感测旋转及加速度两者的微机电系统装置制造方法及图纸

一种MEMS装置包括悬置于衬底上面的验证质量块、一个或一个以上驱动梳及一个或一个以上感测梳。在操作期间，将与AC调制电位串联的DC致动电位施加到所述验证质量块，并将AC致动电位施加到所述一个或一个以上驱动梳，使得所述验证质量块以振荡方式移动。一种惯性感测系统进一步包括感测元件，所述感测元件经配置以检测与AC信号耦合的旋转信息及与DC信号耦合的加速度信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体来说涉及半导体制造与微机电系统(MEMS)的领域。更具体来说，本专利技术涉及用于通过使用同一验证质量块来同时感测旋转及线性加速度两者的系统及方法。
技术介绍
惯性传感器是能够感测及/或产生运动的传感器。惯性传感器可含有微机电系统(MEMS)的装置。此类装置的实例包含能够感测加速度的加速计(例如，MEMS加速计)及能够感测旋转的回转仪(例如，MEMS回转仪)。然而，常规MEMS加速计不能够感测旋转，且类似地常规MEMS回转仪不能够感测加速度。具体来说，典型的MEMS加速计由静态验证质量块、弹簧及附接到其的一组梳齿构成。举例来说，如图1中所示，典型的MEMS加速计可包含验证质量块102、弹簧104、梳齿105及锚定件110。锚定件110坐落于衬底100上，且所有其它部件悬置于衬底100上面且为可移动的。当沿Y轴的方向施加线性加速度时，验证质量块102由于验证质量块102的惯性而产生的惯性力致使感测梳105变形且继而改变梳齿105的电容。可接着以电子方式评估梳齿105的所得电容改变以获得加速度信息。此常规MEMS加速计不能够感测旋转。典型的MEMS回转仪由静态验证质量块、弹簧、一组驱动梳齿及一组感测梳齿构成。举例来说，如图2中所示，典型的MEMS回转仪可包含验证质量块202、弹簧204、可移动框架203、驱动梳齿206及感测梳齿205。锚定件210坐落于衬底200上，且所有其它部件为可移动的且悬置于衬底200上面。在操作期间，将AC电压施加到驱动梳齿206，从而将验证质量块202致动成振荡。更具体来说，由206产生的静电力驱动可移动框架203及验证质量块202沿着X轴以振荡方式移动。当将围绕Z轴的旋转施加到所述系统时，由移动的验证质量块202产生科里奥利(Coriolis)力且所述弹簧沿Y轴的方向变形，从而导致感测梳205的电容改变。可通过使用读出电子装置评估感测梳205的电容改变来获得旋转信息。所述装置可由两个子验证质量块构成，所述两个子验证质量块沿相反方向移动，以便减小由线性加速度导致的旋转信号误差。此常规MEMS回转仪不能够感测加速度。MEMS芯片可通过半导体制作方法制成且可具有上文所描述的单个或多个装置。当在单个芯片中实施多个装置时，可实现多个惯性信号，例如，旋转与加速度或沿多个轴的加速度。六个自由度的感测系统需要两类装置(即，用于感测旋转的回转仪及用于感测加速度的加速计)。每一类可具有感测多个轴信息的共享装置，举例来说，单个回转仪感测两个或三个轴旋转，且加速计感测两个或三个轴加速度。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例提供一种包括MEMS装置的惯性感测系统，其中所述MEMS装置包括悬置于衬底上面的验证质量块、一个或一个以上驱动梳及一个或一个以上感测梳。在操作期间，将与AC调制电位串联的DC致动电位施加到所述验证质量块，并将AC致动电位施加到所述一个或一个以上驱动梳，使得所述验证质量块以振荡方式移动。本专利技术的另一实施例提供一种感测加速度及旋转的方法，其包括提供MEMS装置，所述MEMS装置包括悬置于衬底上面的一个或一个以上验证质量块、一个或一个以上驱动梳及一个或一个以上感测梳；将与AC调制电位串联的DC致动电位施加到所述一个或一个以上验证质量块；及在操作期间，将AC致动电位施加到所述一个或一个以上驱动梳,使得所述一个或一个以上验证质量块以振荡方式移动。本专利技术的另一实施例提供一种惯性感测装置，其包括一个或一个以上验证质量块；一个或一个以上移动框架；一个或一个以上第一固定锚定件，其附接到衬底；一个或一个以上驱动梳，所述一个或一个以上驱动梳中的每一者包括多个第一梳齿及多个第二梳齿；及一个或一个以上感测梳，所述一个或一个以上感测梳中的每一者包括多个第三梳齿及多个第四梳齿，其中所述一个或一个以上移动框架中的每一者通过第一弹簧中的对应一者附接到所述一个或一个以上验证质量块中的对应一者，所述一个或一个以上移动框架中的每一者经由第二弹簧中的对应一者附接到所述一个或一个以上第一固定锚定件中的对应一者，所述多个第一梳齿直接附接到所述一个或一个以上移动框架中的对应一者，且所述多个第四梳齿直接或经由第二可移动框架附接到所述一个或一个以上验证质量块中的所述对应一者，其中所述第二可移动框架经由第三弹簧中的对应一者附接到所述一个或一个以上验证质量块中的所述对应一者。附图说明图1是图解说明常规MEMS加速计的示意图。图2是图解说明常规MEMS回转仪的示意图。图3是图解说明根据本专利技术的非限制性实例的MEMS装置的示意图。图4是图解说明根据本专利技术的非限制性实例的能够同时感测旋转及加速度的系统的示意图。具体实施例方式本专利技术涉及用于使用单个MEMS装置同时感测旋转及加速度两者的系统及方法。相比之下，除至少一个MEMS回转仪以外，常规系统还需要至少一个MEMS加速计来实现等效的功能。制造根据本专利技术的系统的成本可显著低于用于制造常规系统的成本，因为实现相同功能(例如，同时感测旋转及加速度两者)所需的装置的数目减少。此外，可使用同一感测电路作为用于感测旋转及加速度两者的读出电子装置，从而进一步减少系统的成本。本专利技术的一个实施例提供一种包括MEMS装置的惯性感测系统，其中所述MEMS装置包括悬置于衬底上面的验证质量块、一个或一个以上驱动梳及一个或一个以上感测梳。在操作期间，将与AC调制电位串联的DC致动电位施加到一个或一个以上验证质量块，并将AC致动电位施加到所述一个或一个以上驱动梳,使得所述一个或一个以上验证质量块以振荡方式移动。在一些实施例中，所述AC调制电位信号可具有第一频率，且所述AC致动电位具有不同于所述第一频率的第二频率。所述第一频率可高于所述第二频率。在一些实施例中，所述第一频率可为约100K Hz到约IOM Hz，例如，约500K Hz到约5M Hz，例如约IM Hz。所述第二频率可为约IK Hz到约100K Hz，例如约5K Hz到约50K Hz，例如约IOK Hz。所述DC致动电位及所述AC调制电位应大到足以通过静电力来使所述验证质量块移动。在一些实施例中，所述DC致动电位可高于约I伏，例如高于约5伏，例如高于约10伏。所述惯性感测系统可进一步包括感测元件，所述感测元件经配置以检测与AC信号耦合的旋转信息及与DC信号耦合的加速度信息。在一些实施例中，可首先在所述第一频率下解调来自驱动梳的输出信号。在此解调之后的输出仍含有含有旋转信息及加速度信息的信号的混频。可接着通过使用第一低通滤波器移除经解调输出信号中的AC分量从所述输出信号中分离出加速度信息。同时，可(例如)通过使用带通滤波器、处于第二频率下的第二解调器及第二低通滤波器从经解调输出信号中分离出旋转信息。所述带通滤波器移除经解调输出信号中的DC信号及具有比所述第二频率高的频率的分量。接着由第二解调器在第二频率下解调带通滤波器的输出。可接着由第二低通滤波器移除解调器的输出中的高频率谐波。在一些实施例中，所述MEMS装置可包括一个或一个以上验证质量块、一个或一个以上移动框架、附接到衬底的一个或一个以上第一固定锚定件、一个或一个以上驱动梳及一个或一个以上感测梳。所述一个或一个以上驱动梳中的每一者包括多个第一梳齿及多个第二梳齿。所述一个或一个以上感测梳中的每一者包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种感测加速度及旋转的方法，其包括 提供MEMS装置，所述MEMS装置包括 一个或一个以上验证质量块，其悬置于衬底上面； 一个或一个以上驱动梳 '及 一个或一个以上感测梳； 将与AC调制电位串联的DC致动电位施加到所述一个或一个以上验证质量块； 在操作期间，将AC致动电位施加到所述一个或一个以上驱动梳，使得所述一个或一个以上验证质量块以振荡方式移动。2.根据权利要求1所述的方法，其中 所述AC调制电位具有第一频率， 所述AC致动电位具有第二频率，且 所述第一频率高于所述第二频率。3.根据权利要求2所述的方法，其中 所述第一频率为约IOOK Hz到约IOM Hz，且 所述第二频率为约IK Hz到100K Hz04.根据权利要求1所述的方法，其中所述DC致动电位及所述AC调制电位大到足以通过静电力来使所述一个或一个以上验证质量块移动。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述DC致动电位高于约5伏。6.根据权利要求1所述的方法，其中当将旋转及加速度施加到所述MEMS装置时，所述一个或一个以上驱动梳的电容改变。7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述第一频率下解调包括所述一个或一个以上驱动梳的所述电容改变的信息的输出信号。8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括从所述经解调输出信号中分离出加速度信息。9.根据权利要求8所述的方法，其中在所述从所述经解调输出信号中分离出所述加速度信息的步骤期间，使用第一低通滤波器移除所述输出信号中的AC分量以从所述输出信号中分离出所述加速度信息。10.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括从所述经解调输出信号中分离出旋转信息。11.根据权利要求10所述的方法，其中在所述从所述经解调输出信号中分离出所述旋转信息的步骤期间 使用带通滤波器移除所述经解调输出信号中的DC信号及具有比所述第二频率高的频率的分量， 使用解调器在所述第二频率下解调所述带通滤波器的输出，及 使用第二低通滤波器移除所述解调器的输出中的高频率谐波。12.—种包括MEMS装置的惯性感测系统，其中 所述MEMS装置包括悬置于衬底上面的验证质量块、一个或一个以上驱动梳及一个或一个以上感测梳 '及 在操作期间，将与AC调制电位串...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹波，罗皓，
申请(专利权)人：深迪半导体上海有限公司，
类型：
国别省市：