一種慣性測(cè)量器件及慣性測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于微機(jī)電(MEMS)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說(shuō)，本實(shí)用新型涉及微機(jī)電的慣性測(cè)量器件及采用該種慣性測(cè)量器件的慣性測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，慣性測(cè)量系統(tǒng)一般采用差分電容原理進(jìn)行慣性信號(hào)的檢測(cè)，具體為通過(guò)慣性測(cè)量器件的在X軸方向上相對(duì)的固定電極對(duì)形成的差分電容進(jìn)行X軸方向的慣性信號(hào)的檢測(cè)，及通過(guò)慣性測(cè)量器件的在Y軸方向上相對(duì)的固定電極對(duì)形成的差分電容進(jìn)行Y軸方向的慣性信號(hào)的檢測(cè)。采用該種慣性信號(hào)檢測(cè)方式的慣性測(cè)量系統(tǒng)由于需要使慣性測(cè)量器件在X軸方向和Y軸方向上設(shè)置各自獨(dú)立的固定電極對(duì)，因此，若要獲得較高的靈敏度，則固定電極在芯片面積上消耗比較大，不利于芯片尺寸的控制。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的一個(gè)目的是提供一種慣性測(cè)量器件及對(duì)應(yīng)的慣性測(cè)量系統(tǒng)的新技術(shù)方案。
[0004]根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，提供了一種慣性測(cè)量器件，其包括襯底、位于襯底上方的質(zhì)量塊和固定在所述襯底上的錨定部，所述錨定部位于所述質(zhì)量塊的結(jié)構(gòu)中心，所述質(zhì)量塊通過(guò)沿X軸延伸的兩個(gè)彈性扭梁連接在所述錨定部上，且所述兩個(gè)彈性扭梁關(guān)于Y軸對(duì)稱，其中，所述X軸與所述Y軸在所述質(zhì)量塊所在平面上相互垂直，且均經(jīng)過(guò)所述結(jié)構(gòu)中心；所述質(zhì)量塊的位于γ軸兩側(cè)的部分的質(zhì)量相等，且位于X軸兩側(cè)的部分的質(zhì)量不相等；
[0005]所述慣性測(cè)量器件還包括設(shè)置在所述襯底上的至少一個(gè)固定電極組，所述固定電極組具有四個(gè)固定電極，所述質(zhì)量塊作為可動(dòng)電極與所述固定電極組的四個(gè)固定電極分別形成第一檢測(cè)電容、第二檢測(cè)電容、第三檢測(cè)電容和第四檢測(cè)電容，其中，所述第一檢測(cè)電容與所述第二檢測(cè)電容、及所述第三檢測(cè)電容與所述第四檢測(cè)電容均構(gòu)成X軸慣性信號(hào)檢測(cè)的差分電容，且所述第一檢測(cè)電容與所述第四檢測(cè)電容、及所述第二檢測(cè)電容與所述第三檢測(cè)電容均構(gòu)成Y軸慣性信號(hào)檢測(cè)的差分電容。
[0006]優(yōu)選的是，所述質(zhì)量塊的位于X軸一側(cè)的部分設(shè)置有減重孔，以使所述質(zhì)量塊的位于X軸兩側(cè)的部分的質(zhì)量不相等。
[0007]優(yōu)選的是，所述質(zhì)量塊在對(duì)應(yīng)所述固定電極的位置上設(shè)置有配合孔，所述固定電極向上伸入對(duì)應(yīng)的配合孔中。
[0008]優(yōu)選的是，所述固定電極組的四個(gè)固定電極關(guān)于所述X軸和所述Y軸對(duì)稱布置。
[0009]優(yōu)選的是，所述襯底設(shè)置有一個(gè)所述固定電極組。
[0010]根據(jù)本實(shí)用新型的第二方面，提供了一種慣性測(cè)量系統(tǒng)，其包括檢測(cè)單元及上述任一種所述的慣性測(cè)量器件，其中，所述第一檢測(cè)電容與所述第二檢測(cè)電容在所述質(zhì)量塊沿Y軸方向平移時(shí)的變化方向一致，所述第一檢測(cè)電容與所述第四檢測(cè)電容在所述質(zhì)量塊繞所述錨定部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的變化方向一致；所述質(zhì)量塊作為可動(dòng)電極與調(diào)制信號(hào)輸入端連接；
[0011]所述檢測(cè)單元包括差分處理電路、控制電路、及對(duì)應(yīng)每個(gè)固定電極組的各四個(gè)Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)和對(duì)應(yīng)每個(gè)固定電極組的各四個(gè)X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)；所述第一檢測(cè)電容的固定電極一支路通過(guò)第一 Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)與所述差分處理電路的第一輸入端連接，另一支路通過(guò)第一X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)與所述差分處理電路的第二輸入端連接；所述第二檢測(cè)電容的固定電極一支路通過(guò)第二 Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)與所述第一輸入端連接，另一支路通過(guò)第二 X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)與所述第一輸入端連接；所述第三檢測(cè)電容的固定電極一支路通過(guò)第三Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)與所述第二輸入端連接，另一支路通過(guò)第三X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)與所述第一輸入端連接；所述第四檢測(cè)電容的固定電極一支路通過(guò)第四Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)與所述第二輸入端連接，另一支路通過(guò)第四X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)與所述第二輸入端連接；
[0012]所述控制電路被設(shè)置為用于向所有Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)輸出Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)、及用于向所有X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)輸出X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)，且所述Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)與所述X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)使得所述Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)和所述X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)分時(shí)閉合。
[0013]優(yōu)選的是，所述Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)和所述X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)為完全相同的開(kāi)關(guān)。
[0014]優(yōu)選的是，所述Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)和所述X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)均為PWM信號(hào)。
[0015]優(yōu)選的是，所述Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)的有效電平與所述X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)的相鄰的有效電平之間具有固定的時(shí)間延遲，其中，所述Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)的有效電平為使得所述Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)閉合的電平，所述X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)的有效電平為使得所述X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)閉合的電平。
[0016]優(yōu)選的是，所述Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)和所述X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)的周期相同、且占空比亦相同。
[0017]本實(shí)用新型的慣性測(cè)量器件及慣性測(cè)量系統(tǒng)，能夠通過(guò)共用每個(gè)固定電極組的四個(gè)固定電極的方式實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸慣性信號(hào)的檢測(cè)，當(dāng)Y軸方向有加速度輸入時(shí)，質(zhì)量塊會(huì)在Y軸方向發(fā)生平移運(yùn)動(dòng)，因此，將第一檢測(cè)電容與第二檢測(cè)電容并聯(lián)，并將第三檢測(cè)電容與第三檢測(cè)電容并聯(lián)，便可實(shí)現(xiàn)Y軸方向加速度的檢測(cè)；而當(dāng)X軸方向有加速度輸入時(shí)，質(zhì)量塊會(huì)繞錨定部轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，將第一檢測(cè)電容與第四檢測(cè)電容并聯(lián)，并將第二檢測(cè)電容與第三檢測(cè)電容并聯(lián)，便可實(shí)現(xiàn)X軸方向加速度的檢測(cè)。由于本實(shí)用新型的慣性測(cè)量器件能夠通過(guò)共用每個(gè)固定電極組的四個(gè)固定電極的方式實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸慣性信號(hào)的檢測(cè)，因此其在同等芯片面積的情況下能夠提高靈敏度，而在同等靈敏度的情況下則可以節(jié)省芯片面積，有利于芯片的小型化設(shè)計(jì)。
[0018]通過(guò)以下參照附圖對(duì)本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。
【附圖說(shuō)明】
[0019]被結(jié)合在說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖示出了本實(shí)用新型的實(shí)施例，并且連同其說(shuō)明一起用于解釋本實(shí)用新型的原理。
[0020]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型慣性測(cè)量器件的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型慣性測(cè)量器件的另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是根據(jù)本實(shí)用新型慣性測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行慣性信號(hào)檢測(cè)的一種實(shí)施方式的電路原理圖；
[0023]圖4是利用圖3所示電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行Y軸慣性信號(hào)檢測(cè)的等效電路示意圖；
[0024]圖5是利用圖3所示電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行X軸慣性信號(hào)檢測(cè)的等效電路示意圖；
[0025]圖6是對(duì)應(yīng)圖3所示電路結(jié)構(gòu)的Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)和X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)的一種實(shí)施方式的時(shí)序圖。
[0026]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0027]1-質(zhì)量塊；101-減重孔；
[0028]102-配合孔；2、2a、2b、2c、2d_ 固定電極；
[0029]C12a_第一檢測(cè)電容；C12b_第二檢測(cè)電容；
[0030]C12c_第三檢測(cè)電容；C12d_第四檢測(cè)電容；
[0031]3-錨定部；M0-結(jié)構(gòu)中心；
[0032]4-彈性扭梁；Vin2_差分處理電路的第二輸入端；
[0033]U1-差分處理電路；Vinl-差分處理電路的第一輸入端；
[0034]Kla-第一 Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)；Vout-差分處理電路的輸出端；
[0035]Klb-第二 Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)；Klc-第三Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)；
[0036]Kid-第四Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)；K2a_第一 X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)；
[0037]K2b_第二 X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)；K2c_第三X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)；
[0038]K2d_第四X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)；Vm-調(diào)制信號(hào)；
[0039]Pkl-Y軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)；Pk2_X軸檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0040]現(xiàn)在將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本實(shí)用新型的各種示例性實(shí)施