[发明专利]具有改进的正交误差抑制的MEMS陀螺仪

说明书

本公开涉及具有改进的正交误差抑制的MEMS陀螺仪。该MEMS陀螺仪由衬底、第一质量块和第二质量块形成，其中第一质量块和第二质量块悬置于衬底上方，并且在静止状态下在限定第一方向和横向于第一方向的第二方向的延伸平面中延伸。该MEMS陀螺仪还具有：驱动结构，被耦合至第一质量块，并且被配置为在使用中使第一质量块在第一方向上移动；以及弹性耦合结构，在第一质量块与第二质量块之间延伸，并且被配置为将第一质量块在第一方向上的移动与第二质量块在第二方向上的移动耦合。弹性耦合结构具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一刚度，第二部分具有大于第一刚度的第二刚度。

技术领域

本公开涉及一种MEMS(微机电系统)陀螺仪，该MEMS陀螺仪尤其是相对于偏航移动具有改进的正交误差抑制。

背景技术

如已知的，用MEMS技术获得的陀螺仪被形成在半导体材料(例如，硅)的管芯中，并且包括至少一个或多个移动质量块，移动质量块悬置于衬底上方并且相对于衬底以一个或多个自由度自由振荡。

移动质量块通过驱动电极和检测电极电容耦合至衬底，驱动电极被配置为使移动质量块在驱动方向上振荡，检测电极被配置为检测移动质量块在检测方向上的位移。

当MEMS陀螺仪围绕旋转轴以角速度旋转时，在与旋转轴垂直的方向上以线速度振荡的移动质量块受到科里奥利力(Coriolis force)，科里奥利力指向与旋转轴垂直、并且与线速度的方向垂直的方向。

具体地，单轴、双轴或三轴类型的MEMS陀螺仪是已知的，它们被配置为检测与MEMS陀螺仪围绕轴的偏航角速度相关联的偏航移动，该轴垂直于移动质量块的延伸平面。

在这方面，具有两个检测质量块的MEMS陀螺仪是已知的。这些MEMS陀螺仪包括第一移动质量块、第二移动质量块以及将第一移动质量块与第二移动质量块耦合的弹性元件。第一移动质量块通过驱动电极在驱动方向上保持振荡，该驱动方向位于第一移动质量块和第二移动质量块的延伸平面中。弹性元件被配置为将第一移动质量块的振荡变换为第二移动质量块在感应方向上的振荡，该感应方向位于第一移动质量块和第二移动质量块的延伸平面中，并且垂直于该驱动方向。因此，当MEMS陀螺仪受到偏航角速度时，第二移动质量块受到在与感应方向垂直(并且与驱动方向平行)的方向上的科里奥利力的影响。检测电极被配置为检测第二移动质量块的偏航移动并且生成对应的检测信号。

确定MEMS陀螺仪性能的关键参数是在没有旋转(零速率输出，ZRO)的情况下检测信号的稳定性。换言之，期望的是，在没有MEMS陀螺仪的旋转的情况下，当第一移动质量块在驱动方向上被致动时，第二移动质量块的移动不会在检测信号中生成任何变化。

然而，在已知的MEMS陀螺仪中，由于与第一移动质量块与第二移动质量块之间的弹性耦合元件的制造相关联的过程可变性，弹性耦合元件具有不对称性。这意味着感应方向还包括平行于驱动方向(并且垂直于感应方向)的正交分量。因此，即使在没有MEMS陀螺仪旋转的情况下，正交分量也生成检测信号的变化，也称为正交误差。

用于减小弹性耦合元件的不对称性的方法设想，在制造MEMS陀螺仪的过程中，使用专用的光刻机器和/或掩模，能够减小过程可变性。

然而，这种方法需要增加制造MEMS陀螺仪的成本和时间。

根据另一种方法，将被配置为补偿正交误差的附加电极也集成在MEMS陀螺仪中。

然而，附加电极可能增加管芯面积的占用，并且需要附加的制造步骤。因此，这种方法也增加了MEMS陀螺仪的困难以及制造时间和成本。

而且，正交补偿电极使得MEMS陀螺仪的控制电路的设计更加复杂。

发明内容

本公开要克服已知领域的缺点。