[发明专利]具有压力阻尼的振梁加速度计

说明书

本发明题为“具有压力阻尼的振梁加速度计”。本公开描述了用于阻尼加速度计的检验质量块运动同时实现欠阻尼谐振器的技术。在平面内微机电系统(MEMS)VBA的示例中，该检验质量块可包含一个或多个阻尼梳，该一个或多个阻尼梳包括附接到该检验质量块的一组或多组转子梳指。该转子梳指可与附接到固定几何形状的定子梳指交叉。当该MEMS管芯被放置到包含高于真空的压力的封装件中时，这些阻尼梳指可为该检验质量块提供空气阻尼。该阻尼梳的该几何形状具有减小的气隙以及该转子梳指和该定子梳指之间的大重叠区域。本公开的该VBA的谐振器的几何形状可被配置为避免空气阻尼。

本专利申请要求以下的权益：

2019年11月7日提交的美国临时专利申请62/932,397，以及

2019年11月7日提交的美国临时专利申请62/932,298，每个专利申请的全部内容据此以引用方式并入。

技术领域

本公开涉及振梁加速度计。

背景技术

加速度计通过检测在惯性力下检验质量块的位移起作用。在一个示例中，加速度计可通过连接在检验质量块与支撑基部之间的谐振器的频率变化来检测检验质量块的位移。谐振器可被设计成改变与检验质量块在加速度下施加到谐振器的负载成比例的频率。谐振器可电耦合到形成振荡器的信号发生电路，该振荡器致使谐振器振动，并且在一些示例中以谐振器的谐振频率振动。

发明内容

一般来讲，本公开提供了用于改善振梁加速度计(VBA)的功能的技术。在一个示例中，本公开描述了用于阻尼加速度计的检验质量块运动同时实现欠阻尼谐振器的技术。在平面内微机电系统(MEMS)VBA的示例中，该检验质量块可包含一个或多个阻尼梳，该一个或多个阻尼梳包括附接到该检验质量块的一组或多组可移动梳指。该可移动梳指可与附接到固定几何形状的锚定梳指交叉。当该MEMS管芯被放置到包含高于真空的压力的封装件的压力腔中时，这些阻尼梳指可为该检验质量块提供空气阻尼。在一些示例中，该MEMS管芯可被放置到包含约1托的压力的陶瓷封装件中。该阻尼梳的该几何形状可最小化该气隙并且最大化该可移动梳指和该锚定梳指之间的该重叠区域。本公开的该VBA的谐振器的几何形状可被配置为避免空气阻尼。

在其他示例中，本公开描述了将加速度计谐振器的电容梳指配置成具有驱动电极和至少两个感测电极的离散电极的技术。本公开的技术还描述了该管芯上和该模拟电子器件板上的电信号的路由，其在被设计成产生大致相等的寄生馈通电容。该至少两个感测电极可被放置在该移动谐振器梁的相对侧上，使得相对于位移的电容变化(例如，dC/dx)的量值大致相等并且符号相反。这可导致符号也相反的感测电流并且导致馈通电流将具有相同符号。来自该谐振器的该感测输出可连接到差分前端放大器(诸如互阻抗或电荷放大器)，该差分前端放大器处理输出电流中的差异。处理输出电流中的该差异可减轻该馈通电流的影响并且消除寄生馈通电容。寄生馈通电容可导致增加的加速度计噪声和减小的偏置稳定性。

在其他示例中，本公开描述了一种加速度计设备，该设备包括：支撑基部；谐振器，该谐振器包括锚定部分和释放部分，其中该谐振器的该锚定部分机械地连接到该支撑基部；检验质量块，该检验质量块机械地连接到该谐振器的该释放部分，该检验质量块包括一个或多个阻尼梳，其中该阻尼梳：包括可移动梳指和锚定梳指，其中该一个或多个阻尼梳的该锚定梳指机械地连接到该支撑基部，其中该一个或多个阻尼梳的该可移动梳指机械地连接到该检验质量块，并且其中该一个或多个阻尼梳的该可移动梳指和该一个或多个阻尼梳的该锚定梳指之间的间距被配置为针对该检验质量块提供空气阻尼；和压力腔，其中该压力腔包含该支撑基部、该谐振器、该检验质量块和该一个或多个阻尼梳。