[发明专利]具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计

说明书

本发明提供一种具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计，包括：双谐振结构的微机械洛伦兹力磁强计，包括第一微机械谐振结构及第二微机械谐振结构，所述第一微机械谐振结构与所述第二微机械谐振结构相同，二者间隔分布于同一磁场内，且所述第一微机械谐振结构的表面及所述第二微机械谐振结构的表面与所述磁场相垂直；检测电路，与所述第一微机械谐振结构及所述第二微机械谐振结构电连接，所述接口检测电路包括全差分开环检测电路或静电力平衡闭环检测电路。本发明的磁强计具有较好的零漂移稳定性及较好的温度特性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计。

背景技术

微机械洛仑兹力磁强计是一种用来测量周围环境磁场强度的MEMS传感器，其工作原理是通过导线通路在微机械结构上流过激励电流(I)并与外界磁场正交作用产生洛伦兹力F_L(Lorentz force)，产生的有效位移x＝(F_L·Q)/k，接口电路通过检测有效位移x大小来实现磁场强度(B)信号的检测，其中洛伦兹力大小与磁场强度(B)、激励电流(I)和电流流过的有效长度(L)成正比。微机械洛伦兹力磁强计在众多领域具有广泛应用，在地质勘探领域，可以用于地磁场变化监测；在国防领域，可以应用于磁导航、姿态控制等。特别是当前随着 MEMS技术的快速发展，微机械惯性测量单元(IMU)的体积和成本不断减小，但是现有的九轴IMU和十轴IMU中磁场传感单元主要还是基于霍尔效应、磁通门的检测原理，而基于洛伦兹力检测原理的微机械磁强计具有良好的微机械特性，易于与现有的微机械陀螺、微机械加速度计实现单芯片集成加工，可以进一步提高IMU的集成度，从而减小体积和降低成本。

基于调幅(AM)检测原理的微机械磁强计通常采用单个谐振器结构，谐振器在谐振的工作状态下，即当微机械结构的振动频率与固有谐振频率相等时，振幅达到最大，通过开环接口电路进行电容/电压(C/V)转换得到振幅信息。由于谐振器结构的振幅大小与品质因素(Q)和洛伦兹力F_L均成正比，因此通过高真空封装提高Q值，以及制作多匝线圈增大洛伦兹力F_L均是有效直接提高精度的方法。因此，美国加州大学Mo Li等人在2014年就研制出分辨率达到30nT/√Hz 的微机械洛仑兹力磁强计，但是输出零偏易受到温度等外界因素的干扰，仍然无法满足高精度领域的需求。随后加州大学Mo Li等人提出一种自谐振闭环激励的方法，即利用单个谐振体自激谐振产生自驱动电流，这在一定程度上抑制了温度等对磁强计性能影响，但是由于洛伦兹力F_L和静电驱动力F_e的同时叠加作用，输出信号产生了一个额外偏置电压V_offset，该输出偏置V_offset对磁强计的输出动态范围、温度特性和漂移特性等仍然有较大的影响。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计，用于解决现有技术中的的洛伦兹力磁强计存在的零漂移稳定性及温度特性等方面的不足的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计，所述的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计及其接口检测电路包括：

双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计，包括第一微机械谐振结构及第二微机械谐振结构，所述第一微机械谐振结构与所述第二微机械谐振结构相同，二者间隔分布于同一磁场内，且所述第一微机械谐振结构的表面及所述第二微机械谐振结构的表面与所述磁场相垂直；

接口检测电路，与所述第一微机械谐振结构及所述第二微机械谐振结构电连接，所述检测电路包括全差分开环检测电路或静电力平衡闭环检测电路；其中，