[发明专利]基于频率调制的多轴感测装置及其操作方法

说明书

一种MEMS装置包括第一惯性质量系统和第二惯性质量系统，第一惯性质量系统具有彼此弹性地耦接的第一驱动质量块和第一感测质量块，第二惯性质量系统具有彼此弹性地耦接的第二驱动质量块和第二感测质量块。第一驱动质量块和第二驱动质量块沿平行于衬底的表面的第一轴经历反相驱动运动。第一感测弹簧和第二感测弹簧锚固并悬挂与衬底的表面间隔开的第一感测质量块和第二感测质量块。第一感测弹簧和第二感测弹簧响应于绕垂直于表面的第三轴的角旋转而实现第一感测质量块和第二感测质量块沿平行于表面的第二轴的反相感测运动。第一感测弹簧和第二感测弹簧另外响应于沿第二轴的线性加速度而实现第一感测质量块和第二感测质量块沿第二轴的同相感测运动。

技术领域

本发明总体上涉及微机电系统(MEMS)多轴感测装置。更具体地说，本发明涉及一种基于频率调制的MEMS多轴感测装置，用于同时感测线性加速度和角速度。

背景技术

近年来，由于微机电系统(MEMS)技术提供了用于使用常规批量半导体加工技术来制作非常小的机械结构并且将这些结构与电气装置集成到单个衬底上的方式，因此MEMS技术已经实现了广泛普及。MEMS的一种常见应用是设计和制造传感器装置。MEMS传感器装置广泛用于各种应用，如汽车、惯性引导系统、家用电器、游戏装置、用于各种装置的保护系统以及许多其它工业系统、科学系统和工程系统。在减小MEMS装置的尺寸同时增强此类MEMS装置的感测能力的矛盾目标方面持续努力。

发明内容

在所附权利要求中限定了本公开的各方面。

在第一方面，提供了一种微机电系统(MEMS)多轴感测装置，所述MEMS多轴感测装置包括：衬底，所述衬底具有表面；第一惯性质量系统，所述第一惯性质量系统包括第一驱动质量块和弹性地耦接到所述第一驱动质量块的第一感测质量块；第二惯性质量系统，所述第二惯性质量系统包括第二驱动质量块和弹性地耦接到所述第二驱动质量块的第二感测质量块，所述第一驱动质量块和所述第二驱动质量块被配置成沿朝向成平行于所述衬底的所述表面的第一轴经历反相驱动运动；第一感测弹簧，所述第一感测弹簧被配置成锚固并悬挂与所述衬底的所述表面间隔开的所述第一感测质量块；以及第二感测弹簧，所述第二感测弹簧被配置成锚固并悬挂与所述衬底的所述表面间隔开的所述第二感测质量块，所述第一感测弹簧和所述第二感测弹簧响应于绕垂直于所述衬底的所述表面的第三轴的角旋转而实现所述第一感测质量块和所述第二感测质量块沿平行于所述衬底的所述表面且垂直于所述第一轴的第二轴的反相感测运动，并且所述第一感测弹簧和所述第二感测弹簧另外响应于沿所述第二轴的线性加速度而实现所述第一感测质量块和所述第二感测质量块沿所述第二轴的同相感测运动。

在第二方面，提供了一种方法，所述方法包括：提供微机电系统(MEMS)多轴感测装置，所述MEMS多轴感测装置包括：衬底，所述衬底具有表面；第一惯性质量系统，所述第一惯性质量系统包括第一驱动质量块和弹性地耦接到所述第一驱动质量块的第一感测质量块；第二惯性质量系统，所述第二惯性质量系统包括第二驱动质量块和弹性地耦接到所述第二驱动质量块的第二感测质量块；第一感测弹簧，所述第一感测弹簧被配置成锚固并悬挂与所述衬底的所述表面间隔开的所述第一感测质量块；以及第二感测弹簧，所述第二感测弹簧被配置成锚固并悬挂与所述衬底的所述表面间隔开的所述第二感测质量块；致动所述第一驱动质量块和所述第二驱动质量块以沿朝向成平行于所述衬底的所述表面的第一轴经历反相驱动运动；响应于绕垂直于所述衬底的所述表面的第三轴的角旋转而感测所述第一感测质量块和所述第二感测质量块沿平行于所述衬底的所述表面且垂直于所述第一轴的第二轴的反相感测运动，其中所述第一感测弹簧和所述第二感测弹簧实现所述反相感测运动；响应于沿所述第二轴的线性加速度而感测所述第一感测质量块和所述第二感测质量块沿所述第二轴的同相感测运动，其中所述第一感测弹簧和所述第二感测弹簧另外实现所述同相感测运动；响应于所述反相感测运动而确定绕所述第三轴的所述角旋转的角旋转速率值；以及响应于所述同相感测运动而确定沿所述第二轴的所述线性加速度的线性加速度值。