本发明专利技术公开了一种四质量全差分双轴MEMS陀螺仪，包括衬底层和器件层结构，器件层结构包括驱动双端固支梁、驱动框架、哥氏质量块、驱动耦合固支梁、驱动耦合折叠梁、X轴检测双端固支梁、Z轴检测框架、Z轴检测桁架、Z轴检测耦合梁、Z轴检测框架支点、推挽式驱动力系统、驱动端差分检测输出信号系统、X轴差分检测输出信号系统、Z轴差分检测输出信号系统以及Z轴检测输出闭环控制信号系统。本发明专利技术具有以下优点和效果：解决了双轴MEMS陀螺仪两轴间的耦合误差问题，避免了对陀螺仪精度的影响；提高了双轴陀螺仪的检测灵敏度，从而提高了陀螺仪的测量精度；解决了双轴陀螺仪在工作精度上的不协调，不一致问题，可以广泛应用于高端领域。可以广泛应用于高端领域。可以广泛应用于高端领域。
【技术实现步骤摘要】
一种四质量全差分双轴MEMS陀螺仪
[0001]本专利技术涉及陀螺仪领域，特别涉及一种四质量全差分双轴MEMS陀螺仪。
技术介绍
[0002]随着MEMS制造技术的不断发展，市场对双轴或多轴MEMS陀螺仪开始广泛关注，特别是在工业控制、导航、航空航天以及特种军事应用领域，对高精度双轴MEMS陀螺仪的需求日益迫切。
[0003]在现有技术中，双轴MEMS陀螺仪运动敏感结构部分主要分两类，一类是运动敏感结构由两个独立的X轴与Z轴陀螺仪构成，另一类是通过同一套驱动装置实现对X轴与Z轴的角速度测量。
[0004]然而它们均存在一些问题，第一类结构运动模块存在耦合误差，会影响陀螺仪的精度提高。第二类结构通常为双质量块模式，虽然结构解耦，但灵敏度低，而且两类结构在实际工作中，都存在X轴与Z轴角速度检测精度不协调问题，严重阻碍了其在中高精度市场环境的应用前景。
技术实现思路
[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种四质量全差分双轴MEMS陀螺仪，具有检测灵敏度高，并且可兼顾满足双轴陀螺仪在工作精度上的协调一致问题的效果。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种四质量全差分双轴MEMS陀螺仪，包括：包括衬底层，材料为硅；器件层结构，材料为硅，且通过相应锚点固定在所述衬底层上，所述器件层结构包括驱动双端固支梁、驱动框架、哥氏质量块、驱动耦合固支梁、驱动耦合折叠梁、X轴检测双端固支梁、Z轴检测框架、Z轴检测桁架、Z轴检测耦合梁以及Z轴检测框架支点；所述驱动双端固支梁一端与锚点连接并固定在所述衬底层，另一端与所述驱动框架相连，所述X轴检测双端固支梁一端与所述驱动框架相连，另一端与所述哥氏质量块相连，所述驱动耦合固支梁一端与所述哥氏质量块相连，另一端与所述Z轴检测桁架相连，所述Z轴检测桁架另一端则与所述Z轴检测框架相连；所述Z轴检测耦合梁两端分别与其左右的所述Z轴检测框架相连，用于使所述Z轴检测框架模态分离，所述驱动耦合折叠梁两端分别与其左右的所述驱动框架相连，使工作时相连的两驱动框架运动同向；所述哥氏质量块同时为X轴检测环路质量，所述驱动框架与所述哥氏质量块一起构成驱动环路质量，且结构关于Y轴对称，所述Z轴检测框架与所述哥氏质量块一起构成Z轴检测环路质量，且结构关于X轴对称，同时整个双轴MEMS陀螺仪结构为全解耦设计；所述器件层结构还包括：
推挽式驱动力系统、驱动端差分检测输出信号系统、X轴差分检测输出信号系统、Z轴差分检测输出信号系统以及Z轴检测输出闭环控制信号系统；所述推挽式驱动力系统为双轴MEMS陀螺仪提供推挽式驱动力，所述驱动端差分检测输出信号系统为双轴MEMS陀螺仪驱动端提供差分检测输出信号，所述X轴差分检测输出信号系统为双轴MEMS陀螺仪提供X轴差分检测输出信号，以检测X轴角速度，所述Z轴差分检测输出信号系统为双轴MEMS陀螺仪提供Z轴差分检测输出信号，以检测Z轴角速度，所述Z轴检测输出闭环控制信号系统为双轴MEMS陀螺仪提供Z轴检测输出闭环控制信号。
[0007]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述推挽式驱动力系统包括驱动正电极梳齿对和驱动负电极梳齿对，所述驱动正电极梳齿对通过对应锚点固定在所述衬底层，所述驱动负电极梳齿对通过对应锚点固定在所述衬底层，所述驱动正电极梳齿对与所述驱动负电极梳齿对分别对应连接的电极将构成一组差分电容电极，分别对称分布在驱动结构的左、右两侧，且关于Y轴对称。
[0008]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述驱动正电极梳齿对有N对，为变面积梳齿设计，所述驱动负电极梳齿对有N对，为变面积梳齿设计。
[0009]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述驱动端差分检测输出信号系统包括驱动检测正电极梳齿对和驱动检测负电极梳齿对，所述驱动检测正电极梳齿对通过对应锚点固定在所述衬底层，所述驱动检测负电极梳齿对通过对应锚点固定在所述衬底层，所述驱动检测正电极梳齿对与所述驱动检测负电极梳齿对分别对应连接的电极将构成一组差分电容电极，分别对称分布在结构的左、右两侧，且关于Y轴对称。
[0010]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述驱动检测正电极梳齿对有N对，为变面积梳齿设计，所述驱动检测负电极梳齿对有N对，为变面积梳齿设计。
[0011]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述X轴差分检测输出信号系统包括X轴检测正电极和X轴检测负电极，所述X轴检测正电极设计在所述衬底层上，所述X轴检测负电极也同样设计在所述衬底层，所述X轴检测正电极为平板电极结构，与所述哥氏质量块形成变间隙平板电容，构成X轴电容检测正极，所述X轴检测负电极为平板电极结构，与所述哥氏质量块形成变间隙平板电容，构成X轴电容检测负极，X轴电容检测正极与X轴电容检测负极将构成一组全差分电容电极，分别对称分布在整个结构的左、右两侧，且关于Y轴对称。
[0012]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述Z轴差分检测输出信号系统包括Z轴检测正电极梳齿对和Z轴检测负电极梳齿对，所述Z轴检测正电极梳齿对通过对应锚点固定在所述衬底层，所述Z轴检测负电极梳齿对通过对应锚点固定在所述衬底层，所述Z轴检测正电极梳齿对与所述Z轴检测负电极梳齿对分别对应连接的电极将构成一组差分电容电极，分别对称分布在整个结构的左、右两侧，且关于X轴对称。
[0013]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述Z轴检测正电极梳齿对有N对，为变间隙梳齿设计，所述Z轴检测负电极梳齿对有N对，为变间隙梳齿设计。
[0014]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述Z轴检测输出闭环控制信号系统包括Z轴检测反馈正电极梳齿对和Z轴检测反馈负电极梳齿对，所述Z轴检测反馈正电极梳齿对通过对应锚点固定在所述衬底层，所述Z轴检测反馈负电极梳齿对通过对应锚点固定在所述衬底层，所述Z轴检测反馈正电极梳齿对与所述Z轴检测反馈负电极梳齿对分别对应连接的电极将构成一组差分电容电极，分别对称分布在整个结构的左、右两侧，且关于X轴
对称。
[0015]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述Z轴检测反馈正电极梳齿对有N对，为变间隙梳齿设计，所述Z轴检测反馈负电极梳齿对有N对，为变间隙梳齿设计。
[0016]综上所述，本专利技术具有以下有益效果：1.解决了双轴MEMS陀螺仪两轴间的耦合误差问题，避免了对陀螺仪精度的影响；2.提高了双轴陀螺仪的检测灵敏度，从而提高了陀螺仪的测量精度；3.解决了双轴陀螺仪在工作精度上的不协调，不一致问题，可以广泛应用于工业、航空、军事等高端领域；4.整体结构工艺加工难度易实现，芯片尺寸小，可批量生产制造，成本低。
附图说明
[0017]图1是实施例的结构示意图；图2是在驱动作用下结构运动示意图；图3是实施例对X轴进行测量时的示意图；图4是实施例对Z轴进行测量时的示意图。
[0018]附图标记：1、衬底层；2、第一锚点；3、驱动双端固支梁；4、驱动框架；5、驱动耦合固支梁；6、X轴检测双端固支梁；7、第二锚点；8、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种四质量全差分双轴MEMS陀螺仪，其特征在于：包括：包括衬底层(1)，材料为硅；器件层结构，材料为硅，且通过相应锚点固定在所述衬底层(1)上，所述器件层结构包括驱动双端固支梁(3)、驱动框架(4)、哥氏质量块(15)、驱动耦合固支梁(5)、驱动耦合折叠梁(20)、X轴检测双端固支梁(6)、Z轴检测框架(16)、Z轴检测桁架(19)、Z轴检测耦合梁(17)以及Z轴检测框架支点(18)；所述驱动双端固支梁(3)一端与第一锚点(2)连接并固定在所述衬底层(1)，另一端与所述驱动框架(4)相连，所述X轴检测双端固支梁(6)一端与所述驱动框架(4)相连，另一端与所述哥氏质量块(15)相连，所述驱动耦合固支梁(5)一端与所述哥氏质量块(15)相连，另一端与所述Z轴检测桁架(19)相连，所述Z轴检测桁架(19)另一端则与所述Z轴检测框架(16)相连；所述Z轴检测耦合梁(17)两端分别与其左右的所述Z轴检测框架(16)相连，用于使所述Z轴检测框架(16)模态分离，所述驱动耦合折叠梁(20)两端分别与其左右的所述驱动框架(4)相连，使工作时相连的两驱动框架(4)运动同向；所述哥氏质量块(15)同时为X轴检测环路质量，所述驱动框架(4)与所述哥氏质量块(15)一起构成驱动环路质量，且结构关于Y轴对称，所述Z轴检测框架(16)与所述哥氏质量块(15)一起构成Z轴检测环路质量，且结构关于X轴对称，同时整个双轴MEMS陀螺仪结构为全解耦设计；所述器件层结构还包括：推挽式驱动力系统、驱动端差分检测输出信号系统、X轴差分检测输出信号系统、Z轴差分检测输出信号系统以及Z轴检测输出闭环控制信号系统；所述推挽式驱动力系统为双轴MEMS陀螺仪提供推挽式驱动力，所述驱动端差分检测输出信号系统为双轴MEMS陀螺仪驱动端提供差分检测输出信号，所述X轴差分检测输出信号系统为双轴MEMS陀螺仪提供X轴差分检测输出信号，以检测X轴角速度，所述Z轴差分检测输出信号系统为双轴MEMS陀螺仪提供Z轴差分检测输出信号，以检测Z轴角速度，所述Z轴检测输出闭环控制信号系统为双轴MEMS陀螺仪提供Z轴检测输出闭环控制信号。2.根据权利要求1所述的一种四质量全差分双轴MEMS陀螺仪，其特征在于：所述推挽式驱动力系统包括驱动正电极梳齿对(10)和驱动负电极梳齿对(8)，所述驱动正电极梳齿对(10)通过对应第三锚点(9)固定在所述衬底层(1)，所述驱动负电极梳齿对(8)通过对应第二锚点(7)固定在所述衬底层(1)，所述驱动正电极梳齿对(10)与所述驱动负电极梳齿对(8)分别对应连接的电极将构成一组差分电容电极，分别对称分布在驱动结构的左、右两侧，且关于Y轴对称。3.根据权利要求2所述的一种四质量全差分双轴MEMS陀螺仪，其特征在于：所述驱动正电极梳齿对(10)有N对，为变面积梳齿设计，所述驱动负电极梳齿对(8)有N对，为变面积梳齿设计。4.根据权利要求1所述的一种四质量全差分双轴MEMS陀螺仪，其特征在于：所述驱动端差分检测输出信号系统包括驱动检测正电极梳齿对...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：华芯拓远天津科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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