加到所述第一质量块的第一极性信号和施加到所述第二质量块的第二极性信号；第一多个感测指，耦合到所述基板，与所述第一和第二质量块电容耦合，并且被配置为感测所述第一和第二质量块的X方向移动；和第二多个感测指，耦合到所述基板，与所述第一和第二质量块电容耦合，并且被配置为感测所述第一和第二质量块的Y方向移动，其中所述第一多个感测指被组合地配置为输出差分X方向运动信号，和其中所述第二多个感测指被组合地配置为输出差分Y方向运动信号。2.权利要求1所述的差分、多质量块、多轴加速度计，还包括：第一屏蔽件，设置在所述第一质量块下方的基板上；和第二屏蔽件，与所述第一屏蔽件电隔离并且设置在至少一些第一多个感测指的下方的基板上。3.权利要求2所述的差分、多质量块、多轴加速度计，其中所述第一质量块和第一屏蔽件电耦合到相同的偏置电压节点。4.权利要求3所述的差分、多质量块、多轴加速度计，其中所述第二屏蔽件电耦合到恒压节点。5.权利要求1所述的差分、多质量块、多轴加速度计，其中所述第一和第二质量块中的每一个都沿Z方向可移动，并且所述加速度计还包括：第三多个感测电极，耦合到所述基板，与所述第一和第二质量块电容耦合，并且被配置为感测所述第一和第二质量块的Z方向移动，其中所述第三多个感测电极被组合配置为输出差分Z方向运动信号。6.权利要求1所述的差分、多质量块、多轴加速度计，其中所述第一多个感测指的第一子集与第一检测质量块形成可变电容，该可变电容随着所述第一检测质量块在正X方向上移动而增加，所述第一多个感测指的第二子集与所述第二检测质量块形成可变电容，该可变电容随着所述第二检测质量块在正X方向上移动而减小，并且其中所述差分多质量块多轴加速度计还包括X感测信号节点，所述X感测信号节点设置在所述基板上并被配置为将来自所述第一多个感测指的第一子集的第一X感测信号与来自所述第一多个感测指的第二子集的第二X感测信号组合。7.权利要求6所述的差分、多质量块、多轴加速度计，还包括：一个或多个差分放大器耦合到所述X
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感测信号节点并被配置为放大所述差分X
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方向运动信号。8.权利要求1所述的差分、多质量块、多轴加速度计，其中:所述第一多个感测指和所述第二多个感测指固定地耦合到所述基板。9.权利要求1所述的差分、多质量块、多轴加速度计，还包括：第三可移动质量块和第四可移动质量块，并排设置在所述基板中并且每个沿Z方向可移动；和第三多个感测电极，耦合到所述基板，与所述第三和第四检测质量块电容耦合，并且被
配置为感测所述第三和第四检测质量块的Z方向移动，其中所述第三多个感测电极被组合配置为输出差分Z方向运动信号。10.一种多轴差分加速度计，包括：第一可移动质量块和第二可移动质量块，并排设置在基板中并且每个沿X方向和Y方向可移动；与所述第一可移动质量块电容耦合的第一组电极；与所述第二可移动质量块电容耦合的第二组电极；X
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感测信号节点，设置在所述基板上并且耦合到所述第一组电极的第一子集和所述第二组电极的第一子集，所述X
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感测信号节点被配置为当所述第一可移动质量块和所述第二可移动质量块被差分偏置时提供指示所述加速度计沿X方向运动的X感测信号；和Y
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感测信号节点，设置在所述基板上并且耦合到所述第一组电极的第二子集和所述第二组电极的第二子集，所述Y
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感测信号节点被配置为当所述第一可移动质量块和所述第二可移动质量块被差分偏置时提供指示所述加速度计沿Y方向运动的X感测信号。11.权利要求10所述的多轴差分加速度计，其中所述第一可移动质量块在XY平面的投影面积大于所述第一组电极在所述XY平面的投影面积。12.权利要求10所述的多轴差分加速度计，还包括：一个或多个差分放大器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张江龙，张欣，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：