[發明專利]一種Z軸MEMS電容式陀螺儀

有效

• 申請號: 201310475914.9
• 申請日: 2013-10-12
• 公開（公告）號: CN103528577A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 郭梅寒;鄒波
• 申請（專利權）人: 深迪半導體（上海）有限公司
• 主分類號: G01C19/5719
• 分類號: G01C19/5719;G01C19/5733
• 代理公司: 北京英特普羅知識產權代理有限公司 11015
• 代理人: 齊永紅

技術領域

本發明涉及陀螺儀，尤其涉及一種Z軸MEMS電容式陀螺儀。

背景技術

MEMS（MEMS–Micro?Electro-Mechanical?System微機電系統）陀螺儀具有體積小、成本低、集成性好的優勢，因此得到越來越廣泛的應用，如應用在移動終端、相機防抖、游戲手柄、玩具飛機、導航等產品中。MEMS陀螺儀基于哥氏力來實現角速度信號的檢測，具有驅動和敏感兩大部分。其中，驅動回路使質量塊以一定的頻率實現簡諧振動，當與質量塊運動方向垂直的方向上有角速度輸入時，哥氏力會在與質量塊運動方向和輸入角速度方向垂直的方向產生，從而帶動敏感端產生敏感信號，通過該敏感信號來檢測輸入的角速度。

現有技術中檢測角速度的方案有：

（1）傳統光纖陀螺儀，該方案的缺點是相對于MEMS陀螺儀而言，傳統光纖陀螺儀體積大，成本高，不適用于消費電子。

（2）MEMS壓電陀螺儀，該方案的缺點是靈敏度相對電容式陀螺儀較低，加工工藝/材料成本較高，常見的使用PZT（鋯鈦酸鉛）作為壓電材料，此類壓電陶瓷加工技術門檻較高，主要由日本掌握。

（3）現有的MEMS電容式陀螺儀，常規方案的缺點是結構較復雜，抗震性差，驅動/敏感模態之間存在耦合導致信號互相干擾。

發明內容

本發明的目的是提出一種Z軸MEMS電容式陀螺儀，以解決現有技術中陀螺儀存在的問題，本發明所涉及的陀螺儀具有體積小，低成本，高精度，抗震性好，集成性好的特點，特別適合用在如移動終端、相機防抖、游戲手柄、玩具飛機、導航等產品中。

為了實現上述目的，本發明提出了一種Z軸MEMS電容式陀螺儀，包括基底，一對母質量塊，至少一對驅動電容組，至少一對敏感電容組，中央耦合結構，一對杠桿以及錨點，其中所述每個母質量塊包括兩個子質量塊；

所述母質量塊通過彈性梁在與該母質量塊相對應的錨點處連接于基底；

所述至少一對驅動電容組，用于形成驅動電極，接收外圍電路提供的驅動信號，使所述該對母質量塊沿同一軸向做相反方向的運動；

所述中央耦合結構，通過彈性梁耦接于兩母質量塊之間，用于保證所述兩母質量塊以相同的頻率沿同一軸向做相反方向的運動；

所述杠桿，分別耦接于中央耦合結構和敏感電容之間，并通過彈性梁在與該杠桿相對應的錨點處連接于基底；

所述杠桿、中央耦合結構和母質量塊被配置為，在無施加垂直于所述母質量塊運動方向的角速度時，保持所述敏感電容組的可動梳齒不動，從而不提供用于測定外加角速度值的敏感信號；在施加垂直于所述母質量塊運動方向的角速度時，限制連接于所述敏感電容組的可動梳齒的子質量塊的同向運動，從而避免了可能存在的線性加速度對測量結果的干擾，提供用于測定外加角速度值的高精度的敏感信號。

本發明的該方案的有益效果在于通過上述設計得到的陀螺儀具有體積小，低成本，抗震性好，集成性好的特點。

優選的是，所述中央耦合結構，形成于基底上，包括兩對端點，其一對端點分別連接至與該端點相對應的杠桿；

所述該對母質量塊的一側錨接至與其相對應的錨點，另一側連接至中央耦合結構的另一對端點上，所述每個母質量塊中的兩個子質量塊相連接，所述該對母質量塊與其相對應的錨點之間還設置了所述至少一對驅動電容組；

所述至少一對驅動電容組包括固定梳齒和可動梳齒，其中固定梳齒固定在所述基底上，其可動梳齒分別連接至與之對應的母質量塊靠近錨點的側壁，所述每個驅動電容組的固定梳齒作為驅動電極接收外圍電路提供的驅動信號；

所述該對杠桿，分別錨接至與其相對應的錨點，并且分別連接至與之相對應的所述至少一對敏感電容組的可動梳齒；

所述至少一對敏感電容組包括固定梳齒和可動梳齒，其中固定梳齒固定在所述基底上，其可動梳齒還分別連接至與之對應的子質量塊，所述敏感電容組的固定梳齒作為敏感電極提供用于測定外加角速度值的敏感信號。

優選的是，所述陀螺儀的結構完全對稱。

優選的是，所述陀螺儀還包括至少一對檢測電容組，所述檢測電容組包括固定梳齒和可動梳齒，其中固定梳齒固定在所述基底上，其可動梳齒分別連接至與之對應的母質量塊靠近錨點的側壁，所述檢測電容組的固定梳齒作為檢測電極將檢測電容組的電容變化信號反饋給驅動電極。

優選的是，所述電容組包括兩對敏感電容組，所述兩對敏感電容組對稱設置，在所述敏感電容組的固定梳齒中，處于對角線位置的固定梳齒相連接形成一對敏感電極。