[发明专利]微音叉谐振器刚度自动匹配结构和方法

说明书

本申请实施例提供了一种微音叉谐振器刚度自动匹配结构和方法，涉及微机电传感器领域，所述方法包括：微音叉谐振器子谐振器上都添加独立的加力结构和匹配结构，通过加力结构产生对应的共模驱动力，通过前置读出电路输出振动信号，通过振动信号，自动获取开关控制信号和匹配电压，并将匹配电压施加于匹配结构上，进行负反馈控制，完成自动刚度匹配。采取本申请的技术方案，可以实现振动刚度的高效率、高精度匹配，且摆脱了对振动台的依赖，降低调试成本，并且，本申请可摆脱现有匹配方法中对振动台的依赖，且不受振动台激励信号频率范围限制、振动台安装限制，当微音叉谐振器在应用场景中安装固定后仍然可以实现原位在线匹配，无需使用振动台。

技术领域

本申请实施例涉及微机电传感器领域，具体而言，涉及微音叉谐振器刚度自动匹配结构和方法。

背景技术

微音叉谐振器是用微电子工艺加工的特征尺寸在微米量级的谐振式器件，是多类微传感器的核心基础结构组件，如微机电陀螺、微谐振温度传感器、微质量传感器等，其体积小、成本低、适于批量加工，有着广泛的应用前景。

微音叉谐振器通常将两个子谐振器的检测结构进行差分互连以敏感有用的差分输入信号，抑制外界的共模干扰信号，降低微音叉谐振器对共模振动信号的敏感性。但是，由于工艺误差的存在，使得两个子谐振器的结构参数不一致，使得两个子谐振器在某一振动方向上刚度不匹配，当实际应用环境中存在振动共模干扰信号时，两个子谐振器的运动位移出现不一致，不能完全抵消外界的振动干扰，造成微音叉谐振器输出误差。针对此问题Pierre Janioud，Alexandra Koumela，Christophe Poulain，Patrice Rey等人的《Tuningthe Anti-Phase Mode Sensitivity to Vibrations of a MEMS Gyroscope》提出了利用静电负刚度效应对所设计的微音叉谐振器进行了刚度匹配，减小了对外界振动的敏感性。但该方法采用人工粗略调试，难以达到高效率、高精度的匹配，同时该方法调试时间花费较长，成本高，需利用振动台进行调节，这对于在应用中安装好的器件无法进行离线匹配度验证测试。

发明内容

本申请实施例提供一种微音叉谐振器刚度自动匹配结构，以解决现有微音叉谐振器刚度匹配的方法低效率、低精度、花费较长，成本高且无法对安装好的器件进行离线匹配度验证测试的问题。

本申请实施例第一方面提供了一种微音叉谐振器刚度自动匹配结构，所述结构包括：

所述微音叉谐振器的至少两个子谐振器，每个子谐振器上设置有加力结构和匹配结构；

偏置电压电路，所述偏置电压电路的输出端与所述子谐振器的振动质量块连接；

电压发生电路，所述电压发生电路的输出端与所述加力结构连接，以使所述加力结构产生共模驱动力并作用于所述子谐振器；

前置读出电路，所述前置读出电路的输入端与所述子谐振器输出端连接，用于接收所述子谐振器输出的振动位移信号并输出振动信号；

数字处理电路，所述数字处理电路与所述前置读取电路输出端连接，用于对所述振动信号处理，得到开关控制信号和匹配电压信号；

开关电路，所述开关电路与数字处理电路输出端连接，用于将所述匹配电压信号施加于所述开关控制信号所指示的匹配结构中，以使该匹配结构调节与其连接的所述子谐振器的振动质量块的刚度，直至所述子谐振器的振动质量块之间的刚度匹配。

可选的，所述电压发生电路，包括：

正弦波发生器，所述正弦波发生器的输出端与第一数模转换器输入端连接；

第一数模转换器，所述第一数模转换器的输出端与所述加力结构连接，以使所述加力结构产生共模驱动力并作用于所述子谐振器。

可选的，两条前置读出子电路，所述前置读出子电路与子谐振器的检测电极输出端连接；