[发明专利]感测设备

说明书

一种感测设备，包括：能够在第一模式和第二模式下运动的谐振构件；以及电极。所述谐振构件具有电容性表面部分，所述电容性表面部分面对并且电容性地耦合到所述电极的电容性表面部分。在所述第一模式下沿所述谐振构件的电容性表面部分的每个点的位移与该点基本上相切。

技术领域

本申请总体涉及感测设备，更具体地涉及诸如MEMS陀螺仪或MEMS加速计之类的感测设备。

背景技术

诸如陀螺仪和加速计之类的惯性测量设备提供高精度感测。然而，在历史上，其成本、尺寸和功率要求已经妨碍了其在诸如消费者产品、游戏设备、汽车和手持定位系统之类的行业中的广泛使用。

最近，因为微电机技术已经使制造小型的陀螺仪和加速计成为可能，所以微机电系统(MEMS)传感器设备已经获得了来自多个行业的更多关注。小型化也实现了MEMS设备与读出电子设备在同一管芯上的集成，从而带来了更低的尺寸、成本和功耗以及通过减小噪声实现的更好的分辨率。诸如数字相机、3D游戏设备以及汽车传感器之类的消费者产品因为MEMS设备的多种优点而使用MEMS设备。消费者对于低成本、更精巧和用户友好设备的需求已经导致MEMS传感器的需求的急剧上升，因为MEMS传感器在极低的价格下提供了足够的可靠性和性能。

现有技术的MEMS设备(诸如美国专利No.7,543,496、7,578,189、7,892,876、8,173,470、8,372,67、8,528,404和8,166,816中所公开的现有技术的MEMS设备)能够感测绕轴和沿轴的旋转(即绕着轴旋转的角度或角速度)或平移运动(即沿轴的线加速度)。这些设备典型地包括由多个电极包围的谐振构件，所述多个电极通过电容性间隔与谐振构件隔开。

例如，图12所示的感测设备110对应于MEMS陀螺仪，并且包括谐振构件112和与谐振构件112隔开的多个电极118。每个电极118电容性地耦合到谐振构件112。更具体地，谐振构件112具有多个电容性表面部分122，多个电容性表面部分122均面对并且电容性地耦合到相关联的电极118的电容性表面部分128。电容性通道130由此被限定在谐振构件112和每个电极118之间。

谐振构件112能够在两个谐振模式——驱动模式和感测模式下运动。具体地，两个电极118a、118c是驱动电极，所述驱动电极可操作地在X方向上对谐振构件112施加驱动力，以激励谐振构件112并且使谐振构件112在驱动模式下以给定频率(例如，谐振构件112的固有频率)振动。如果谐振构件112旋转，则科里奥利效应将能量从驱动模式传递到感测模式并且导致谐振构件112在感测模式下振动。此外，两个电极118b、118d是感测电极，所述感测电极被配置为响应于谐振构件112在垂直于X方向的Y方向上的感测模式运动而生成电流。因此可以分析这个电流以确定谐振构件112的旋转速率。

每个电极118与谐振构件112的波节轴对准(对于本公开，谐振构件的“波节轴(node axis)”是穿过谐振构件的两个或更多个波节点的轴，并且“波节点(node point)”指谐振构件在驱动模式或感测模式下振动时的反波节或波节之一)。更具体地，驱动电极118a、118c与穿过谐振构件112的两个波节点134a、134c的第一波节轴N₁对准，并且，感测电极118b、118d与穿过谐振构件112的其他两个波节点134b、134d的第二波节轴N₂对准。两个波节点134a、134c对应于谐振构件112在感测模式下的波节和谐振构件112在驱动模式下的反波节，而其他两个波节点134b、134d对应于谐振构件112在感测模式下的反波节和谐振构件112在驱动模式下的波节。此外，谐振构件112和电极118的电容性表面部分122、电容性表面部分128优选地成形和布置为使得其电容性通道130关于其相关联的波节轴对称。

理想地，当谐振构件112在零速率下(即，没有旋转)时感测模式将不被激励，以使谐振构件112在Y方向上的感测模式运动是零，并且在感测电极118b、118d处不生成错误地指示旋转的电流输出。然而，如在下面进一步讨论的，即使当谐振构件112在零速率下时感测电极118b、118d的一些激励也可能出现。