[发明专利]一种MEMS容栅式角位移传感器及其制造方法

权利要求书

1.一种MEMS容栅式角位移传感器，其特征在于：包括机械外壳、敏感结构和处理ASIC电路；所述机械外壳采用凹槽型结构，位于凹槽边缘处设置有阶梯状结构，用于嵌设所述敏感结构，所述敏感结构的背部设置有所述处理ASIC电路及对外连接的接口，在所述机械外壳的凹槽底部设置有用于连线的 通孔；

所述敏感结构包括转子和定子；所述转子设置在所述定子的上部，且所述转子与所述定子敏感面正对，并具有距离；

所述转子采用四层结构，依次为：转子基底层、金属层、绝缘层和耐磨层；所述转子基底层底部中央位置处设置有转轴，所述转子基底层顶部由下至上依次设置有所述金属层、绝缘层和耐磨层；在所述金属层上通过MEMS工艺加工得到所需要的敏感电极图案，形成敏感面；

所述定子采用六层结构，依次为：定子基底层、预处理层、金属走线层、氧化绝缘层、电极金属层和绝缘保护层；所述定子基底层的上部设置有所述预处理层，所述预处理层上部由下至上依次设置有所述金属走线层、氧化绝缘层和电极金属层，所述氧化绝缘层用于隔离所述金属走线层和电极金属层，所述金属走线层用于所述电极金属层各交叉电极的连接，所述电极金属层用于刻画出与所述转子上敏感电极图案正对的采集电极和激励电极，形成敏感面。

2.如权利要求1所述角位移传感器，其特征在于：所述定子基底层和转子基底层都采用半导体材料多晶硅或者玻璃制成。

3.如权利要求1所述角位移传感器，其特征在于：所述定子采用圆形结构，所述电极金属层上的采集电极由正极性正弦采集电极C_S+、负极性正弦采集电极C_S-、正极性余弦采集电极C_C+和负极性余弦采集电极C_C-共四对电极构成，该四对电极间隔设置在圆周处，位于圆心位置设置有所述激励电极。

4.如权利要求3所述角位移传感器，其特征在于：所述处理ASIC电路包括前端模拟电路和数模转换电路，所述前端模拟电路和数模转换电路均包括正弦信号测量通道和余弦信号测量通道两路；所述前端模拟电路的输入端与所述敏感结构中转子和定子形成的等效电路连接，所述前端模拟电路的输出端与所述数模转换电路连接。

5.如权利要求4所述角位移传感器，其特征在于：所述前端模拟电路的正弦信号测量通道和余弦信号测量通道均包括直流电容对消阵列、C-V转换模块和增益调节模块；差分振荡器输出频率可调的两路差分信号exc、/exc，信号/exc作用于所述直流电容对消阵列和C-V转换模块，信号exc作用于所述定子的激励电极，在采集电极的正极性正弦采集电极C_S+、负极性正弦采集电极C_S-、正极性余弦采集电极C_C+和负极性余弦采集电极C_C-上获得调制有角位移信息的输出信号；所述正极性正弦采集电极C_S+、负极性正弦采集电极C_S-的输出信号传输至正弦信号测量通道中的所述直流电容对消阵列，经过所述直流电容对消阵列后抵消直流量后，依次进入所述C-V转换模块和增益调节模块，转换为成比例的电压信号，传输至所述数模转换电路的正弦信号测量通道；所述余弦信号测量通道的结构及信号处理流程与所述正弦信号测量通道相同。

6.如权利要求4所述角位移传感器，其特征在于：所述数模转换电路的正弦信号测量通道和余弦信号测量通道均包括Σ-Δ调制器和抽取滤波器；所述前端模拟电路输出的电压信号进入所述Σ-Δ调制器，转换成位流信号后经所述抽取滤波器输出。