[发明专利]对于正交误差和微机械加工不准确性具有降低的敏感性的惯性传感器

说明书

本申请是申请日为2010年7月27日，申请号为201080041359.3，发明名称为“对于正交误差和微机械加工不准确性具有降低的敏感性的惯性传感器”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及微机械加工的惯性传感器，并且更加具体地涉及对于正交误差和微机械加工不准确性，诸如用于支撑共振器梭子(shuttle)的柔性件的侧壁角度非对称性，具有降低的敏感性的惯性传感器。

背景技术

微机械加工(MEMS)陀螺仪作为有用的商品已经变得成熟。一般而言，MEMS陀螺仪结合两个高性能MEMS器件，具体地在驱动轴线中的自调谐共振器和在感测轴线中的微型加速度传感器。陀螺仪性能除了别的以外对于诸如制造公差、封装误差、驱动、线性加速度和温度是非常敏感的。角速率感测陀螺仪的基本操作原理是熟知的并且在现有技术(例如，可在http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/37-03/gyro.html中获得的Geen,J.等人的New iMEMS Angular-Rate-Sensing Gyroscope,Analog Devices,Inc.,Analog Dialog 37-03(2003)，通过引用其整体合并于此)中进行了描述。

具有离散的块(mass)的振动感测角速率陀螺仪的原理早已被确立(见例如，Lyman，美国专利2309853和Lyman，美国专利2513340，其每一个通过引用其整体合并于此)。一般而言，振动速率陀螺仪通过振荡检测块(在这里还被称作“梭子”或者“共振器”)来工作。振荡是利用以共振频率施加到弹簧-块-阻尼系统的周期力而产生的。在共振下操作允许振荡幅度相对于所施加的力而言是大的。当陀螺仪旋转时，沿着垂直于被驱动的振荡和旋转这两者的方向在振荡中的检测块上产生科里奥利(Coriolis)加速度。科里奥利加速度的量值与振荡中的检测块的速率和旋转速率这两者成比例。能够通过感测检测块的偏转来测量所形成的科里奥利加速度。用于感测检测块的这种偏转的电和机械结构通常被称作加速度计。

关于微机械加工的陀螺仪而言更加引起麻烦的制造误差之一是在柔性件的蚀刻期间产生的侧壁角度的非对称性。这趋向于交叉耦合面内(X-Y轴线)和面外(Z轴线)运动。例如，在美国专利No.5635640、5869760、6837107、6505511、6122961和6877374中描述的类型的X-Y陀螺仪中，这种非对称性能够导致所谓的“正交”干扰信号，即科里奥利加速度计与共振器移位同相的运动，所述专利的每一个通过引用其整体合并于此。在典型的生产工艺中，这个交叉耦合一般地是大约1％。非常的生产措施能够将其降低为0.1％，但是在关于高蚀刻速度(并且因此低成本)而被优化的工艺中它能够高达5％。相反，低成本消费者级陀螺仪的全标度信号通常仅仅是0.001％，并且所要求的分辨率可能是1,000倍到10,000倍地小于全标度。因此，干扰信号是比较大的并且对于陀螺仪电子设备提出了几乎不可能的动态范围要求。如在其它公开中描述地，能够通过静态修整和使用适当电极的伺服而使得正交信号无效。然而，由于伴随高速大规模生产的公差，修整的稳定性要求和伺服的动态范围仍然是非常困难的电子设备约束。

带有面内(即围绕Z轴线)角振动的对称结构产生科里奥利诱发的面外倾斜(即，围绕X-Y轴线)。一般而言，由具有不良侧壁的柔性件产生的面外倾斜围绕垂直于柔性件的长尺寸的轴线。

发明内容