[发明专利]具有对由于诸如正交分量之类的扰动力所致的误差补偿的微机电设备

说明书

MEMS设备具有通过第一弹性元件弹性地承载悬挂质量块的支撑区域。调谐动态吸收器弹性耦合到悬挂质量块，并且被配置为使以动态吸收器的自然振荡频率作用于悬挂质量块上的正交力减幅。调谐动态吸收器由通过第二弹性元件耦合到悬挂质量块的阻尼质量块形成。在实施例中，悬挂质量块和阻尼质量块形成在例如半导体材料的同一结构层中，并且阻尼质量块被悬挂质量块围绕。

技术领域

本公开涉及具有由于由诸如正交分量之类的扰动力所致的的误差补偿的微机电设备。

背景技术

如已知的，MEMS(微机电系统)由于它们的小尺寸、与消费者应用兼容的成本、以及它们与日俱增的可靠性而以日益广泛的方式被用在不同的应用中。特别是，利用这一技术，制造了诸如微集成的陀螺仪和机电振荡器之类的惯性传感器。

这一类型的MEMS通常基于微机电结构，该微机电结构包括支撑体以及通过弹簧或“曲部(flexure)”耦合到支撑体的至少一个可移动质量块(mobile mass)。弹簧被配置用于使得可移动质量块能够根据一个或多个自由度相对于支撑体振荡。可移动质量块电容耦合到支撑体上的多个固定电极，从而形成电容可变的电容器。可移动质量块相对于支撑体上的固定电极的移动(例如在外力的作用下)修改电容器的电容；从而，检测可移动质量块相对于支撑体的位移以及外力是可能的。代之，当供应适合的偏置电压(例如通过驱动电极的分立集)时，可移动质量块可经受使其移动的静电力。

为了获得微机电振荡器，通常利用MEMS结构的频率响应，其是二阶低通类型的，并且具有共振频率。

特别是，MEMS陀螺仪具有复杂的机电结构，其通常包括相对于支撑体可移动的至少两个质量块，该至少两个质量块彼此耦合以便于具有若干自由度(这依赖于系统的架构)。在大多数情况下，每个可移动质量块具有一个或两个自由度。可移动质量块电容通过固定的和可移动的感测和驱动电极而耦合到支撑体。

在具有两个可移动质量块的实现方式中，第一可移动质量块专用于驱动并且保持以共振频率、受控振荡振幅振荡。第二可移动质量块通过振荡(平移或旋转)运动来驱动，并且在微结构关于陀螺仪轴以角速度旋转的情况下，第二可移动质量块受到与角速度本身成比例的科里奥利力(Coriolis force)。在实践中，第二(被驱动的)可移动质量块充当加速度计，其使得能够检测科里奥利力和检测角速度。在另一实现方式中，单个悬挂质量块耦合到支撑体，以相对于支撑体可移动，其中具有两个独立的自由度，并且精确地具有一个驱动自由度和一个感测自由度。感测自由度可以包括可移动质量块在平面中的移动(“平面中移动”)或与平面垂直的移动(“平面外移动”)。驱动设备使悬挂质量块保持根据两个自由度之一的受控振荡。响应于支撑体关于感测轴的旋转(由于科里奥利力)，悬挂质量块基于另一自由度移动。

如已经提到的，为了使得MEMS陀螺仪能够正常操作，施加使悬挂质量块保持以共振频率振荡的驱动力。然后，读数设备检测悬挂质量块的位移。这些位移表示科里奥利力和角速度，并且可以使用与第二(被驱动的)质量块和固定电极之间的电容变化相关的电读数信号来检测。

然而，MEMS陀螺仪具有复杂的结构，并经常具有在悬挂质量块和支撑体之间的非理想机电相互作用。因此，有用信号分量与寄生(spurious)分量混合，寄生分量对角速度的测量没有贡献。寄生分量可以依赖于各种起因。例如，制造缺陷和过程扩展(processspread)可能是不可避免的噪声源，其影响是不可预见的。

常见的缺陷依赖于如下事实，驱动质量块的振荡方向不完全匹配设计阶段中期望的自由度。这一缺陷通常是由于悬挂质量块和支撑体之间的弹性连接中的缺陷，并且造成沿着角速度的检测自由度指向的力的开始(onset)。这一力转而生成误差(称为“正交误差”)，这是由于未知振幅、以与载体相同的频率、并且具有90°相移的信号分量。