CN108204806A - 同步质量块陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本申请涉及同步质量块陀螺仪。微机械惯性装置呈现为具有通过联接器联接在一起的多个线性移动质量块，当耦合的质量块呈现反相运动时，联接器以线性方式移动。联接器沿彼此相反的方向移动，使得可移动的质量块的一侧上的一个联接器沿着第一直线方向运动，并且另一个位于可移动的质量块的相对侧上的联接器与第一线性方向相反的第二线性方向在第一直线方向上运动。联接器确保质量块的正确的反相运动。

Description

同步质量块陀螺仪

技术领域

本公开涉及具有多个移动质量块的微机电系统(MEMS)装置。

背景技术

陀螺仪(有时简称为“gyros”)是对旋转敏感的装置，因此可用于检测旋转。微机电系统(MEMS)陀螺仪通常包括有时被称为“检测质量块”的可移动体，施加电信号以主要沿特定轴线产生运动。这被称为驱动检测质量块，驱动检测质量块的轴有时称为“驱动轴”。当陀螺仪经历旋转时，检测质量块另外沿着不同的轴移动比驱动轴有时被称为感应轴。对于一些MEMS陀螺仪，旋转会使检测质量块沿感应轴线性移动。对于其他人，旋转会导致检测质量块旋转。检测质量块沿传感轴的运动被检测，提供陀螺仪所经历的旋转的指示。

一些MEMS陀螺仪包括机械耦合在一起的多个检测质量块。检测质量块可以耦合在一起，试图提供同步运动，同时抑制传感器驱动轴中的不希望的运动。

发明内容

微机械惯性装置呈现为具有通过联接器联接在一起的多个线性移动质量块，当耦合的质量块呈现反相运动时，联接器以线性方式移动。联接器沿彼此相反的方向移动，使得可移动的质量块的一侧上的一个联接器沿着第一直线方向运动，并且另一个位于可移动的质量块的相对侧上的联接器与第一线性方向相反的第二线性方向在第一直线方向上运动。联接器确保质量块的正确的反相运动。

在某些实施方案中，提供多质量块平衡的微机电系统(MEMS)装置，包括：基板；第一检测质量块，通过第一系链耦合所述基板并被配置为线性移动；和第二检测质量块，通过第二系链耦合所述基板并被配置为线性移动。多质量块平衡的MEMS装置还包括：第一联接器，将所述第一和第二检测质量块耦合在一起，并配置为当所述第一检测质量块沿第一方向移动时线性移动，并且所述第二检测质量块沿与平行于所述第二轴的第一方向相反的第二方向移动沿与第一方向相反的第二方向移动。

在某些实施方案中，提供操作多质量块平衡的微机电系统(MEMS)装置的方法，包括：以反相运动线性移动第一检测质量块和第二检测质量块；以及当第一和第二检测质量块以反相运动线性移动时，线性平移耦合第一和第二检测质量块的第一联接器。

在某些实施方案中，提供多质量块平衡的微机电系统(MEMS)装置，包括：基板；第一检测质量块，通过第一系链耦合所述基板并被配置为线性移动；和第二检测质量块，通过第二系链耦合所述基板并被配置为线性移动。多质量块平衡的MEMS装置还包括用于抑制第一和第二检测质量块的反相运动的构件。

在某些实施方案中，提供同步质量块微机电系统(MEMS)装置，包括：基板；第一检测质量块，通过第一系链耦合所述基板并被配置为平行于第一横向轴和第二横向轴中的每一个线性移动；第二检测质量块，通过第二系链耦合所述基板并被配置为平行于第一横向轴和第二横向轴中的每一个线性移动；第三检测质量块，通过第三系链耦合所述基板并被配置为平行于第一横向轴和第二横向轴中的每一个线性移动；和第四检测质量块，通过第四系链耦合所述基板并被配置为平行于第一横向轴和第二横向轴中的每一个线性移动。该装置还包括：第一联接器，将所述第一和第二检测质量块耦合在一起，并配置为当所述第一检测质量块沿平行于第二轴的第一方向移动时平行于所述第一轴线性移动，并且所述第二检测质量块沿与平行于所述第二轴的第一方向相反的第二方向移动。

在某些实施方案中，提供一种操作具有耦合在一起的四个检测质量块的同步质量块微机电系统(MEMS)装置的方法，所述方法包括：使四个检测质量块平行于第一轴进行线性反相运动；当所述四个检测质量块平行于所述第一轴线性反相运动移动时，使耦合所述四个检测质量块的第一和第二检测质量块的第一联接器线性平移；和当所述四个检测质量块平行于所述第一轴线性反相运动移动时，使耦合所述四个检测质量块的第三和第四检测质量块的第二联接器线性平移。

在某些实施方案中，提供同步质量块平衡的微机电系统(MEMS)陀螺仪，包括：基板；第一、第二、第三和第四检测质量块，悬挂在所述基板上方并耦合所述基板，并且每个都配置为平行于第一和第二轴线性平移；和用于强制所述四个检测质量块平行于所述第一轴线性反相运动的构件。

附图说明

将参考以下附图来描述本申请的各个方面和实施例。应该理解的是，附图不一定按比例绘制。出现在多个图中的项目在它们出现的所有图中用相同的参考数字表示。

图1A是根据本申请的实施方案微机电系统(MEMS)装置的框图表示，其具有通过线性移动滑道耦合在一起的多个检测质量块。

图1B-1E示出了图1A的MEMS装置的反对称(或“反相”)操作的四种状态。

图1F是根据本申请的实施方案具有多个检测质量块通过线性移动滑道耦合在一起的陀螺仪的框图表示，包括在检测质量块的同一侧上的多个相对移动的滑道。

图2A示出了图1A所示类型的具有通过线性移动滑道耦合在一起的多个检测质量块的陀螺仪。

图2B是图2A的陀螺仪所包括的类型的系链的特写视图，以将检测质量块耦合可移动的梭子。

图2C是图2A的陀螺仪所包括的类型的锚点和枢轴点的特写图。

图2D是图2A的陀螺仪所包括的类型的铰链的特写图。

图2E-1是图2A陀螺仪所包含类型的转换连接的卡通表示。

图2E-2示出了图2E-1的结构的第一变形状态，其中枢转联动节段以相反的方向枢转。

图2E-3示出了图2E-1的结构的第二变形状态，其中枢转联动节段以彼此相同的方向枢转。

图2F-1是图2A陀螺仪中用于连接相邻检测质量块的弹簧连接器的特写图。

图2F-2说明了图2F-1结构的允许运动。

图2F-3说明了图2F-1结构的阻止运动。

图2G是将线性滑道连接到图2A的陀螺仪的枢转连杆的联接器的特写图。

图2H示出了具有通过线性移动滑道耦合在一起的多个检测质量块的陀螺仪，其类型如图1F所示。

图2I表示图2H的陀螺仪的变形状态，其中检测质量块在y方向上呈现反相运动。

图2J是图2I陀螺仪的两个平衡滑道的卡通表示，表示变形状态。

图2K示出了图2J的构造的替代方案，其中陀螺仪的平衡滑道s通过基本上垂直于滑道长度的连杆连接在一起。

图2L示出了图2H所示的另一种滑道结构，其中多个线性排列的滑道被限制在其内边缘和外边缘上。

图2M示出了图2L的配置的替代方案，其中多个线性排列的滑道彼此直接联接。

图2N示出了如图2M所示的结构的变形状态。

图3A是具有通过线性移动滑道耦合在一起的四个检测质量块的MEMS装置的框图表示。

图3B-3E示出了图3A的MEMS装置的反对称操作的四种状态。

图4A示出了MEMS陀螺仪的第一变形状态，其具有耦合检测质量块的四个耦合的检测质量块和线性移动滑道的检测质量块布置。

图4B示出了图4A的MEMS陀螺仪的第二变形状态。

图4C描述根据本申请的非限制性实施方案的同步质量块陀螺仪。

图5根据本申请的非限制性实施方案示出了可以采用在此描述的类型的MEMS装置的汽车。

具体实施方式

本公开的方面提供了通过线性移动机械联接器耦合在一起的微机械或微机电系统(MEMS)装置，所述机械联接器将联接的检测质量块的运动限制为同步、线性反相运动。联检器线性移动，检测质量块呈现线性反相运动，而不是旋转或旋转。因此，在本文中，它们在本文中被称为“滑道”，并且用作联接和运动传递机构。

在一些实施方案中，MEMS装置包括多个这样的滑道，这些滑道构造成彼此相反的方向移动，从而使滑道的直线运动提供无网动量的平衡运行。这可以防止检测质量块的不希望的运动，确保拒绝线性和角加速度。相反移动的滑道可以具有彼此基本上相同的质量块和/或位移。

在一些实施方案中，MEMS装置的两个或多个检测质量块以检测质量块布置，滑道位于检测质量块布置的相对侧。检测质量块排列两侧的滑道可以沿相反的方向线性移动，从而提供平衡的操作。在一些实施方案中，在检测质量块装置的同一侧上和在检测质量块装置的相对侧上相互设置多个相对移动的滑道。因此，在一些实施方案中，可以在MEMS装置中提供四个或更多个滑道。

各种类型的MEMS装置可以包括本文所述类型的滑道。例如，MEMS陀螺仪、加速度计和谐振器可以包括由本文所述类型的平衡滑道耦合的两个或更多个检测质量块。其他微机械装置是可能的。

根据本公开的方面，本文所述类型的滑道被包括在一个MEMS陀螺仪中，耦合两个线性移动的MEMS陀螺仪的检测质量块。联接器可以配置成当检测质量块沿着驱动轴被驱动时和/或当检测质量块沿感应轴检测到运动时线性地移动。例如，联接器可以安排成响应于陀螺仪经历旋转而线性移动。当陀螺仪受到冲击或其他形式的加速度(例如线性或角加速度)时，滑道可能会抵抗移动，因此实施这种联接器的陀螺仪可能表现出降低的加速度灵敏度，并且可以被称为加速度不敏感陀螺仪。在一些实施方案中，滑道被设置成在陀螺仪或其他MEMS传感器的驱动和感测模式中提供同步运动。

在一些实施方案中，提供了同步质量块陀螺仪，包括通过本文所述类型的滑道耦合的四个检测质量块。滑道可以配置成执行四个耦合检测质量块的线性、反相运动。这可以促进同步质量块陀螺仪的动量平衡操作。另外，滑道本身可能是动量平衡的，所以它们自己的运动不会给陀螺仪带来净动量。

图1A以简化的形式示出了根据本申请的一个方面的MEMS装置，其具有通过线性移动联接器(“滑道”)耦合的两个检测质量块，所述联接器抵制(或抑制)检测质量块的对称运动(也称为“同相”运动)，并允许检测质量块的反对称运动(也称为“反相”运动)。MEMS装置100包括第一检测质量块102a、第二检测质量块102b、基板104、系链106a、106b、106c、106d、106e和106f、滑道108a和108b以及联接器114。

以简化的框图形式示出了检测质量块102a和102b，但是可以具有任何合适的尺寸和形状，并且可以由任何合适的材料形成。在一些实施方案中，检测质量块102a和102b基本上是矩形的，例如基本上是正方形的。它们可以由硅或其他合适的材料形成。在至少一些实施例中，检测质量块102a和102b可以基本相同。

基板104可以是与微机械加工技术兼容的硅基板(例如，从硅片切割的硅片)或其它基板。在一些实施方案中，基板104由与检测质量块102a和102b相同的材料形成。检测质量块102a和102b可以由基板104通过合适的微机械加工技术形成，例如通过光刻和蚀刻工艺。在一些实施方案中，检测质量块102a和102b的形成可以涉及释放步骤，其中检测质量块从基板104释放并因此通过间隙(或空腔)与基板分离。

如图所示，检测质量块102a和102b通过系链106a-106f耦合到基板104，系链106a-106f可以采取任何合适的形式。合适的系链的非限制性示例是折叠的系链，下面结合图2B描述其一个示例。系链允许检测质量块102a和102b相对于基板104移动。检测质量块可以具有两个自由度，意味着它们通常可以沿着至少两个轴移动。这允许检测质量块既在驱动模式下工作，在驱动模式中，它们通过施加合适的电信号而被主动驱动，以及响应于遇到条件而移动的感测模式，例如Coriolis力(在陀螺仪的情况下)。检测质量块也可以被配置成响应于加速度(在加速度计的情况下)以对两个自由度的独立响应对称响应。作为一个非限制性示例，考虑到MEMS装置100是陀螺仪的情况，检测质量块102a和102b可以被配置和耦合到基板104，使得它们可以分别沿着x轴和y轴移动。例如，检测质量块102a和102b可以沿着x轴被驱动并且可以响应MEMS装置围绕点112的旋转R而沿着y轴移动。系链106a-106f可以具有合适的配置以允许这样的议案。而且，可以包括替代的或附加的系链来允许这样的动作。因此，应当理解的是，系链106a-106f的图示表示将检测质量块102a和102b耦合到基板104的概括，并且可以根据本申请的多个方面来实现各种系链布置。下面描述的图2A提供了合适的系链安排的一个例子。

联接器114表示将检测质量块102a和102b连接在一起的机制的概括。联接器114可以是箱式弹簧连接、直梁连接或其他合适的联接器。可以实施替代检测质量块-检测质量块耦合方案，包括使用附加的联接器。下面结合图2A描述一些例子。联接器114可用于试图提供检测质量块102a和102b的同步运动。下面结合图1B-1E描述这种运动的例子。

检测质量块102a和102b另外通过滑道108a和108b连接，当检测质量块102a和102b在y方向上呈现反对称(或“反相”)运动时，滑道108a和108b线性移动或平移。滑道被构造成沿由箭头110a和110b所示的方向线性地移动，在这种情况下为正和负的x方向。更具体地，滑道108a和108b将检测质量块102a和102b约束为线性反相运动，它们本身沿着y方向以反平行方式移动时线性地移动，而是抵制或抑制检测质量块沿y方向平行移动。因此，在至少一些实施例中，滑道的线性运动处于垂直于检测质量块的相应运动的方向上。在MEMS装置100是陀螺仪的非限制性情况下，y方向可以表示驱动或感测方向，因此滑道108a和108b在驱动或感应模式可以将检测质量块限制为线性反相运动。如将在下面进一步描述的，可以提供额外的滑道以确保驱动和感测模式下的线性反相运动，并且在至少一些实施例中，滑道的组合可以保证零净动量驱动和感应模式下的线性反相运动。

在至少一些实施例中，滑道108a和108b沿彼此相反的方向移动。例如，当滑道108a沿着x轴的方向向右移动时，滑道108b可以沿着x轴的方向向左移动，反之亦然。滑道的这种线性运动可以通过滑道本身的适当配置和/或其连接到检测质量块的方式来实现。在一些实施方案中，滑道是刚性杆，它们连接到本身连接到检测质量块102a和102b的枢转连杆上。枢转连杆的枢转运动可以导致滑道108a和108b的线性运动。下面结合图2A描述一个例子。

滑道108a和108b可以由任何合适的材料形成。在至少一些实施例中，滑道108a和108b由与检测质量块102a和102b相同的材料形成，并且通过适当的微机械加工(例如光刻和蚀刻)由基板104形成。滑道108a和108b可以基本相同，包括具有基本上相同的质量块，以提供MEMS装置100的对称性。作为非限制的例子，滑道108a和108b可以具有平行于x轴的长度和平行于y轴的宽度，其长度比宽度(或该范围内的任何值)大两倍至100倍。

尽管图1A以简化的形式示出了两个滑道108a和108b，但是应该理解，可以包括多于两个滑道，并且在一些实施例中包括滑道。在一些实施方案中，检测质量块102a和102b的给定侧上提供了两个以上的滑道。给定侧上的多个滑道可以被配置成彼此以相反的方向移动，从而提供动量平衡配置。在一些实施方案中，在检测质量块排列的多个侧面上包含多个滑道，滑道向相反的方向移动以提供平衡的运动，因此不给予任何净动量MEMS装置。下面结合图1F描述一个例子。

应当理解的是，MEMS装置100可以可选地包括除了所示出的特征之外的特征，并且任何这样的附加特征的性质可以取决于装置的类型(例如，陀螺仪、加速度计、谐振器)。例如，可以包括一个或多个锚以将诸如检测质量块102a和102b的组件固定到基板104。可以包括电气特征(包括驱动电极和感测电极)并且可以采取任何合适的形式来提供驱动和感测操作。其他功能也可能包括在内。

如上所述，在本申请的至少一些方面，MEMS装置(例如陀螺仪)可以包括被配置为展现同步的、反对称运动的多个检测质量块。例如，陀螺仪100的检测质量块102a和102b可以连接在一起以提供同步的、反对称的运动。图1B-1E示出了这种反对称运动的状态图。在这些图中，x和y轴的方向与图1A相同。

为了解释的目的，将假定MEMS装置100是陀螺仪，并且x轴表示驱动运动的方向。也就是说，检测质量块102a和102b沿着x轴被驱动。y轴代表旋转响应的方向，因此可以认为是本例中的传感轴。

图1B和图1C示出了检测质量块102a和102b在驱动模式下的运动，并且示出运动是反对称的。如图1B所示，当检测质量块102a向左(负x方向)移动时，检测质量块102b向右(正x方向)移动。如图1C所示，当检测质量块102a向右(沿正x方向)移动时，检测质量块102b向左(负x方向)移动。运动可能是同步的，因为其中一个检测质量块的运动可能导致另一个运动。

图1D和1E示出了检测质量块102a和102b在感测模式下的非对称运动。如图1D所示，当检测质量块102a向上移动(沿正y方向)时，检测质量块102b向下移动(沿负y方向)。如图1E所示，当检测质量块102a向下移动时(负y方向)，检测质量块102b向上移动(正y方向)。再一次，运动可能是同步的，因为检测质量块之一的运动可能导致另一个运动。

尽管图1B-1E示出了上下和左右方向上的线性运动，但是应当理解的是，这种运动的任何组合可以由MEMS装置来实现。例如，质量块的运动可以沿着对角方向(例如，相对于x和y轴成45度)，除了其它可能性之外。例如，驱动轴可以与x轴成45°，并且感应轴可以与x轴成135°。其他方向是可能的。而且，虽然图1B-1C被描述为与驱动操作模式有关并且图1D-1E是感测模式，但是应该理解，驱动和感测方向可以颠倒。一般来说，应该理解的是，图1B-1E仅仅表示可以由具有两个可移动质量块的MEMS装置实现的反相运动的示例，并且运动方向和驱动和感测模式的指定可以采取各种形式。例如，与所描述的相比，驱动和感觉模式可能会颠倒。

图1B-1E中所示的反对称(或“反相”)运动在至少一些实施例中可能是合乎需要的。在至少一些实施例中，滑道108a和108b被配置成将检测质量块限制为沿着至少一个轴线(例如，垂直于滑道的运动方向的轴线)反向运动。例如，滑道可以强制检测质量块在驱动模式、感应模式或两者中的线性反相运动。这在一些实施例中通过使滑道抵抗对称运动来实现。图2A中示出了抵抗并且因此抑制这样的对称运动的合适滑道构造的示例，并且在下面进一步描述。

如上所述，在一些实施例中，MEMS装置可以在耦合的检测质量块的单侧上包括多个滑道。再次参考图1A，使滑道108a和108b沿相反方向移动可以提供检测质量块102a和102b的期望的反对称运动，但是但是通过在滑道之间提供净线性动量可能不合需要地允许检测质量块的对称运动。因此，本申请的方面提供具有平衡滑道构造的陀螺仪，其中滑道的线性运动没有净动量或其他形式的不平衡。图1F举例说明。

图1F的MEMS装置120(其可以是之前描述的任何类型的MEMS装置)包括与图1A的MEMS装置100相同的许多部件，但不同之处在于，在检测质量块102a和102b的同一侧有多个滑道。即，除了滑道108a和108b之外，还包括滑道122a和122b。像滑道108a和108b一样，滑道122a和122b可以构造成线性移动，并且可以允许或加强检测质量块102a和102b沿y轴的反对称运动，同时防止沿着y轴的对称运动。此外，滑道122a可构造成沿与滑道108a的方向相反的方向移动，并且滑道122b可构造成沿与滑道108b的方向相反的方向移动。以这种方式，通过滑道108a、108b、122a和122b的线性运动可能没有给予MEMS装置120的净动量。此外，滑道122a和122b可以具有基本上彼此相等的质量块，并且基本上等于滑道108a和108b的质量块，从而提供不具有与滑道的线性运动相关联的任何净线性动量的平衡配置，因为它们具有在相反的方向上等量移动的相等的质量块。

滑道122a和122b可以由与滑道108a和108b相同的材料形成，并且可以以基本上相同的方式形成，例如在用于形成滑道108a和108b的相同光刻和蚀刻步骤期间形成。

图2A示出了具有由图1A所示类型的线性移动滑道耦合在一起的多个检测质量块的陀螺仪。虽然示出并描述了陀螺仪，但应理解，其他类型的MEMS装置可利用其中所示的滑道和结构，例如但不限于谐振器和加速度计。陀螺仪200包括由线性移动滑道208a和208b耦合的检测质量块202a和202b。另外，陀螺仪200包括分别对应于检测质量块202a和202b的梭子204a和204b以及多个枢转连杆206a-206h。枢转连杆206a、206b、206c和206d对应于检测质量块202a，并且枢转连杆206e、206f、206g和206h对应于检测质量块202b。此外，陀螺仪包括将检测质量块202a和202b联接到相应的梭子204a和204b的系链212。在该非限制性例子中，有八个系链212将每个检测质量块耦合到其各自的梭子上。锚定件210支撑枢转连杆206a-206h，并因此支撑梭子204a和204b，枢转连杆和梭子通过铰链214连接。在该示例中，有八个锚定件210与每个检测质量块相关联。电极区域216可以包括或容纳用于沿着x轴驱动检测质量块202a和202b的电极，并且电极区域218可以包括或容纳用于响应陀螺仪在页面平面中的旋转而检测质量块202a和202b沿着y轴的运动的电极。

梭子204a和204b是可移动的，也是可选的。如图所示，在这个非限制性示例中，每个梭子204a和204b被分割。换句话说，所示的梭子可以被认为是多部分梭子，或者同样，梭子204a和204b可以被认为是四个单独的梭子。出于描述的目的，梭子204a在本文中被描述为包括四个部分(或部分)205a、205b、205c和205d。本文将梭子204b描述为包括四个部分(或部分)205e、205f、205g和205h。这种类型的多部分梭子允许梭子的一部分(或部分)在驱动模式下移动，并且允许不同的部分在感测模式下移动。

如上所述，梭子是可选的。可以包括它们以通过抵抗与期望的运动正交的运动来抑制驱动力的不对准和/或感测力的未对准。然而，并不是所有的实施方案都包括这种梭子。一些实施方案包括检测质量块、枢轴连接和滑道，但不包括梭子。在这样的实施例中，检测质量块可以直接联接到枢转联动装置。

包括枢转连杆206a-206h以减少或完全消除正交。正交是检测质量块在与驱动运动正交的方向上的运动，理想情况下与Coriolis响应相差90°。典型地，正交是不希望的，因为陀螺仪可能不能区分由正交引起的电信号而不是由旋转引起的电信号，因此陀螺仪在检测旋转时的精度可能受到正交的负面影响。

每个示出的枢转连杆包括通过连接器217连接的两个区段，下面结合图2E-1、2E-2和2E-3描述其一个例子。枢转连杆机构的两段可以具有基本相等的长度。在这种对应于图2A所示的所有枢转联动装置的状态的操作状态下，枢转联动装置的两个部分组合形成在平衡位置处的基本刚性的杆。当梭子从给定的枢转联动装置线性地移动时，枢转联动装置可以弯曲(或弯曲)，因为连接器可以弯曲。然而，连接器217可抵抗扭转和/或剪切，由此阻止枢转联动装置的倾斜并防止梭子(和连接到其的质量块)的旋转。通过阻止梭子(和与其连接的质量块)的不必要的旋转或倾斜，同时允许期望的线性运动、枢转联动装置减少或防止陀螺仪完全正交运动。

枢转连杆在枢轴点处连接到锚定件210，并通过铰链214铰接连接到梭子。以这种方式，枢转连杆可以响应于梭子204a和204b被驱动以及响应于梭子204a和204b由于经历Coriolis力而移动而围绕锚定件210枢转。

图2A的非限制性示例示出了呈现对称性的MEMS装置。并不是所有的实施例在这方面都是有限的。

图2B示出了图2A的陀螺仪200的系链212的特写图。在该非限制性例子中，系链212是双折叠的系链，其在单个点处连接到梭子204a(或204b)并且在两个点处连接到检测质量块202a(或202b)。系链的形状不是限制性的，因为可以使用各种合适的系链构型来允许检测质量块相对于梭子的运动。

图2C是包括在图2A的陀螺仪中的类型的锚210和枢轴点的特写图。在该非限制性例子中，锚210在枢轴223处支撑枢转连杆机构206a。梭子204a具有与锚210的形状大体一致的形状，但不直接或刚性地连接到锚210，从而相对于锚定件210自由移动。鉴于锚定件210和梭子204a的所示嵌套布置，应该理解的是，梭子可以沿由箭头220所示的方向比在箭头222所示的方向上移动更多。在一些实施方案中，梭子可能根本不能在箭头222的方向上移动。陀螺仪200的其它锚可以具有与它们的枢转连杆基本相同的构造和布置连接。

图2D是包括在图2A的陀螺仪200中的类型的铰链的特写图。铰链214包括在枢转联动装置206a(或陀螺仪的其它枢转联动装置)中的L形弯曲梁224，其允许枢转和防止枢转联动部分相对于枢转点225的平移。然而，其他构造也是可能的。在该非限制性示例中，枢转连杆206a在单个拐角225处连接到梭子204a。根据一个实施例，陀螺仪200的所有铰链具有基本上相同的构造。

图2E-1是对应连接的中间部分的卡通表示，包括连接枢转连接的各部分的类型的连接器217，如任何和所有枢转连接206a-206h可以采用的那样。图2E-1中关于枢转联动装置206a以及段207a和207b示出连接器217，但是相同的构造可应用于陀螺仪200的其它枢转联动装置。枢转联动装置206a包括区段207a和207b。连接器217可以是将两个段207a和207b连接在一起的相对窄而短的梁。当两个节段207a和208b围绕它们在锚定件210处的相应枢轴点以相反方向枢转时，连接件217可以弯曲，但是可以抵抗剪切或扭转。因此，连接器217可以防止两个部分207a和207b沿着相同的方向枢转。图2E-2和图2E-3说明了图2E-1结构的允许和拒绝运动。

在图2E-2中，片段207a和207b围绕由它们各自的锚固件210支撑的枢轴点彼此相反的方向枢转，如圆形箭头所示。连接器217弯曲以允许该枢转。当梭子段205a在图中向下平移时，所示的变形状态出现。图2E-3示出了与围绕它们各自的枢轴点在相同方向上枢转的区段207a和207b相关联的变形。如图所示，这将对应于呈现倾斜运动的梭子段205a，并将涉及连接器217剪切。然而，连接器抵抗这种运动，因此图2E-3所示的倾斜通过包括连接器217的枢转连杆结构被阻止。因此，如果质量块或者梭子附接到相对枢转的节段(例如，通过铰链或者其他挠曲类型)，枢转连杆系统确保质量块(或梭子)的直线运动，并减少由两个在相同方向上枢转的段引起的不希望的旋转。结果，与适当设计的连接器217的枢转连杆可以防止不希望的正交运动。

图2F-1是图2A陀螺仪中用于连接相邻检测质量块的弹簧连接器219的特写图。更具体地说，作为图1A的联接器114的非限制性示例的箱式弹簧连接器219联接相邻检测质量块的枢转连杆，在这种情况下是枢转连杆206d和206f。盒式弹簧连接器219可具有任何合适的尺寸和形状。它可以被定位成允许连接的枢转连杆206d和206f以相反的方向旋转。盒式弹簧可以抵抗剪切运动，从而防止枢转连杆206d和206f以相同的方向旋转。以这种方式，由盒式弹簧连接的枢转联动装置可允许或强制检测质量块202a和202b的反相运动，同时拒绝相对于图2F-1的布置在x轴方向上的同相运动。图2F-2和2F-3分别显示了允许和禁止运动的示例。

在图2F-2中，枢转连杆206d和206f围绕由它们各自的锚固件210支撑的枢轴点彼此以相反的方向枢转。箱形弹簧连接器219通过在图的竖直方向上拉伸而允许这种运动。相比之下，图2F-3示出了枢转连杆206d和206f围绕由其各自的锚固件支撑的枢转点在彼此相同的方向上枢转的状态。为了允许这种运动，盒式弹簧连接器219本身将沿与枢转连杆206d和206f枢转的方向相反的方向逆时针旋转。盒形弹簧219抵抗这种运动，从而强制执行图2F-2所需的运动。

盒式弹簧连接器219是用于连接陀螺仪200的相邻枢转连杆的合适连接器的非限制性示例。作为替代，可以使用直梁连接器。

图2G是将滑道连接到图2A的陀螺仪200的梭子上的联接器221的特写图。如图所示，联接器221可以是半箱弹簧连接器。然而，可以实施任何合适的连接器，其使得滑道208a响应于枢转连杆机构206e的枢转而线性移动。也就是说，关于图2G的布置，当枢转连杆的右侧向下移动(箭头228a)时，联接器221使滑道208a向右移动(箭头226a)，并且当枢转连杆的右侧向上移动时(箭头228b)，使滑道向左移动(箭头226b)。

再次参照图2A，在操作中，陀螺仪200可以表现出同步的、反相运动。当梭子段205b和205d向右移动时，在正x方向上，枢转联动件206b的上段和枢转联动件206d的上段顺时针枢转，而枢转联动装置206b的下部分和枢转联动装置206d的下部分逆时针枢转。梭子段205f和205h将在负x方向向左移动。特别地，枢转连杆机构206f的上部分和枢转连杆机构206h的上部分将逆时针枢转，而枢转连杆机构206f的下部分和枢转连杆机构206h的下部分将顺时针枢转。

在感应模式下，响应于陀螺仪200的旋转，当梭子段205a和205c向下移动时，在负y方向上，枢转连杆机构206a的左侧部分和枢转连杆机构206c的左侧部分将逆时针枢转，而枢转连杆机构206a的右侧部分和枢转连杆机构206c的右侧部分将顺时针枢转。由于滑道208a和208b，梭子段205e和205g将沿正y方向向上移动。枢转联动件206e的左侧部分和枢转联动件206g的左侧部分将顺时针枢转，并且枢转联动件206e的右侧部分和枢转联动件206g的右侧部分将逆时针枢转。滑道208a和208b将检测质量块和梭子限制在这样的运动中。也就是说，滑道208a迫使枢转连杆机构206a的右侧部分和枢转连杆机构206e的左侧部分通过自身线性向右或向左移动而沿相同方向(顺时针或逆时针)旋转。类似地，滑道208b迫使枢转连杆机构206c的右侧部分和枢转连杆机构206g的左侧部分沿着相同的方向自转地沿着滑道208a的相反方向直线地向右或向左移动。然而，因为滑道208a和208b可以是刚性杆或其他刚性联接器，所以它们防止了枢转联接件的联接段沿相反的方向旋转。因此，滑道208a和208b在感测模式中抑制或者完全防止梭子204a和204b的同相运动。因此，将不会检测到易于引起梭子204a和204b的同相运动的类型的加速度。相应地，滑道208a和208b提供加速度不敏感的陀螺仪。

如以上结合图1F所描述的，在一些实施例中，诸如MEMS陀螺仪的MEMS装置可以包括平衡滑道配置，其中多个滑道被包括在耦合的检测质量块的同一侧上。图2H示出了这种陀螺仪的实施方式的非限制性示例。陀螺仪250包括许多已经结合图2A示出和描述的相同的部件，因此这里不再详细描述。然而，陀螺仪250与陀螺仪200的不同之处在于它包括平衡的滑道结构，在联接的检测质量块的每一侧具有两个直线移动的滑道。特别地，陀螺仪250包括滑道252a、252b、254a和254b。

滑道252a通过联接器256a联接到枢转联动装置206a的最左侧区段，并通过联接器256b联接到枢转联动装置206e的最右侧区段。类似地，滑道252b通过联接器256c联接到枢转联动件206c的最左侧部分，并通过联接器256d联接到枢转联动件206g的最右侧部分。联接器256a-256d可以是彼此相同的，并且可以是图2G中所示的联接器的类型，或者允许滑道252a和252b彼此以相反方向线性运动的任何其他合适的联接器。

滑道254a通过联接器258a联接到枢转联动装置206a的最右侧区段，并通过联接器258b联接到枢转联动装置206e的最左侧区段。滑道254b通过联接器258c联接到枢转联动装置206c的最右侧区段，并通过联接器258d联接到枢转联动装置206g的最左侧区段。联接器258a-258d可以彼此相同，并且可以是图2G中所示的联接器的类型，或允许滑动件254a和254b彼此以相反方向线性运动的任何其他合适的联接器。

因为滑道252a和254a彼此连接到枢转联动装置206a和206e的不同部分，并且因为那些不同的部分将以彼此相反的方向旋转，所以滑道252a和254a将以相反的线性在操作期间彼此相互指示，这将在下面结合图2I进一步描述。类似地，由于滑道252b和254b彼此连接到枢转连杆机构206c和206g的不同段，并且因为这些不同段将彼此以相反的方向旋转，所以滑道252b和254b将会移入在操作期间彼此相反的线性方向。那么总的来说，滑道252a和252b将以彼此相反的方向移动，并且滑道254a和254b将以彼此相反的方向移动。因此，只要质量块和速度相等，称为动量平衡，滑道252a-252b和254a-254b的组合就基本上不会有净线性动量。这样就提供了一个平衡的滑道结构，它不会使检测质量块产生不希望的同相(对称)运动。

滑道252a和252b与滑道254a和254b一样彼此基本相同。所有四个滑道可以具有基本相同的质量块，从而提供平衡的配置。在所示的示例中，滑道252a和252b比滑道254a和254b更长(沿x方向)。滑道254a和254b在y方向上可以比滑道252a和252b宽，以提供基本上相同的质量块，或者可以具有任何其他合适的配置。可以看出，在这个例子中，所有四个滑道在x方向比在y方向长。在x方向上的长度可以是在y方向上的宽度的两倍到100倍之间或者在该范围内的任何值。可选的尺寸是可能的。

从图2H中还可以看出，对于图示的非限制性示例，滑道252a和254a呈现嵌套结构。滑道254a靠近检测质量块，而滑道252a位于检测质量块的远端。滑道254b和252b也是如此。其他配置也是可能的。

图2I示出图2H的陀螺仪250的一个操作状态，并示出滑道252a、252b、254a和254b的平衡操作。在所示的操作状态中，可以表示感测操作模式的状态，检测质量块202a和梭子段205a和205c在正y方向上向上移动。检测质量块202b、梭子段205e、205g向y方向负方向移动。枢转联动装置206a的最左侧部分和枢转联动装置206e的最右侧部分围绕它们各自的枢转点顺时针枢转，使得滑动轨道252a沿正x方向向右移动。枢转连杆机构206c的最左侧部分和枢转连杆机构206g的最右侧部分围绕它们各自的枢转点顺时针枢转，使得滑道252b在负x方向上向左移动，因此与滑道252a的方向相反。

枢转联动装置206a的最右侧部分和枢转联动装置206e的最左侧部分围绕它们各自的枢转点逆时针旋转，使得滑动道254a在负x方向上线性地向左移动。枢转连杆机构206c的最右侧部分和枢转连杆机构206g的最左侧部分逆时针旋转，使得滑道254b沿正x方向线性地向右运动，并因此与滑道254a相反。因此，检测质量块的对称(同相)运动由于滑道而被拒绝。

因此，从图2I中的运行状态可以看出，提供了一种平衡的滑道结构，其中四个滑道线性移动但具有零的净动量。这样就降低了将不希望的运动传递给陀螺仪250的可能性。

图2J示出了陀螺仪250的一部分的特写动画表示，提供滑道运动的另一个图示。具体地，图2I示出了梭子段205a在y方向上向下移动并且梭子段205e沿着正y方向向上移动的操作状态。可以看出，枢转连杆机构206a的最左侧部分和枢转连杆机构206e的最右侧部分逆时针枢转，使得滑动轨道252a在负x方向上线性地向左移动。枢转联动装置206a的最右侧部分和枢转联动装置206e的最左侧部分顺时针枢转，使得滑动通道254a在正x方向上向右线性移动。

在一些实施方案中，陀螺仪的耦合检测质量块的同一侧上的多个滑道可以耦合在一起。图2K图示了非限制性示例，示出了图2J的配置的变化。在图2K中，滑道252a和254a通过联接器或联接件260联接。联接器260可以定向为大致垂直于滑道252a和254a，并且可具有选定的长度以提供期望程度的柔性/刚性。在一些实施方案中，联接器260可以相对于x方向上的滑道的长度相对较短，但并不是所有的实施方式在这方面都受到限制。

虽然图2H-2K示出了多个滑道在耦合的检测质量块侧彼此相邻布置的示例，但是可以提供用于提供平衡滑道的其他配置。根据一些实施例，多个滑道在联接的检测质量块的一侧上线性排列。多滑道可能受到多方面的限制。图2L给出了一个例子。

图2L示出了作为滑道252a和254a的替代方案的具有多个线性设置的滑道的陀螺仪的局部视图。局部视图示出了先前描述的梭子段205a和205e的一部分，但为了简化说明，省略了梭子和检测质量块的其余部分。先前已经结合其他实施例描述了一些组件，因此这里不再详细描述。如图所示，该装置可以包括沿公共轴线(或线)P-P布置的多个线性布置滑道270a、270b和270c。另外，枢转联动件272a和272b被包括并联接到滑动件270a-270c的相对侧，枢转联动件206a和206e也如此。枢转联动件272a和272b可以是与枢转联动件206a和206e相同类型的枢转联动件，并且可以以与枢转联动件206a和206e联接到锚定件210相同的方式联接到锚定件274。锚定件274和210具有在一些实施方案中相同的构造，包括如之前关于锚定器210描述的枢轴。

滑道270a可以在一侧联接以通过联接器276a枢转联动装置272a，并且在另一侧通过联接器276b枢转联动装置206a。滑道270b可以在一侧联接以通过联接器276c枢转联动装置272a，并且在另一侧通过联接器276d枢转联动装置206a。滑道270b也可以在一侧联接以通过联接器276e枢转联动装置272b，并且在另一侧上通过联接器276f枢转联动装置206e。滑道270c可以在一侧联接以通过联接器276g枢转联动装置272b，并且在另一侧通过联接器276h枢转联动装置206e。联接器276a-276h可以是前面结合图2G图示和描述的类型，或者可以是任何其它合适类型的联接器，其响应于枢转连杆206a、206e、272a和272b的枢转而提供滑道270a-270c的线性运动。

在操作中，滑道270a和270c沿与滑道270b相反的方向移动。滑道270a和270c可具有与滑道270b基本相同的组合质量块，从而提供滑道的净线性动量为零的平衡配置，因此滑道不会使梭子和/或检测质块产生不希望的运动。因此，在一些实施例中，滑道270a和270c比滑道270b短。在一些这样的实施例中，滑道270a和270c的长度大约等于滑道270b的长度的一半。

应该理解的是，虽然图2L示出了陀螺仪的局部视图，但线性设置的滑道可以镜像在陀螺仪的梭子和检测质量块的相对侧上。也就是说，图2I中的滑道252b和254b可以用图2L那样的结构代替。

滑道270a-270c在感测操作模式下强制梭子段205a和205e的反对称运动，并防止对称运动。因此，实现图2L的滑道配置的陀螺仪(或其他MEMS装置)与陀螺仪缺少这种滑道相比可能表现出降低的加速度灵敏度。

图2M示出了图2L的配置的替代方案，其中滑道彼此直接连接。仅示出了图2L的部分结构，重点在于滑道270a和270b之间的连接。如图所示，这两个滑道可以通过联接器278在它们相邻的端部处连接在一起。联接器278被示出为在滑道270a和270b中的每一个的端部处包括T型连接，但是可选的联接配置是可能的。联接器278是挠性的，允许滑道270a和270b相对于彼此移动。类似地，滑道270b和270c可以以相同的方式直接彼此连接，尽管它们在图2M中未示出。

图2N表示图2M所示类型的结构的变形状态。在这个图中，来自图2L的更多的组件被重现比图2M中所示的更多。例如，梭子段205e、枢转连杆机构206e、滑道270c和枢转连杆机构272b被另外示出。滑道270b和270c通过联接器280在相邻的端部处直接联接在一起，联接器280可以与结合图2M描述的联接器278的类型相同。

在图2N中可以看出，当梭子段205a和205e以线性反相运动(这里，梭子段205a在图中线性向上移动而梭子段205e线性向下移动)移动时，滑道270a和270c在滑道270b(在该图中向左移动)中以相同的方向(在该示例中向右)线性地移动，并且在相反的方向上相互移动。联接器278和280可以弯曲，允许这种运动。

图2L、2M和2N的配置可以被说成是说明具有受约束的滑道的MEMS装置(例如陀螺仪)。滑道270a-270c沿其长度被约束在两个相对侧(检测质量块/梭子的近侧和远侧)。这与图2H的结构形成对比，其中滑道沿着其长度与单侧上的枢转联接件联接。

如上所述，在MEMS装置(例如MEMS陀螺仪)中使用两个或更多个检测质量块可具有某些优点。使用四个检测质量块可以通过机械取消共模信号来降低对振动校正(或g×g灵敏度)和线性加速度(或g灵敏度)的灵敏度。使用四个检测质量块还可以提供零动态不平衡，从而降低对封装模式的灵敏度，从而消除多个陀螺仪芯之间的串扰。使用四个检测质量块的几何对称性还可以允许陀螺仪在模式匹配操作中使用，这提高了信噪比(SNR)，同时允许陀螺仪在运行中自动校准(不中断其正常操作)。因此，可以提高比例因子和偏置稳定性，并且可以避免在实验室中使用摇床或比率表重新校准。为了实现这样的好处，四个质量块可以机械耦合以确保同步运动。此外，使用在此描述的类型的线性移动的联接器可以便于实施四个检测质量块的反相运动，同时抵制对振动敏感的不希望的平移运动(例如，以相位运动)。

因此，本申请的方面使用在此描述的类型的线性移动联接器将四个检测质量块联接在一起以形成同步质量块陀螺仪。由于陀螺仪操作既使用了谐振器模式(驱动模式)，也使用了Coriolis敏感模式(感应模式)，因此MEMS陀螺仪的构造挑战是保持两个自由度。本文所描述的同步质量块陀螺仪可以包括线性移动联接器，其在驱动模式、感测模式或两者中强制执行四个耦合的检测质量块的线性反相运动而不造成二者之间的干扰。此外，在至少一些实施例中，联接器布置成不提供净动量。

图3A以简化的形式示出了根据本申请的一个方面的MEMS装置，其具有被本文先前描述的类型的滑道耦合的四个检测质量块，其被配置为抵抗(或抑制)每个相邻对的对称运动的检测质量块，并允许或执行检测质量块的线性反相运动。MEMS装置300代表图1A的MEMS装置100的延伸，增加了两个检测质量块102c和102d，以及提供四个检测质量块的耦合的各种联接器。更具体地，MEMS装置300包括第一检测质量块102a和第二检测质量块102b、第三检测质量块102c、第四检测质量块102d、基板104、系统306a-306h、滑道108a、108b、108c、108d、122a、122b、122c和112d以及联接器114a、114b、114c和114d。系链306a-306h可以是与之前所述相同的类型系链106a-106f或任何其他合适的类型。联接器114a-114d可以与先前结合图1A所描述的联接器114相同，或者是任何其他合适的类型。滑道108a-108d和122a-122d可以是这里描述的滑道的任何类型。

滑道108a-108d和122a-122d可以强制平行于x和y方向的检测质量块102a-102d的线性反相运动。例如，滑道108a、108b、122a和122b可以强制平行于y方向的检测质量块102a-102d的线性反相运动。滑道108c、108d、122c和122可以强制平行于x方向的检测质量块102a-102d的线性反相运动。但是，检测质量块沿x方向和y方向的运动可能是相互分离的。

图3A示出在一些实施例中，具有包括四个检测质量块的检测质量块布置的陀螺仪可包括在该布置的相对侧上线性移动平衡滑道。如图所示，滑道可以沿箭头110a、110b、110c和110d所示的方向移动。动量平衡操作可以通过适当选择质量块来实现，使得各个质量块的组合力矩被抵消。例如，滑道108a、122a、108b和122b可以具有基本相等的质量块，并且可以布置成沿相反的方向平移(例如，与122a相对的122a和108b相对的108a)，使他们以相等和相反的动作移动，因此互相取消。然而，应当认识到，并非所有实施例在这方面都受到限制，因为根据可选实施例的MEMS陀螺仪可以具有通过在此描述的类型的滑道耦合的动态不平衡的四个质量块。例如，在一个实施例中，MEMS陀螺仪可以省略滑道122a-122d。

图3B-3E以框图形式示出根据非限制性实施例的图3A的检测质量块102a-102d的反相运动的不同状态。为了讨论的目的，假设MEMS装置300是具有驱动和感测模式的陀螺仪。图3B以框图形式示出根据非限制性实施例的在驱动操作模式中的检测质量块102a-102d的线性反相运动的第一状态。如图所示，检测质量块102a-102d的运动是相反的，因为四个质量块中的任何一个质量块的运动与两个直接相邻质量块的运动方向相反。在图示的非限制性示例中，检测质量块102a和102d沿负x方向线性移动，而检测质量块102b和102c沿正x方向线性移动。运动可能是同步的，其中一个检测质量块的运动可能导致其他运动。

图3C示出了驱动模式的反相运动的第二状态。在这种状态下，与图3B相比，检测质量块102a-102d具有相反的方向。检测质量块102a和102d沿x方向线性移动，而检测质量块102b和102c沿负x方向线性移动。

图3D图示了根据非限制性实施例的检测质量块102a-102d在感测模式下的反相运动的状态。在该非限制性例子中，检测质量块102a和102d在y方向上线性移动，而检测质量块102b和102c在负y方向上线性移动。同样，运动可能是同步的，因为其中一个检测质量块的运动可能导致其他运动。

图3E示出了感测模式的反相运动的第二状态。在这种状态下，检测质量块102a和102d在y方向上沿负y方向线性移动，而检测质量块102b和102c沿y方向移动。

尽管图3B-3E示出了检测质量块在上下和左右方向上的线性运动，但是应当理解的是，这种运动的任何组合可以由MEMS装置来实现。例如，除了其它可能性之外，检测质量块的运动可以沿着对角线方向(例如，相对于x轴和y轴成45度)。例如，驱动轴可以与x轴成45°，并且感应轴可以与x轴成135°。其他方向是可能的。而且，虽然图3B-3C被描述为与驱动操作模式相关，而图3D-3E被描述为感测模式，但是应当理解，驱动和感测方向可以颠倒。一般来说，应该理解的是，图3B-3E仅仅表示可由具有四个可移动的质量块的MEMS装置实现的线性反相运动的示例，并且运动的方向和驱动和感测模式的指定可以采取各种形式。

滑道108a-108d和122a-122d优先检测质量块102a-102d的反相运动，同时拒绝可由线性加速度和角加速度激励的寄生模式。具体地，滑道108a-108b和122a-122d优先在y方向上反向运动，而滑道108c-108d和122c-122d优先在x方向上反向运动。这样，MEMS装置300可以基本不敏感或不受线性加速度和角加速度的影响，从而提供MEMS装置作为陀螺仪的更精确的操作。滑道可以通过对MEMS装置的模式进行模式排序来强制执行线性反相运动，使得那些易受外力影响的模式的频率明显高于期望的操作模式。以这种方式，杂散模式可能被拒绝。

图4A-4B示出了根据非限制性实施例的两个变形状态下的四个检测质量块同步质量块陀螺仪的示例。图4A示出了MEMS陀螺仪400的检测质量块经历与x轴平行的线性反相运动的变形状态，而图4B示出了MEMS陀螺仪400的检测质量块经历与y轴平行的线性反相运动的变形状态。

同步质量块MEMS陀螺仪400包括耦合到各个梭子404的检测质量块402a-402d。为四个检测质量块中的每一个提供四个枢转连杆406。提供总共八个滑道，包括四个滑道408和四个滑道410。滑道408是前面结合滑道252a和252b描述的类型，并且滑道410是前面结合滑道254a和254b描述的类型。

在图4A中，同步质量块MEMS陀螺仪与平行于x轴的检测质量块402a-402d的线性反相运动相关联地变形。具体而言，检测质量块402a和402d从其平衡位置向负x方向移位，并且检测质量块402b和402c沿x方向移位。作为非限制性示例，该运动可以与MEMS陀螺仪的驱动操作模式相关联。在这种状态下，检测质量块排列的左侧和右侧的滑道408和410沿粗箭头所示的方向移动。具体而言，将检测质量块402a与402c以及检测质量块402b与402d连接的滑道408在负y方向上移位，并且将耦合这些检测质量块的滑道410在y方向上移位。在该操作状态下，耦合检测质量块402a与402b和检测质量块402c与402d的滑道408和410不移位。

在图4B中，同步质量块MEMS陀螺仪与平行于y轴的检测质量块402a-402d的线性反相运动相关联地变形。具体地，检测质量块402a和402d从其平衡位置沿y方向移位，并且检测质量块402b和204c沿负y方向移位。作为非限制性示例，该运动可以与MEMS陀螺仪的感测操作模式相关联。在这种状态下，将检测质量块402a与402b以及检测质量块402c与402d连接的滑道408和410沿粗箭头所示的方向移动。具体而言，滑道408沿x方向移位并且滑道410沿负x方向移位。在这种操作状态下，耦合检测质量块402a与402c和检测质量块402b与402d的滑道408和410不移动。

从图4A-4B可以看出，滑道408和410可以在x方向和y方向上强制执行检测质量块402a-402d的线性反相运动，检测质量块在这两个方向上的运动是解耦的。因此，提供了两个自由度，便于设备作为陀螺仪的精确操作。

尽管同步质量块MEMS陀螺仪400示出了前面结合图2H和2I描述的类型的滑道，但应该理解，可以使用在此描述的任何类型的滑道。例如，图2L和2M的受约束的滑道可代替滑道408和410而实现。因此，MEMS陀螺仪400的具体结构是同步质量块陀螺仪的非限制性示例。

图4C示出了同步质量块陀螺仪的可选配置。同步质量块陀螺仪420包括四个检测质量块402a-402d、系链212、枢转连杆406、滑道408和410、联接器260和梭子422。在该非限制性例子中，滑道408通过联接器260与相应滑道410耦合。联接器260是图2K中所示的类型，并且在前面结合该图进行了描述。它们可以相对较短，但是允许滑道408和410相对于彼此移动。在图4C中，每个滑道408通过三个联接器260耦合到相应的滑道410。然而，可以使用其它数量的联接器260，包括将滑道408耦合到对应的滑道410的单个联接器260。

在图4C的同步质量块陀螺仪420中，枢转连杆406直接连接到检测质量块，而不是通过梭子连接。这里，梭子422比图4A-4B的梭子404小，这可以为陀螺仪420提供更大的角增益。角增益是质量块对角旋转的响应与感测模式的总模态质量块的比值。

从前面应当理解，本申请的方面提供了同步质量块陀螺仪。同步质量块陀螺仪可以具有四个联接的检测质量块，该检测质量块构造成沿着横向方向线性地移动，并且多个位于检测质量块布置外围的滑道实施检测质量的线性反相运动块ES。滑道本身线性移动，并且可以以动量平衡方式这样做，使得它们具有基本为零的净动量。滑道可以使检测质量块平行于一个轴的运动与平行于第二轴的检测质量块的运动解耦。因此，驱动和感应模式可以保持彼此解耦，而两种模式都可以呈现线性反相运动。

如上所述，本申请的方面提供了MEMS装置，其包括由联接器耦合的多个可移动检测质量块，其将检测质量块限制为线性、反相运动，并且其中联接器自身线性移动。这些器件可能是谐振器、陀螺仪、或加速度计，以及其他可能的器件。各种系统可以使用这样的设备。因此，本申请的各个方面提供了具有本文所述类型的滑道的MEMS装置，其中所述装置被用于各种设置以检测旋转，包括运动、保健、军事和工业应用等。现在描述一些非限制性的例子。

采用本文所述类型的MEMS装置的系统可以包括耦合到设备的电源，配置成处理由设备产生的电信号以评估感兴趣的特性(诸如旋转)的处理电路(例如，感测电路)，和/或通信电路以无线方式或通过有线连接与外部设备进行通信。这样的组件可以被组合成单个外壳，从而提供集成产品。

这里描述的类型的MEMS装置可以用在各种设备，产品和设置中。这样的设置是在诸如汽车、船只和飞机的车辆中。图5示出了其中在汽车中采用本文描述的类型的MEMS装置的示例。在图5的示例中，汽车500包括耦合到有线或无线连接506的车载计算机504的控制单元502。控制单元502可以包括本文所述类型的MEMS传感器或MEMS装置，可选地连同电源、处理电路，用于通过连接506进行通信的接口电路或任何其它合适的组件。作为非限制性示例，控制单元502可以包括本文所述类型的MEMS陀螺仪。例如，MEMS陀螺仪可以感测汽车500的偏航。控制单元502可以包括附接到汽车500的合适部分的包装或壳体，MEMS装置位于其内部。控制单元502可以从车载计算机504接收功率和控制信号，并且可以将感测信号提供给车载计算机504。

其中可以使用在此描述的类型的MEMS装置的另一种设置是运动应用的传感器装置，例如网球、游泳、跑步、棒球或曲棍球等等。在一些实施方案中，本文所述类型的MEMS陀螺仪可以是可佩戴健身装置的一部分。在其他实施方案中，传感器可以是运动器材的一部分，例如作为网球拍、棒球棒或曲棍球棒的一部分。来自传感器的感测数据可以被用来评估用户的性能。

至此描述的各种实施例已经说明了陀螺仪相对于检测质量块的平面中的旋转的检测的操作。这种陀螺仪被称为偏航陀螺仪。然而，除了或作为检测偏航的替代之外，本文所述的滑道的使用可以应用于陀螺仪检测其他形式的旋转。例如，陀螺仪检测偏航和俯仰、滚转和俯仰、或者偏航、滚转和俯仰的全部三者都可以利用本文所述类型的滑道，将多个检测质量块耦合在一起，并根据检测质量块的反相运动进行线性平移。因此，应该理解的是，在此描述的与陀螺仪有关的那些实施例不限于所提供的陀螺仪的类型。

为此所描述的各种实施例提供了具有线性移动联接器的陀螺仪的两个或更多个检测质量块的MEMS陀螺仪。这种联接器也可以用于多质量块谐振器。因此，本申请的方面提供了具有通过线性移动联接器而耦合在一起的多个检测质量块的谐振器。

本申请的多个方面提供了展示各种有益特性的MEMS装置(例如陀螺仪、加速度计和谐振器)，其中至少一些已经被描述。应该理解的是，并非本申请的所有方面都必须提供每个益处，益处也不限于这里所描述的益处。现在描述一些例子。

根据本申请的方面，提供了多个MEMS装置，其具有低的加速度灵敏度(也可以被描述为加速度不敏感)。因此，陀螺仪可以表现出高度精确的旋转检测性能。本申请的一些方面提供了MEMS陀螺仪，其在驱动和感测模式下以反对称的方式操作。除了上述的这些益处之外，本申请的各方面还提供了对陀螺仪相对不敏感的MEMS陀螺仪。而且，与其他类型的联接器相比，包括滑道的这种装置的制造可以相对简单和精确。因此，即使存在与典型微制造技术相关的制造误差，也可以实现展示高度精确的同步、反相运动的高精度MEMS装置。

根据实施方案，提供同步质量块平衡的微机电系统(MEMS)陀螺仪，包括：基板；第一、第二、第三和第四检测质量块，悬挂在所述基板上方并耦合所述基板，并且每个都配置为平行于第一和第二轴线性平移；和用于强制所述四个检测质量块平行于所述第一轴线性反相运动的构件。

在一些实施方案中，同步质量块平衡的MEMS陀螺仪还包括：用于强制所述四个检测质量块平行于所述第二轴线性反相运动的构件。

在一些实施方案中，用于强制所述四个检测质量块平行于所述第一轴线性反相运动的构件和用于强制所述四个检测质量块平行于所述第二轴线性反相运动的构件包括：用于提供所述同步质量块平衡的MEMS陀螺仪的动量平衡操作的构件。

在一些实施方案中，同步质量块平衡的MEMS陀螺仪还包括：用于抑制四个检测质量块的正交的构件。

在一些实施方案中，同步质量块平衡的MEMS陀螺仪还包括：用于抑制四个检测质量块的正交的构件。

根据实施方案，提供多质量块平衡的微机电系统(MEMS)装置，包括：基板；第一检测质量块，通过第一系链耦合所述基板并被配置为线性移动；第二检测质量块，通过第二系链耦合所述基板并被配置为线性移动；和第一联接器，将所述第一和第二检测质量块耦合在一起，并配置为当所述第一检测质量块沿第一方向移动时线性移动，并且所述第二检测质量块沿与第一方向相反的第二方向移动。

在一些实施方案中，第一和第二检测质量块至少部分地限定检测质量块布置，其中第一联接器设置在所述检测质量块布置的第一侧上，并且其中多质量块平衡的MEMS装置还包括第二联接器，设置在与第一侧相对的检测质量块布置的第二侧上，并被配置为当第一和第二检测质量块显示线性反相运动时与第一个联接器相反地线性移动。

在一些实施方案中，多质量块平衡的MEMS装置还包括：第二联接器，将所述第一和第二检测质量块耦合在一起，并配置为当所述第一检测质量块沿第一方向移动并且所述第二检测质量块沿与所述第一方向相反的第二方向移动时，与所述第一联接器相反地线性移动。在一些实施方案中，第一和第二联接器耦合第一检测质量块的相同侧。

在一些实施方案中，第一和第二检测质量块至少部分地限定检测质量块布置，并且多质量块平衡的MEMS装置还包括在来自第一和第二联接器的检测质量块布置的相对侧上的第三和第四联接器，其中在第一检测质量块沿第一方向移动并且第二检测质量块沿与第一方向相反的第二方向移动时，第三联接器并配置为沿与第一联接器相同的方向线性移动，并且第四联接器并配置为沿与第二联接器相同的方向线性移动。

在一些实施方案中，第一和第二联接器相对于彼此线性排列。

在一些实施方案中，第一联接器接近第一和第二检测质量块，并且第二联接器远离第一和第二检测质量块。

在一些实施方案中，多质量块平衡的MEMS装置还包括：耦合在第一联接器和第一检测质量块之间的枢转连杆，其中第一联接器被配置为在枢转连杆枢转时线性移动。

在一些实施方案中，多质量块平衡的MEMS装置还包括：可移动梭，铰接耦合枢转连杆，并设置在枢转连杆和第一检测质量块之间。

根据实施方案，提供操作多质量块平衡的微机电系统(MEMS)装置的方法，包括：使第一检测质量块和第二检测质量块线性反相运动移动；以及在第一和第二检测质量块线性反相运动移动时，使耦合第一和第二检测质量块的第一联接器线性平移。

在一些实施方案中，第一和第二检测质量块至少部分地限定检测质量块布置，其中第一联接器设置在所述检测质量块布置的第一侧上，并且其中该方法还包括在第一和第二检测质量块线性反相运动移动时，使第二联接器沿与第一联接器相反的方向线性平移，第二联接器设置在与第一侧相反的检测质量块布置的第二侧上。

在一些实施方案中，操作多质量块平衡的MEMS装置的方法还包括在第一和第二检测质量块线性反相运动移动时，使耦合第一和第二检测质量块的第二联接器沿与第一联接器相反的方向线性平移。

在一些实施方案中，第一和第二检测质量块至少部分地限定检测质量块布置，并且其中多质量块平衡的MEMS装置还包括在来自第一和第二联接器的检测质量块布置的相对侧上的第三和第四联接器，并且其中该方法还包括在第一和第二检测质量块线性反相运动移动时，使第三联接器沿与第一联接器相同的方向线性平移，并且使第四联接器沿与第二联接器相同的方向线性平移。

在方法的一些实施方案中，使第一和第二联接器线性平移包括使第一和第二联接器沿着共同轴线性平移。

在操作多质量块平衡的MEMS装置的方法的一些实施方案中，使第一和第二联接器线性平移包括使第一联接器沿着接近第一和第二检测质量块的轴线性平移，并且使第二联接器沿着远离第一和第二检测质量块的轴线性平移。

在一些实施方案中，该方法还包括在第一联接器线性平移的同时，使枢转连杆在第一联接器和第一检测质量块之间枢转。

在一些实施方案中，该方法还包括使铰接耦合枢转连杆的梭线性平移，并设置在枢转连杆和第一检测质量块之间。

根据实施方案，提供多质量块平衡的微机电系统(MEMS)装置，包括：基板；第一检测质量块，通过第一系链耦合所述基板并被配置为线性移动；第二检测质量块，通过第二系链耦合所述基板并被配置为线性移动；和用于抑制第一和第二检测质量块的线性反相运动的构件。

在一些实施方案中，抑制第一和第二检测质量块的线性反相运动的构件约束第一和第二检测质量块线性反相运动。

在一些实施方案中，抑制第一和第二检测质量块的线性反相运动的构件包括抑制第一和第二检测质量块的旋转的构件。

在一些实施方案中，多质量块平衡的MEMS装置还包括抑制正交的构件、抑制耦合抑制第一和第二检测质量块的线性反相运动的构件的正交的构件。

在一些实施方案中，术语“大约”可以用于表示在目标值的±20％以内，在一些实施方案中，可以用于表示在目标值的±10％以内；在一些实施方案中，可以用于表示在目标值的±5％以内；在一些实施方案中，可以用于表示在目标值的±2％以内。术语“大约”可以包括目标值。

Claims (15)

1.同步质量块微机电系统(MEMS)装置，包括：

基板；

第一检测质量块，通过第一系链耦合所述基板并被配置为平行于第一横向轴和第二横向轴中的每一个线性移动；

第二检测质量块，通过第二系链耦合所述基板并被配置为平行于第一横向轴和第二横向轴中的每一个线性移动；

第三检测质量块，通过第三系链耦合所述基板并被配置为平行于第一横向轴和第二横向轴中的每一个线性移动；

第四检测质量块，通过第四系链耦合所述基板并被配置为平行于第一横向轴和第二横向轴中的每一个线性移动；和

第一联接器，将所述第一和第二检测质量块耦合在一起，并配置为当所述第一检测质量块沿平行于第二轴的第一方向移动时平行于所述第一轴线性移动，并且所述第二检测质量块沿与平行于所述第二轴的第一方向相反的第二方向移动。

2.权利要求1所述的MEMS装置，还包括：第二联接器，将所述第三和第四检测质量块耦合在一起，并配置为当所述第三检测质量块沿平行于第二轴的第二方向移动时平行于第一轴线性移动，并且所述第四检测质量块沿平行于所述第二轴的第一方向移动。

3.权利要求2所述的MEMS装置，其中所述第一联接器和所述第二联接器被配置为以彼此相反的方向线性移动。

4.权利要求2所述的MEMS装置，其中所述第一和第二联接器被配置为沿彼此相同的方向线性移动。

5.权利要求2所述的MEMS装置，还包括将所述第一检测质量块和第三检测质量块耦合在一起的第三联接器、和将所述第二检测质量块和第四检测质量块耦合在一起的第四连接器，其中所述第三和第四联接器并配置为当四个检测质量块以与所述第一轴平行的反相运动线性移动时，平行于所述第二轴线性移动。

6.权利要求2所述的MEMS装置，还包括耦合所述第一和第二检测质量块的第三联接器，其中所述第一和第三联接器相对于彼此线性排列。

7.权利要求1所述的MEMS装置，其中所述MEMS装置包括多个包括第一联接器的联接器，并且其中所述多个联接器被组合配置为强制与第一和第二轴平行的四个检测质量块的线性反相运动，并且其中所述多个联接器的联接器被配置为当四个检测质量块呈现反相运动时线性移动。

8.权利要求7所述的MEMS装置，其中所述多个联接器的联接器具有质量块，被联合选择为使得在线性平移时它们提供基本为零的净动量。

9.一种操作具有耦合在一起的四个检测质量块的同步质量块微机电系统(MEMS)装置的方法，所述方法包括：

使四个检测质量块平行于第一轴进行线性反相运动；

当所述四个检测质量块平行于所述第一轴线性反相运动移动时，使耦合所述四个检测质量块的第一和第二检测质量块的第一联接器线性平移；和

当所述四个检测质量块平行于所述第一轴线性反相运动移动时，使耦合所述四个检测质量块的第三和第四检测质量块的第二联接器线性平移。

10.权利要求9所述的方法，其中线性平移第一联接器和线性平移第二联接器包括使所述第一和第二联接器平行于横向所述第一轴的第二轴线性平移。

11.权利要求9所述的方法，其中线性平移第一联接器和线性平移第二联接器包括使所述第一和第二联接器以彼此相反的方向线性平移。

12.权利要求9所述的方法，还包括平行于横向所述第一轴的第二轴以线性反相运动移动所述四个检测质量块，当所述四个检测质量块平行于第二轴线性反相运动移动时，使用所述第一检测质量块线性平移耦合所述四个检测质量块的第三检测质量块的第三联接器，并且当所述四个检测质量块平行于第二轴线性反相运动移动时，使用所述第二检测质量块线性平移耦合所述四个检测质量块的第四检测质量块的第四联接器。

13.权利要求9所述的方法，还包括在动量平衡操作中线性平移包括第一和第二联接器的多个联接器。

14.权利要求9所述的方法，其中平行于第一轴以线性反相运动移动四个检测质量块包括驱动所述四个检测质量块，其中该方法还包括通过平行于横向第一轴的第二轴以线性反相运动移动所述四个检测质量块来感测同步质量块MEMS装置的旋转，并且其中该方法还包括使用多个线性平移联接器强制所述四个检测质量块沿着第一和第二轴线性反相运动。

15.权利要求9所述的方法，还包括：沿与所述第一联接器平移相反的方向线性平移耦合所述第一和第二检测质量块的第三联接器。