CN110617809A - 具有同相驱动和感测运动抑制的mems角速度传感器 - Google Patents

Abstract

一种MEMS装置包括与基板的表面间隔开的第一感测质量块、第二感测质量块、第三感测质量块和第四感测质量块。第一驱动联接器将第一感测质量块与第一致动器互连，第二驱动联接器将第二感测质量块与第二致动器互连，第三驱动联接器将第三感测质量块与第三致动器互连，第四驱动联接器将第四感测质量块与第四致动器互连。驱动联接器中的每一个包括：扭转杆，具有被对齐为平行于相邻感测质量块的外侧壁的长度；第一联接连杆和第二联接连杆，第一联接连杆和第二联接连杆联接到扭转杆的相对的第一端部和第二端部。第一联接连杆和第二联接连杆将第一、第二、第三和第四感测质量块中的相邻感测质量块与第一、第二、第三和第四致动器中的对应致动器联接。

Description

具有同相驱动和感测运动抑制的MEMS角速度传感器

技术领域

本发明总体上涉及微机电系统(MEMS)装置。更具体地说，本发明涉及一种具有被配置成感测绕平面内轴线的旋转的多个感测质量块的MEMS角速度传感器装置。

背景技术

角速度传感器(也被称为陀螺仪)感测绕一条或多条轴线的角速度(angularspeed、rate或velocity)(也被称为旋转角速度)。通常，角速度传感器是使用微机电系统(MEMS)技术制造的MEMS装置，所述MEMS技术提供了使用常规批量半导体加工技术制作非常小的机械结构并将这些结构与电子装置集成在单个基板上的方式。MEMS角速度传感器广泛用于如汽车、惯性引导系统、游戏系统、智能电话、相机等应用中。

一些现有技术MEMS角速度传感器利用悬挂在基板上方的多个振动结构或质量块。这种MEMS角速度传感器在本领域中通常被称为振动结构陀螺仪或科里奥利(Coriolis)振动陀螺仪。一种类型的振动结构角速度传感器是具有多个质量块(本文中也被称为科里奥利质量块)的“音叉(tuning fork)”角速度传感器。在操作中，科里奥利质量块中充当驱动质量块的至少一些科里奥利质量块被驱动成在相反方向上(本文中也被称为反相)谐振。响应于绕输入轴线的外部角度刺激，科里奥利质量块中充当感测质量块的至少一些科里奥利质量块通过利用科里奥利加速度分量(在本领域中也被称为科里奥利效应)以相反相位移动。即，感测质量块响应于科里奥利效应而进行的反相移动的幅度与角速度传感器绕输入轴线的旋转角速度成比例。

角速度传感器的缺点在于其易受科里奥利质量块响应于由于如冲击、振动、乱真或寄生加速度等外部刺激引起的线性和/或角加速度而出现的共模激励的影响。共模激励(在本文中也被称为同相运动)是作为驱动质量块、感测质量块或两者操作的科里奥利质量块在相同的方向上、以相同的幅度并且以与角速度传感器的操作频率(即，差模频率)一样低或比所述操作频率更低的频率(即，共模频率)移动的状况。共模激励可能导致角速度传感器不准确或完全失效。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种微机电系统(MEMS)装置，包括：

基板，所述基板具有平面表面；

第一感测质量块、第二感测质量块、第三感测质量块和第四感测质量块，这些感测质量块与所述基板的所述平面表面间隔开；

第一致动器、第二致动器、第三致动器和第四致动器；

第一驱动联接器，所述第一驱动联接器将所述第一感测质量块和所述第一致动器互连；

第二驱动联接器，所述第二驱动联接器将所述第二感测质量块和所述第二致动器互连；

第三驱动联接器，所述第三驱动联接器将所述第三感测质量块和所述第三致动器互连；以及

第四驱动联接器，所述第四驱动联接器将所述第四感测质量块和所述第四致动器互连，其中所述第一驱动联接器、所述第二驱动联接器、所述第三驱动联接器和所述第四驱动联接器中的每一个包括：

扭转杆，所述扭转杆具有被对齐为平行于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块的外侧壁的长度；

第一联接连杆，所述第一联接连杆联接到所述扭转杆的第一端部；以及

第二联接连杆，所述第二联接连杆联接到所述扭转杆的第二端部，所述第一联接连杆和所述第二联接连杆将所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块与所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的对应致动器联接。

在一个或多个实施例中，所述第一感测质量块和所述第四感测质量块被配置成在平行于第一轴线的第一驱动方向上通过所述第一致动器和所述第四致动器被驱动，所述第一轴线被朝向为平行于所述平面表面；

所述第二感测质量块和所述第三感测质量块被配置成在与所述第一驱动方向相反的第二驱动方向上通过所述第二致动器和所述第三致动器平行于所述第一轴线被驱动；

所述MEMS装置对绕第二轴线的角速度敏感，所述第二轴线被朝向为平行于所述基板的所述平面表面并且垂直于所述第一轴线；

所述第一感测质量块和所述第四感测质量块被配置成响应于所述MEMS装置绕所述第二轴线的所述角速度而在平行于第三轴线的第一感测方向上移动，所述第三轴线被朝向为垂直于所述基板的所述平面表面；并且

所述第二感测质量块和所述第三感测质量块被配置成响应于所述MEMS装置绕所述第二轴线的所述角速度而在平行于所述第三轴线的第二感测方向上移动，所述第二感测方向上与所述第一感测方向相反。

在一个或多个实施例中，所述扭转杆的所述长度至少相当于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的所述对应感测质量块的所述外侧壁的边缘长度。

在一个或多个实施例中，所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块被配置成平行于第一轴线被驱动，所述第一轴线被朝向为平行于所述平面表面，所述MEMS装置对绕第二轴线的角速度敏感，所述第二轴线被朝向为平行于所述基板的所述平面表面并且垂直于所述第一轴线，并且所述扭转杆被朝向为平行于所述第二轴线。

在一个或多个实施例中，所述MEMS装置进一步包括第一悬挂结构、第二悬挂结构、第三悬挂结构和第四悬挂结构，这些悬挂结构被配置成以与所述基板的所述平面表面成间隔开的关系悬挂所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器，所述第一悬挂结构、所述第二悬挂结构、所述第三悬挂结构和所述第四悬架结构中的每一个包括：

第一锚固件，所述第一锚固件联接到所述基板的所述平面表面；

第二锚固件，所述第二锚固件联接到所述基板的所述平面表面，所述第一锚固件和所述第二锚固件定位在所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的对应致动器的相对的第一纵向边缘和第二纵向边缘附近；

第一弹簧结构，所述第一弹簧结构互连于所述第一锚固件与所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的所述对应致动器的所述第一纵向边缘之间；以及

第二弹簧结构，所述第二弹簧结构互连于所述第二锚固件与所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的所述对应致动器的所述第二纵向边缘之间。

在一个或多个实施例中，所述MEMS装置进一步包括：

第一驱动模式连杆；

第二驱动模式连杆，所述第一驱动模式连杆和所述第二驱动模式连杆定位于所述第一感测质量块与所述第三感测质量块之间并且将所述第一感测质量块互连到所述第三感测质量块；

第三驱动模式连杆；以及

第四驱动模式连杆，所述第三驱动模式连杆和所述第四驱动模式连杆定位于所述第二感测质量块与所述第四感测质量块之间并且将所述第二感测质量块互连到所述第四感测质量块。

在一个或多个实施例中，所述第一感测质量块具有第一侧壁，所述第一侧壁面向所述第三感测质量块的第三侧壁；

所述第二感测质量块具有第二侧壁，所述第二侧壁面向所述第四感测质量块的第四侧壁；

所述第一驱动模式连杆包括：第一锚固件，所述第一锚固件联接到所述基板的所述平面表面；第一杆结构，所述第一杆结构具有通过第一弹簧梁联接到所述第一锚固件的中间区域；第二弹簧梁，所述第二弹簧梁联接于所述第一杆结构的端部与所述第一感测质量块的所述第一侧壁之间；以及第三弹簧梁，所述第三弹簧梁联接于所述第一杆结构的相对端部与所述第三感测质量块的所述第三侧壁之间；

所述第二驱动模式连杆包括：第二锚固件，所述第二锚固件联接到所述基板的所述平面表面；第二杆结构，所述第二杆结构具有通过第四弹簧梁联接到所述第二锚固件的中间区域；第五弹簧梁，所述第五弹簧梁联接于所述第二杆结构的端部与所述第一感测质量块的所述第一侧壁之间；以及第六弹簧梁，所述第六弹簧梁联接于所述第二杆结构的相对端部与所述第三感测质量块的所述第三侧壁之间；

所述第三驱动模式连杆包括：第三锚固件，所述第三锚固件联接到所述基板的所述平面表面；第三杆结构，所述第三杆结构具有通过第七弹簧梁联接到所述第三锚固件的中间区域；第八弹簧梁，所述第八弹簧梁联接于所述第三杆结构的端部与所述第二感测质量块的所述第二侧壁之间；以及第九弹簧梁，所述第九弹簧梁联接于所述第三杆结构的相对端部与所述第四感测质量块的所述第四侧壁之间；并且

所述第四驱动模式连杆包括：第四锚固件，所述第四锚固件联接到所述基板的所述平面表面；第四杆结构，所述第四杆结构具有通过第十弹簧梁联接到所述第四锚固件的中间区域；第十一弹簧梁，所述第十一弹簧梁联接于所述第四杆结构的端部与所述第二感测质量块的所述第二侧壁之间；以及第十二弹簧梁，所述第十二弹簧梁联接于所述第四杆结构的相对端部与所述第四感测质量块的所述第四侧壁之间，其中所述第一杆结构、所述第二杆结构、所述第三杆结构和所述第四杆结构中的每一个具有与所述第一侧壁、所述第二侧壁、所述第三侧壁和所述第四侧壁中的对应侧壁对齐的长度。

在一个或多个实施例中，所述MEMS装置进一步包括：

第一感测模式连杆，所述第一感测模式连杆定位于所述第一感测质量块与所述第三感测质量块之间并且将所述第一感测质量块互连到所述第三感测质量块；以及

第二感测模式连杆，所述第二感测模式连杆定位于所述第二感测质量块与所述第四感测质量块之间并且将所述第二感测质量块互连到所述第四感测质量块。

在一个或多个实施例中，所述第一感测模式连杆定位于所述第一驱动模式连杆与所述第二驱动模式连杆之间；并且

所述第二感测模式连杆定位于所述第三驱动模式连杆与所述第四驱动模式连杆之间。

在一个或多个实施例中，所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块被配置成平行于第一轴线被驱动，所述第一轴线被朝向为平行于所述平面表面；

所述第一感测模式连杆包括：第一锚固件，所述第一锚固件联接到所述基板的所述平面表面；第一梁结构，所述第一梁结构具有与所述第一轴线对齐的长度并且具有通过第一挠曲件联接到所述第一锚固件的中间区域；第二挠曲件，所述第二挠曲件联接于所述第一梁结构的端部与所述第一感测质量块的所述第一侧壁之间；以及第三挠曲件，所述第三挠曲件联接于所述第一梁结构的相对端部与所述第三感测质量块的所述第三侧壁之间；并且

所述第二感测模式连杆包括：第二锚固件，所述第二锚固件联接到所述基板的所述平面表面；第二梁结构，所述第二梁结构具有与所述第一轴线对齐的长度并且具有通过第四挠曲件联接到所述第二锚固件的中间区域；第五挠曲件，所述第五挠曲件联接于所述第二梁结构的端部与所述第二感测质量块的所述第二侧壁之间；以及第六挠曲件，所述第六挠曲件联接于所述第二梁结构的相对端部与所述第四感测质量块的所述第四侧壁之间。

在一个或多个实施例中，所述MEMS装置对绕第二轴线的角速度敏感，所述第二轴线平行于所述基板的所述平面表面并且垂直于所述第一轴线；

所述第一感测质量块和所述第四感测质量块被配置成响应于绕所述第二轴线的所述角速度而在平行于第三轴线的第一感测方向上移动，所述第三轴线被朝向为垂直于所述基板的所述平面表面；

所述第二感测质量块和所述第三感测质量块被配置成响应于绕所述第二轴线的所述角速度而在与所述第一感测方向相反的平行于所述第三轴线的第二感测方向上移动，使得第一感测质量块和第三感测质量块相对于彼此经历反相感测运动并且第二感测质量块和第四感测质量块相对于彼此经历反相感测运动；并且

所述第一感测模式连杆和所述第二感测模式连杆被配置成响应于所述反相感测运动而绕与所述第二轴线对齐的旋转轴线旋转。

在一个或多个实施例中，所述第一感测质量块具有第一侧壁，所述第一侧壁最靠近所述第二感测质量块；

所述第二感测质量块具有第二侧壁，所述第二侧壁最靠近所述第一感测质量块；

所述第三感测质量块具有第三侧壁，所述第三侧壁最靠近所述第四感测质量块；

所述第四感测质量块具有第四侧壁，所述第四侧壁最靠近所述第三感测质量块；并且

角速度传感器进一步包括：

第一枢轴结构，所述第一枢轴结构包括第一枢轴连杆和第一枢轴锚固件，所述第一枢轴连杆具有联接到所述第一感测质量块的所述第一侧壁的第一端部并且具有联接到所述第二感测质量块的所述第二侧壁的第二端部，其中所述第一枢轴锚固件定位于所述第一侧壁与所述第二侧壁之间，联接到所述基板的所述平面表面并且联接到所述第一枢轴连杆的中点；

第二枢轴结构，所述第二枢轴结构包括第二枢轴连杆和第二枢轴锚固件，所述第二枢轴连杆具有联接到所述第三感测质量块的所述第三侧壁的第三端部并且具有联接到所述第四感测质量块的所述第四侧壁的第四端部，其中所述第二枢轴锚固件定位于所述第三侧壁与所述第四侧壁之间，联接到所述基板的所述平面表面并且联接到所述第二枢轴连杆的中点。

在一个或多个实施例中，所述第一感测质量块和所述第四感测质量块被配置成在平行于第一轴线的第一驱动方向上通过所述第一致动器和所述第四致动器被驱动，所述第一轴线被朝向为平行于所述平面表面；

所述第二感测质量块和所述第三感测质量块被配置成在与所述第一驱动方向相反的第二驱动方向上通过所述第二致动器和所述第三致动器平行于所述第一轴线被驱动，使得所述第一感测质量块和所述第二感测质量块相对于彼此经历反相驱动运动并且所述第三感测质量块和所述第四感测质量块相对于彼此经历反相驱动运动；

所述MEMS装置对绕第二轴线的角速度敏感，所述第二轴线被朝向为平行于所述基板的所述平面表面并且垂直于所述第一轴线；

所述第一感测质量块和所述第四感测质量块被配置成响应于所述MEMS装置绕所述第二轴线的角速度而在平行于第三轴线的第一感测方向上移动，所述第三轴线被朝向为垂直于所述基板的所述平面表面；

所述第二感测质量块和所述第三感测质量块被配置成响应于所述MEMS装置绕所述第二轴线的所述角速度而在与所述第一感测方向相反的平行于所述第三轴线的第二感测方向上移动，使得所述第一感测质量块和所述第二感测质量块相对于彼此经历反相感测运动并且所述第三感测质量块和所述第四感测质量块相对于彼此经历反相感测运动；

所述第一杆结构被配置成沿所述第一轴线并沿所述第三轴线绕所述第一枢轴锚固件挠性移动，其中所述第一杆结构的相对端部被配置成沿所述第一轴线在相反方向上移动，并且所述第一杆结构的所述相对端部被配置成沿所述第三轴线在相反方向上移动；并且

所述第二杆结构被配置成沿所述第一轴线并沿所述第三轴线绕所述第二枢轴锚固件挠性移动，其中所述第二杆结构的相对端部被配置成沿所述第一轴线在相反方向上移动，并且所述第二杆结构的所述相对端部被配置成沿所述第三轴线在相反方向上移动。

根据本发明的第二方面，提供一种微机电系统(MEMS)装置，包括：

基板，所述基板具有平面表面；

第一感测质量块、第二感测质量块、第三感测质量块和第四感测质量块，这些感测质量块与所述基板的所述平面表面间隔开；

第一致动器、第二致动器、第三致动器和第四致动器；

第一驱动联接器，所述第一驱动联接器将所述第一感测质量块和所述第一致动器互连；

第二驱动联接器，所述第二驱动联接器将所述第二感测质量块和所述第二致动器互连；

第三驱动联接器，所述第三驱动联接器将所述第三感测质量块和所述第三致动器互连；以及

第四驱动联接器，所述第四驱动联接器将所述第四感测质量块和所述第四致动器互连，其中所述第一驱动联接器、所述第二驱动联接器、所述第三驱动联接器和所述第四驱动联接器中的每一个包括：

扭转杆，所述扭转杆具有被对齐为平行于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块的外侧壁的长度，所述扭转杆的所述长度至少相当于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的所述对应感测质量块的所述外侧壁的边缘长度；

第一联接连杆，所述第一联接连杆联接到所述扭转杆的第一端部；以及

第二联接连杆，所述第二联接连杆联接到所述扭转杆的第二端部，所述第一联接连杆和所述第二联接连杆将所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块与所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的对应致动器联接，并且其中

所述第一感测质量块和所述第四感测质量块被配置成在平行于第一轴线的第一驱动方向上通过所述第一致动器和所述第四致动器被驱动，所述第一轴线被朝向为平行于所述平面表面；

所述第二感测质量块和所述第三感测质量块被配置成在与所述第一驱动方向相反的第二驱动方向上通过所述第二致动器和所述第三致动器平行于所述第一轴线被驱动，使得所述第二感测质量块和所述第三感测质量块相对于所述第一感测质量块和所述第四感测质量块经历反相驱动运动；

所述MEMS装置对绕第二轴线的角速度敏感，所述第二轴线平行于所述基板的所述平面表面并且垂直于所述第一轴线；

所述第一感测质量块和所述第四感测质量块被配置成响应于角速度传感器绕所述第二轴线的所述角速度而在平行于第三轴线的第一感测方向上移动，所述第三轴线被朝向为垂直于所述基板的所述平面表面；并且

所述第二感测质量块和所述第三感测质量块被配置成响应于所述角速度传感器绕所述第二轴线的所述角速度而在与所述第一感测方向相反的平行于所述第三轴线的第二感测方向上移动，使得所述第二感测质量块和所述第三感测质量块相对于所述第一感测质量块和所述第四感测质量块经历反相感测运动。

在一个或多个实施例中，所述扭转杆被朝向为平行于所述第二轴线。

在一个或多个实施例中，所述MEMS装置进一步包括：

第一驱动模式连杆；

第二驱动模式连杆，所述第一驱动模式连杆和所述第二驱动模式连杆定位于所述第一感测质量块与所述第三感测质量块之间并且将所述第一感测质量块互连到所述第三感测质量块；

第三驱动模式连杆；以及

第四驱动模式连杆，所述第三驱动模式连杆和所述第四驱动模式连杆定位于所述第二感测质量块与所述第四感测质量块之间并且将所述第二感测质量块互连到所述第四感测质量块。

在一个或多个实施例中，所述MEMS装置进一步包括：

第一感测模式连杆，所述第一感测模式连杆定位于所述第一感测质量块与所述第三感测质量块之间并且将所述第一感测质量块互连到所述第三感测质量块，所述第一感测模式连杆定位于所述第一驱动模式连杆与所述第二驱动模式连杆之间；以及

第二感测模式连杆，所述第二感测模式连杆定位于所述第二感测质量块与所述第四感测质量块之间并且将所述第二感测质量块互连到所述第四感测质量块，所述第二感测模式连杆定位于所述第三驱动模式连杆与所述第四驱动模式连杆之间。

在一个或多个实施例中，所述第一感测质量块具有第一侧壁，所述第一侧壁最靠近所述第二感测质量块；

所述第二感测质量块具有第二侧壁，所述第二侧壁最靠近所述第一感测质量块；

所述第三感测质量块具有第三侧壁，所述第三侧壁最靠近所述第四感测质量块；

所述第四感测质量块具有第四侧壁，所述第四侧壁最靠近所述第三感测质量块；并且

所述角速度传感器进一步包括：

第一枢轴结构，所述第一枢轴结构包括第一枢轴连杆和第一枢轴锚固件，所述第一枢轴连杆具有联接到所述第一感测质量块的所述第一侧壁的第一端部并且具有联接到所述第二感测质量块的所述第二侧壁的第二端部，其中所述第一枢轴锚固件定位于所述第一侧壁与所述第二侧壁之间，联接到所述基板的所述平面表面并且联接到所述第一枢轴连杆的中点；

第二枢轴结构，所述第二枢轴结构包括第二枢轴连杆和第二枢轴锚固件，所述第二枢轴连杆具有联接到所述第三感测质量块的所述第三侧壁的第三端部并且具有联接到所述第四感测质量块的所述第四侧壁的第四端部，其中所述第二枢轴锚固件定位于所述第三侧壁与所述第四侧壁之间，联接到所述基板的所述平面表面并且联接到所述第二枢轴连杆的中点。

根据本发明的第三方面，提供一种用于操作微机电系统(MEMS)角速度传感器装置的方法，所述MEMS角速度传感器装置包括具有平面表面的基板、第一感测质量块、第二感测质量块、第三感测质量块、第四感测质量块、第一致动器、第二致动器、第三致动器以及第四致动器，所述方法包括：

在平行于第一轴线的第一驱动方向上通过所述第一致动器和所述第四致动器驱动所述第一感测质量块和所述第四感测质量块，所述第一轴线被朝向为平行于所述平面表面；以及

在与所述第一驱动方向相反的第二驱动方向上通过所述第二致动器和所述第三致动器平行于所述第一轴线驱动所述第二感测质量块和所述第三感测质量块，使得所述第二感测质量块和所述第三感测质量块相对于所述第一感测质量块和所述第四感测质量块经历反相驱动运动；

其中第一驱动联接器将所述第一感测质量块和所述第一致动器互连，第二驱动联接器将所述第二感测质量块和所述第二致动器互连，第三驱动联接器将所述第三感测质量块和所述第三致动器互连，并且第四驱动联接器将所述第四感测质量块和所述第四致动器互连；并且

其中所述第一驱动联接器、所述第二驱动联接器、所述第三驱动联接器和所述第四驱动联接器中的每一个包括：扭转杆，所述扭转杆具有被对齐为平行于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块的外侧壁的长度；第一联接连杆，所述第一联接连杆联接到所述扭转杆的第一端部；以及第二联接连杆，所述第二联接连杆联接到所述扭转杆的第二端部，所述第一联接连杆和所述第二联接连杆将所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块与所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的对应致动器联接。

在一个或多个实施例中，所述MEMS角速度传感器装置对绕第二轴线的角速度敏感，所述第二轴线平行于所述基板的所述平面表面并且垂直于所述第一轴线，并且所述方法另外包括：

检测所述第一感测质量块和所述第四感测质量块响应于所述角速度而在平行于第三轴线的第一感测方向上进行的偏转，所述第三轴线垂直于所述基板的所述平面表面；

检测所述第二感测质量块和所述第三感测质量块在平行于所述第一感测方向的第二感测方向上进行的偏转；以及

响应于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块平行于所述第三轴线进行的偏转而生成第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号和第四输出信号。

本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。

附图说明

附图用于进一步说明各个实施例并且用于解释全部根据本发明的各种原理和优点，在附图中的单独视图中，相似的附图标记指代相同或功能上类似的元件，附图不一定按比例绘制，并且附图连同以下详细说明并入本说明书并形成本说明书的一部分。

图1示出了根据一些实施例的微机电系统(MEMS)装置的俯视图；

图2示出了可以在图1的MEMS装置内实施的悬挂结构的俯视图；

图3示出了悬挂结构的俯视图，展示了悬挂结构的反相驱动运动；

图4示出了可以并入图1的MEMS装置内的驱动联接器的俯视图；

图5示出了驱动联接器的俯视图，展示了实现图1的MEMS装置的感测质量块的反相感测运动的扭转运动；

图6示出了可以并入图1的MEMS装置内的驱动模式连杆的俯视图；

图7示出了响应于施加于图1的MEMS装置的一对感测质量块上的外力而枢转的驱动模式连杆的俯视图；

图8示出了响应于施加于图1的MEMS装置的一对感测质量块上的力而枢转的驱动模式连杆的俯视图；

图9示出了可以并入图1的MEMS装置内的感测模式连杆的俯视图；

图10示出了响应于施加于图1的MEMS装置的一对感测质量块上的力的感测模式连杆的俯视图；

图11示出了可以并入图1的MEMS装置内的枢轴结构的俯视图；

图12示出了响应于施加于图1的MEMS装置的一对感测质量块上的力而枢转的枢轴结构的俯视图；

图13示出了响应于施加于图1的MEMS装置的一对感测质量块上的力而枢转的枢轴结构的俯视图；

图14示出了图1的MEMS装置中经历反相驱动运动的感测质量块的俯视图；

图15示出了感测质量块的沿图14的剖面线A-A的横截面侧视图；并且

图16示出了经历反相感测运动的感测质量块的沿图14的剖面线A-A的横截面侧视图；并且

图17示出了感测质量块的沿图14的剖面线B-B的横截面侧视图。

具体实施方式

总的来说，本公开涉及微机电系统(MEMS)装置和操作方法。更具体地说，MEMS角速度传感器装置包括被配置成感测相对于基板绕平面内轴线的角速度的四感测质量块架构。另外，所述四个感测质量块被配置成相对于基板在平面内被驱动，其中感测质量块的感测运动处于垂直的平面外方向。仍另外地，提供了用于将每个驱动致动器与其对应的感测质量块紧密联接以实现平面内驱动运动同时将平面内驱动运动与平面外感测运动隔离的结构。这些结构可以提高MEMS角速度传感器装置的感测效率，其中所述结构使感测质量块保持处于与下面的电极基本上平行的朝向。另外，提供了用于机械地约束或抑制感测质量块的同相(即，共模)驱动和感测运动以提高准确度和鲁棒性的结构。

本公开被提供用于以使能方式进一步解释在应用时制作和使用根据本发明的实施例的最佳方式。本公开被另外提供用于增强对本公开的发明性原理和优点的理解和认识，而不是以任何方式对本发明进行限制。本发明仅由所附权利要求限定，包括在本申请未决期间做出的任何修改以及如所公布的那些权利要求的所有等效物。

应当理解，对如第一和第二、顶部和底部等关系术语(如果有的话)的使用仅用于将实体或动作彼此区分，而不一定需要或暗示这种实体或动作之间的任何这种实际关系或顺序。此外，可以使用各种阴影和/或影线来示出附图中的一些，以便区分在各个结构层内产生的不同元件。可以利用当前和即将到来的沉积、图案化、蚀刻等的微加工技术来产生结构层内的这些不同元件。因此，尽管在图示中利用了不同的阴影和/或影线，但是结构层内的不同元件可以由相同的材料形成。

参照图1，图1示出了根据一些实施例的微机电系统(MEMS)装置20的俯视图。在示例实施例中，MEMS装置20是被配置成感测绕本文中被称为输入轴线的旋转轴线的角速度的MEMS角速度传感器(可替换的是，被称为陀螺仪)。因此，可替换的是，MEMS装置20在本文中可以被称为角速度传感器20。在图1的俯视图图示中，表示了三维坐标系，在所述三维坐标系中，X轴22在页面上被定向成向右和向左，Y轴24在页面上被定向成向上和向下，并且Z轴26被定向成进入和离开页面。X轴22和Y轴24一起限定X-Y平面28。在此配置中，角速度传感器20的旋转轴线(即，输入轴线)是Y轴24。因此，Y轴24在本文中被称为输入轴线24。如下文将更详细讨论的，X轴22是驱动轴线，并且Z轴26是感测轴线。因此，X轴22在本文中被称为驱动轴线22，并且Z轴26在本文中被称为感测轴线26。

角速度传感器20包括具有被朝向为基本上平行于X-Y平面28的平面表面32的基板30。第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40分别以与基板30的平面表面32成间隔开的关系被悬挂。类似地，第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48分别以与基板30的平面表面32成间隔开的关系被悬挂。第一驱动联接器50将第一感测质量块34与第一致动器42互连，第二驱动联接器52将第二感测质量块36与第二致动器44互连，第三驱动联接器54将第三感测质量块38与第三致动器46互连，并且第四驱动联接器56将第四感测质量块40与第四致动器48互连。第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48彼此相对独立。也就是说，在致动器42、44、46、48中的任何制动器之间不存在直接互连连杆。

如本文所使用的，第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40是响应于驱动模式力和作用于质量块34、36、38、40上的感测模式力而移动的部件。反之，第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48被配置成产生施加于第一感测质量快34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40中的对应感测质量块上的驱动模式力。然而，本文所描述的结构响应于感测模式力而抑制第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48的运动。

在所描绘的实施例中，并且如下文更全面地描述的，第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40被配置成在基本上平行于X轴(即，驱动轴线22)的驱动方向上并且在基本上平行于Z轴(即，感测轴线26)的感测方向上经历平面内振荡线性运动。第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48被配置成仅在驱动方向上经历平面内振荡线性运动。

本领域的技术人员将认识到，第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48将在用于实现驱动方向上的线性运动的中心开口内具有驱动梳状结构，示出了所述驱动梳状结构中的几个驱动梳状结构。电极(不可见)可以位于第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的下面，以便检测在沿垂直于基板30的平面表面32的感测轴线26的感测方向上的感测运动。

第一感测质量块34和第二感测质量块36彼此侧向相邻，并且第三感测质量块38和第四感测质量块40彼此侧向相邻。另外，第一感测质量块34和第三感测质量块38彼此侧向相邻，并且第二感测质量块和第四感测质量块彼此侧向相邻。第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的这种相对朝向基本上呈四边形形状。如下文将更详细讨论的，第一感测质量块34和第三感测质量块38可以被视为双质量块振动陀螺仪装置，并且第二感测质量块36和第四感测质量块40可以被视为另一个双质量块振动陀螺仪装置。第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40一起可以被视为四感测质量块振动陀螺仪装置。

第一感测质量块34具有限定第一感测质量块34的周界的外侧壁60、62和内侧壁64、66。同样地，第二感测质量块36具有限定第二感测质量块36的周界的外侧壁68、70和内侧壁72、74。第三感测质量块38具有限定第三感测质量块38的周界的外侧壁76、78和内侧壁80、82。并且，第四感测质量块40具有限定第四感测质量块40的周界的外侧壁84、86和内侧壁88、90。如本文所使用的，术语“外侧壁”是指感测质量块34、36、38、40的布置在感测质量块的四边形布置的外侧的侧壁中的任何侧壁。术语“内侧壁”是指感测质量块的面向另一个感测质量块的侧壁的侧壁中的任何侧壁。

第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48使用如本文所描述的各种弹性部件、刚性部件和锚固被悬挂成与基板30的平面表面32间隔开。另外，第一驱动联接器50、第二驱动联接器52、第三驱动联接器54和第四驱动联接器56使用包括如本文所描述的各种弹性部件、刚性部件和锚固件在内的各种机械连杆将第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40与其相关联的第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48互连。并且，仍另外地，第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40使用包括如本文所描述的各种弹性部件、刚性部件和锚固件在内的各种机械连杆联接在一起。

如本文所使用的，弹性部件总体上是指在被拉伸、压缩或者以其它方式扭曲之后可以自发地恢复其原始或正常形状的弹性部件。刚性部件总体上是指相对于弹性部件来说是刚性或非弯曲的部件。如此，刚性部件在很大程度上是非顺性的，并且弹性部件比刚性部件更具顺性。弹性部件和刚性部件悬挂于基板的平面表面上方。举例来说，弹性部件可以包括联接连杆、弹簧结构、弹簧、挠曲件、柔性支撑元件等。虽然某些弹性部件被描绘为杆或折叠弹簧，但是应当理解的是，弹性部件可以具有可以实现期望顺性的其它形状，如U形弹性部件、J形弹性部件、弯曲杆等等。举例来说，刚性部件可以包括扭转杆、杆结构、梁结构、枢轴连杆、隔离结构等。另外，如本文所使用的，锚固件在很大程度上是直接固定到基板的表面并且将弹性部件和刚性部件悬挂于基板的平面表面上方的刚性元件。锚固件在附图中通过其中带有“X”的方框示出。

角速度传感器20另外包括第一悬挂结构92、第二悬挂结构94、第三悬挂结构96和第四悬挂结构98，这些悬挂结构被分别配置成以与基板30的平面表面32成间隔开的关系悬挂第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48。本文中将关于图2-3提供对悬挂结构92、94、96、98的部件的详细讨论。再次，第一驱动联接器50、第二驱动联接器52、第三驱动联接器54和第四驱动联接器56分别将第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48与对应的第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40互连。本文中将关于图4-5提供对驱动联接器50、52、54、56的部件的详细时论。

多个联接连杆被配置成连接第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40并且在提供共模抑制的同时实现适当的驱动和感测运动。联接连杆包括：第一驱动模式连杆100、第二驱动模式连杆102、第三驱动模式连杆104和第四驱动模式连杆106，本文中将关于图6-8详细描述这些驱动模式连杆；第一和第二感测模式连杆108、110，将关于图9-10详细描述这些感测模式连杆；以及第一枢轴结构112和第二枢轴结构114，将关于图11-14详细描述这些枢轴结构。角速度传感器20可以另外包括与相应的第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的外侧壁62、70、78和86联接的平衡连杆116。

总体而言，联接连杆(例如，第一驱动模式连杆100、第二驱动模式连杆102、第三驱动模式连杆104和第四驱动模式连杆106；第一和第二感测模式连杆108、110；以及第一枢轴结构112和第二枢轴结构114)允许反相驱动质量块运动和感测质量块运动，但是对于感测质量块的共模运动展现出较高的刚度。第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的振荡驱动运动总体上平行于驱动轴线22。角速度传感器20对绕例如输入轴线24的旋转轴线的角速度敏感。如此，第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的振荡感测运动总体上平行于感测轴线26(例如，垂直于基板30的平面表面32的Z轴)。

角速度传感器20被示出为在第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40中的每一个上方具有箭头，所述箭头指示在驱动循环的一个相位期间的驱动运动方向。如所示出的，第一感测质量块34和第四感测质量块40被配置成在平行于驱动轴线22的第一驱动方向(由向左指向的箭头116指示)上被驱动，并且第二感测质量块36和第三感测质量块38被配置成在与第一驱动方向116相反的第二驱动方向(由向右指向的箭头118指示)上被驱动。因此，第二感测质量块36和第三感测质量块38经历相对于第一感测质量块34和第四感测质量块40的振荡驱动运动而言是反相的振荡驱动运动。

另外，角速度传感器20被示出为在第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40中的每一个上方具有符号，所述符号表示在驱动循环的一个相位期间的感测运动方向。响应于绕输入轴线24的通过弯曲箭头120表示的角速度，第一感测质量块34和第四感测质量块40在平行于感测轴线26的第一感测方向(通过表示离开页面的运动的环绕点122指示)上移动，并且第二感测质量块36和第三感测质量块38在平行于感测轴线26的第二感测方向(通过表示进入页面的运动的环绕“X”指示)上移动。因此，第二感测质量块36和第三感测质量块38经历相对于第一感测质量块34和第四感测质量块40的振荡感测运动而言是反相的振荡感测运动。

直接联接到第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的联接连杆(例如，第一驱动模式连杆100、第二驱动模式连杆102、第三驱动模式连杆104和第四驱动模式连杆106；第一和第二感测模式连杆108、110；以及第一枢轴结构112和第二枢轴结构114)被配置成控制沿期望反相轨迹的感测频率运动和驱动频率运动，如下文将更详细讨论的。

现在结合图1参考图2，图2示出了可以在角速度传感器20(图1)内实施的悬挂结构的俯视图。更具体地说，一个俯视图表示被配置成将第一致动器42和第四致动器48悬挂成与基板30的平面表面32间隔开的第一悬挂结构92和第四悬挂结构98，并且另一个俯视图表示被配置成悬挂第二致动器44和第三致动器46的第二悬挂结构94和第三悬挂结构96。

第一悬挂结构92、第二悬挂结构94、第三悬挂结构96和第四悬挂结构98中的每一个包括联接到基板30的平面表面32的第一锚固件126和第二锚固件128。第一锚固件126和第二锚固件128定位于第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48中的对应致动器的相对的第一纵向边缘130和第二纵向边缘132附近。第一弹簧结构134互连于第一锚固件126与第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48中的对应致动器的第一纵向边缘130之间，并且第二弹簧结构136互连于第二锚固件126与第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48中的对应致动器的第二纵向边缘132之间。在此例子中，第一弹簧结构134包括互连于第一锚固件126与第一纵向边缘130之间的在沿驱动轴线22的驱动方向上是顺性的一对折叠弹簧138、140。同样，第二弹簧结构136包括互连于第二锚固件128与第二纵向边缘132之间的一对折叠弹簧142、144。

驱动梳状结构的可移动梳齿146附接到第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48(例如，驱动质量块结构)，并且固定梳齿148锚固到基板30的平面表面32。由于梳齿148附接到基板30，所以相对于可移动梳齿146，梳齿148是固定的或不可移动的。梳齿146、148可以以不同方式被配置用于致动和对致动的反馈感测。

图3示出了悬挂结构的俯视图，展示了悬挂结构的反相驱动运动。再次，一个俯视图表示被配置成将第一致动器42和第四致动器48悬挂成与基板30的平面表面32间隔开的第一悬挂结构92和第四悬挂结构98，并且另一个俯视图表示被配置成悬挂第二致动器44和第三致动器46的第二悬挂结构94和第三悬挂结构96。单向箭头表示驱动运动在驱动循环的一个相位期间的第一驱动方向116和第二驱动方向118，并且双向箭头150表示第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48的驱动振荡方向。第一弹簧结构134和第二弹簧结构136实现第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48相对于其相关联的第一锚固件126和第二锚固件128的平面内平移移动。第一弹簧结构134和第二弹簧结构136的折叠弹簧138、140、142、144的变形由第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48的平面内平移产生。

由悬挂结构92、94、96、98悬挂的第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48表示角速度传感器20(图1)的四个驱动致动区域。所述四个驱动致动区域相对独立。这种独立性通过相对低的质量块和通过第一驱动联接器50、第二驱动联接器52、第三驱动联接器56和第四驱动联接器58传递到第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的主要处于平面内的驱动运动的悬挂实现。另外，使第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48彼此独立并且定位在第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40外部允许交流(AC)驱动信号被路由远离敏感的感测信号。此外，这种独立性通过更多模块性简化了设计。

现在参考图1和4，图4示出了可以并入角速度传感器20内的驱动联接器的俯视图。更具体地说，一个俯视图表示第一驱动联接器50和其与第一致动器42和第一感测质量块34中的每一个的互连，并且另一个俯视图表示第二驱动联接器52和其与第二致动器44和第二感测质量块36中的每一个的互连。尽管本文仅详细描述了第一驱动联接器50和第二驱动联接器52，但是下文同样适用于互连于第三致动器46与第三感测质量块38之间的第三驱动联接器54以及互连于第四致动器48与第四感测质量块40之间的第四驱动联接器56。

第一驱动联接器50和第二驱动联接器52(以及第三驱动联接器54和第四驱动联接器56)中的每一个包括具有被对齐为平行于相邻感测质量块的外侧壁的长度154的扭转杆152。另外，扭转杆152的长度154相当于或大于相邻感测质量块的外侧壁的边缘长度156。在所示的例子中，第一驱动联接器50的扭转杆152被对齐为邻近且平行于第一感测质量块34的外侧壁60，并且第二驱动联接器52的扭转杆152被对齐为邻近且平行于第二感测质量块36的外侧壁68。

第一联接连杆158联接到扭转杆152的第一端部160并且将感测质量块34、36、38、40中的相邻感测质量块与致动器42、44、46、48中的对应致动器联接。第二联接连杆162联接到扭转杆152的第二端部164并且将感测质量块34、36、38、40中的相邻感测质量块与致动器42、44、46、48中的对应致动器联接。在一些实施例中，第一联接连杆158包括联接到致动器42、44、46、48之一的第一扭转梁166以及联接到感测质量块34、36、38、40中的相邻感测质量块的第二扭转梁168。同样，第二联接连杆162包括联接到致动器42、44、46、48之一的第三扭转梁170以及联接到感测质量块34、36、38、40中的相邻感测质量块的第四扭转梁172。

在所示的例子中，第一驱动联接器50的第一联接连杆158和第二联接连杆162将第一感测质量块34与第一致动器42互连。更具体地说，第一扭转梁166和第三扭转梁170联接到第一致动器42，并且第二扭转梁168和第四扭转梁172联接到第一感测质量块34。第一驱动联接器50的第一联接连杆158和第二联接连杆162的第二扭转梁168和第四扭转梁172的连接点位于第一感测质量块34的相对的外侧壁62和内侧壁66上，并且连接点平行于输入轴线24彼此对齐。同样，第二驱动联接器52的第一联接连杆158和第二联接连杆162将第二感测质量块36与第二致动器44互连。更具体地说，第一扭转梁166和第三扭转梁170联接到第二致动器44，并且第二扭转梁168和第四扭转梁172联接到第二感测质量块36。第二驱动联接器52的第一联接连杆158和第二联接连杆162的第二扭转梁168和第四扭转梁172的连接点位于第二感测质量块36的相对的外侧壁70和内侧壁74上，并且连接点平行于输入轴线24彼此对齐。

同样，第三驱动联接器54的扭转杆152被对齐为邻近且平行于第三感测质量块38的外侧壁76，第三驱动联接器54的第一联接连杆158将第三感测质量块38与第三致动器46联接，并且第三驱动联接器54的第二联接连杆162将第三感测质量块38与第三致动器46联接。另外，第四驱动联接器56的扭转杆152被对齐为邻近且平行于第四感测质量块40的外侧壁84，第四驱动联接器56的第一联接连杆158将第四感测质量块40与第四致动器48联接，并且第四驱动联接器56的第二联接连杆162将第四感测质量块40与第四致动器48联接。如上，第三驱动联接器54的第一联接连杆158和第二联接连杆160的相应扭转梁168、172的连接点位于第三感测质量块38的相对的外侧壁78和内侧壁82上并且平行于输入轴线24彼此对齐，并且第四驱动联接器56的第一联接连杆158和第二联接连杆162的相应扭转梁168、172的连接点位于第四感测质量块40的相对的外侧壁86和内侧壁90上并且平行于输入轴线24彼此对齐。

图5示出了驱动联接器的俯视图，展示了实现角速度传感器20的感测质量块的反相感测运动的扭转运动。再次，一个俯视图表示第一驱动联接器50和其与第一致动器42和第一感测质量块34中的每一个的互连，并且另一个俯视图表示第二驱动联接器52和其与第二致动器44和第二感测质量块36中的每一个的互连。然而，下文同样适用于互连于第三致动器46与第三感测质量块38之间的第三驱动联接器54以及互连于第四致动器48与第四感测质量块40之间的第四驱动联接器56。

第一驱动联接器50、第二驱动联接器52、第三驱动联接器54和第四驱动联接器56被配置成允许其对应的第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40相对于第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48的竖直感测运动(例如，平行于Z轴26的运动)，同时限制第一致动器42、第二致动器44、第三致动器46和第四致动器48的竖直(例如，Z轴)运动。也就是说，扭转梁166、168、170、172是在竖直方向上是挠性的，使得对应的成对扭转梁(例如，第一扭转梁166和第二扭转梁168；以及第三扭转梁170和第四扭转梁172)将在相反方向上挠曲(即，旋转或枢转)以实现第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的相对感测运动。另外，跨越相邻感测质量块的长度的刚性扭转杆152的存在抑制了感测质量块34、36、38、40绕X轴22的可能扭转(例如，枢转或跷跷板(teeter-totter))运动。

现在参考图1和6，图6示出了可以并入角速度传感器20内的驱动模式连杆之一的俯视图。具体地说，图6示出了将第一感测质量块34互连到第三感测质量块38的第一驱动模式连杆100。以下讨论同样适用于也将第一感测质量块34互连到第三感测质量块38的第二驱动模式连杆102。另外，以下讨论同样适用于将第二感测质量块36互连到第四感测质量块40的第三驱动模式连杆104和第四驱动模式连杆106。因此，图6包括表示这种等效性的附图标记100(102、104、106)。类似地，图6包括表示下文所述的第一驱动模式连杆100、第二驱动模式连杆102、第三驱动模式连杆104和第四驱动模式连杆106到相应的第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的附接的附图标记34(36)和38(40)。

第一驱动模式连杆100包括联接到基板30的平面表面32的锚固件176和具有通过第一弹簧梁182联接到锚固件176的中间区域180的杆结构178。第一驱动模式连杆100另外包括联接于杆结构178的端部186与第一感测质量块34的内侧壁64(面向第三感测质量块38)之间的第二弹簧梁184以及联接于杆结构178的相对端部190与第三感测质量块38的内侧壁80(面向第一感测质量块34)之间的第三弹簧梁188。第二驱动模式连杆102也包括联接到基板30的平面表面32的锚固件176；具有通过第一弹簧梁182联接到锚固件176的中间区域180的杆结构178；联接于杆结构178的端部186与第一感测质量块34的内侧壁64(面向第三感测质量块38)之间的第二弹簧梁184；以及联接于杆结构178的相对端部190与第三感测质量块38的内侧壁80(面向第一感测质量块34)之间的第三弹簧梁188。

类似地，第三驱动模式连杆104包括联接到基板30的平面表面32的锚固件176；具有通过第一弹簧梁182联接到锚固件176的中间区域180的杆结构178；联接于杆结构178的端部186与第二感测质量块36的内侧壁72(面向第四感测质量块40)之间的第二弹簧梁184；以及联接于杆结构178的相对端部190与第四感测质量块40的内侧壁80(面向第二感测质量块36)之间的第三弹簧梁188。第四驱动模式连杆106也包括联接到基板30的平面表面32的锚固件176；具有通过第一弹簧梁182联接到锚固件176的中间区域180的杆结构178；联接于杆结构178的端部186与第二感测质量块36的内侧壁72(面向第四感测质量块40)之间的第二弹簧梁184；以及联接于杆结构178的相对端部190与第四感测质量块40的内侧壁80(面向第二感测质量块36)之间的第三弹簧梁188。

在中性位置(如图6所示)中，第一弹簧梁182、第二弹簧梁184和第三弹簧梁188被朝向为基本上平行于第一感测质量块34和第三感测质量块38的行进方向。因此，第一弹簧梁182、第二弹簧梁184和第三弹簧梁188总体上平行于驱动轴线22。然而，杆结构178被朝向为垂直于第一感测质量块34和第三感测质量块38的行进方向并且因此总体上平行于第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的侧壁64、72、80、88。因此，杆结构178总体上垂直于驱动轴线22并且平行于输入轴线24。第一弹簧梁182、第二弹簧梁184和第三弹簧梁188相对于杆结构178而言是挠性的。如此，杆结构178被配置成在第一弹簧梁182、第二弹簧梁184和第三弹簧梁188响应于第一感测质量块34和第三感测质量块38相对于基板30(图1)的运动而挠曲时枢转。

总体而言，互连第一感测质量块34和第三感测质量块38的第一驱动模式连杆100和第二驱动模式连杆102被配置成抑制第一感测质量块34和第三感测质量块38的共模驱动运动。同样，互连第二感测质量块36和第四感测质量块40的第三驱动模式连杆104和第四驱动模式连杆106被配置成抑制第二感测质量块36和第四感测质量块40的共模驱动运动。也就是说，如果第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40在X轴方向(例如，平行于驱动轴线22)上同相移动，则第一驱动模式连杆100、第二驱动模式连杆102、第三驱动模式连杆104和第四驱动模式连杆106展现出高刚度。然而，第一驱动模式连杆100、第二驱动模式连杆102、第三驱动模式连杆104和第四驱动模式连杆106允许第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的反相驱动运动。因此，本文所利用的术语“驱动模式”与第一驱动模式连杆100、第二驱动模式连杆102、第三驱动模式连杆104和第四驱动模式连杆106相关。另外，第一驱动模式连杆100、第二驱动模式连杆102、第三驱动模式连杆104和第四驱动模式连杆106的杆结构178被配置成允许第一感测质量块34和第三感测质量块38的反相竖直(例如，Z轴26)感测运动，同时抑制共模感测运动。因此，第一驱动模式连杆100、第二驱动模式连杆102、第三驱动模式连杆104和第四驱动模式连杆106的次要作用可以是实现第一感测质量块34与第三感测质量块38之间以及第二感测质量块36与第四感测质量块40之间的反相竖直(例如，平行于感测轴线26)位移，同时对同相竖直运动表现出较高的刚度。

图7示出了响应于施加于角速度传感器20(图1)的第一感测质量块34和第三感测质量块38上的力(例如，驱动力)而枢转的第一驱动模式连杆100的俯视图。在此例子中，当第一感测质量块34和第三感测质量块38向外延伸(即，已经背离彼此移动)时，如通过表示第一驱动方向116和第二驱动方向118的向外指向的箭头所示，杆结构178绕大致置中于第一弹簧梁182处的枢轴线总体上顺时针枢转，并且第一弹簧梁182、第二弹簧梁184和第三弹簧梁188响应于第一感测质量块34和第三感测质量块38的向外延伸而挠曲。

图8示出了响应于施加于角速度传感器20(图1)的第一感测质量块34和第三感测质量块38上的力(例如，驱动力)而枢转的驱动模式连杆100的俯视图。在此例子中，当第一感测质量块34和第三感测质量块38向内延伸(即，已经朝着彼此移动)时，如通过表示第一驱动方向116和第二驱动方向118的向内指向的箭头所示，杆结构178绕大致置中于第一弹簧梁182处的枢轴线总体上逆时针枢转，并且第一弹簧梁182、第二弹簧梁184和第三弹簧梁188响应于第一感测质量块34和第三感测质量块38的向内延伸而挠曲。

现在参考图1和9，图9示出了可以并入角速度传感器20内的感测模式连杆之一的俯视图。具体地说，图9示出了定位于第一感测质量块34与第三感测质量块38之间并将第一感测质量块34互连到第三感测质量块38的第一感测模式连杆108。另外，第一感测模式连杆108定位于如图1中具体示出的第一驱动模式连杆100与第二驱动模式连杆102之间。以下讨论同样适用于定位于第二感测质量块36与第四感测质量块40之间并将第二感测质量块36互连到第四感测质量块40的第二感测模式连杆110。另外，第二感测模式连杆110定位于如图1中具体示出的第三驱动模式连杆104与第四驱动模式连杆106之间。因此，图9包括指示这种等效性的附图标记108(110)。类似地，图9包括表示下文所述的第一感测模式连杆108和第二感测模式连杆110到相应的第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的附接的附图标记34(36)和38(40)。

第一感测模式连杆108包括联接到基板130的平面表面32的锚固件192；具有与驱动轴线22对齐的长度196并且具有通过第一挠曲件200联接到锚固件192的中间区域198的梁结构194；联接于梁结构194的端部204与第一感测质量块34的内侧壁64之间的第二挠曲件202；以及联接于梁结构194的相对端部208与第三感测质量块38的内侧壁80之间的第三挠曲件206。同样，第二感测模式连杆110包括联接到基板130的平面表面32的锚固件192；具有与驱动轴22对齐的长度196并且具有通过第一挠曲件200联接到锚固件192的中间区域198的梁结构194；联接于梁结构194的端部204与第二感测质量块36的内侧壁72之间的第二挠曲件202；以及联接于梁结构194的相对端部208与第四感测质量块40的内侧壁88之间的第三挠曲件206。第一挠曲件200、第二挠曲件202和第三挠曲件206可以是扭转弹簧。

第一感测模式连杆108和第二感测模式连杆110中的每一个可以另外包括折叠弹簧结构210、212；连接于成对折叠弹簧结构210、212之间的相对刚性的连接结构214；以及与相对刚性的隔离结构216。折叠弹簧结构210、212可以互连于第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量40中的相关联感测质量块与隔离结构216之一之间。隔离结构216中的一个因此连接到两对折叠弹簧结构210、212(所述两对折叠弹簧结构210、212连接到第一感测质量块34和第二挠曲件202)，并且隔离结构216中的另一个因此连接到两对折叠弹簧结构210、212(所述两对折叠弹簧结构210、212连接到第三感测质量块38和第三挠曲件206)。

总体而言，互连第一感测质量块34和第三感测质量块38的第一感测模式连杆108被配置成抑制第一感测质量块34和第三感测质量块38的共模感测运动。同样，互连第二感测质量块36和第四感测质量块40的第二感测模式连杆110被配置成抑制第二感测质量块36和第四感测质量块40的共模感测运动。也就是说，第一感测模式连杆108和第二感测模式连杆110对平行于感测轴线26的反相竖直感测运动展现出低刚度，同时在第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40在Z轴方向(例如，平行于感测轴线26)上同相移动的情况下展现出高刚度。因此，本文利用的术语“感测模式”与第一感测模式连杆108和第二感测模式连杆110相关。折叠弹簧结构210、212允许相应的第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的平面内反相驱动运动(例如，平行于驱动轴线22)，而连接结构214在折叠弹簧结构210、212之间提供竖直(Z轴26)和Y轴24刚度。另外，隔离结构216将第一感测模式连杆108和第二感测模式连杆110与折叠弹簧结构210、212的平面内运动隔离或者以其它方式分离。

图10示出了响应于施加于角速度传感器20(图1)的第一感测质量块34和第三感测质量块38上的外力的第一感测模式连杆108的俯视图。在此例子中，当第一感测质量块34和第三感测质量块38向外延伸(即，已经背离彼此移动)时，如通过表示第一驱动方向116和第二驱动方向118的向外指向的箭头所示，折叠弹簧结构210、212将适当变形以允许平面内反相驱动运动(例如，平行于驱动轴线22)。隔离结构216将第一感测连杆108的第一挠曲件200、第二挠曲件202和第三挠曲件206与此反相驱动运动隔离，使得第一挠曲件200、第二挠曲件202和第三挠曲件206不可能响应于平面内反相驱动运动而变形。然而，第一扭转挠曲件200、第二扭转挠曲件202和第三扭转挠曲件206可以适当地变形以允许第一感测质量块34和第三感测质量块38响应于绕输入轴线24的角速度120而进行平行于感测轴线26的反相感测运动，如通过表示第一感测方向122和第二感测方向124的符号所示。

返回参考图1，通过第一驱动联接器50和第三驱动联接器54连接到第一致动器42和第三致动器46的第一感测质量块34和第三感测质量块38(其中第一感测质量块34和第三感测质量块38通过第一驱动模式连杆100和第二驱动模式连杆102以及第一感测模式连杆108互连)可以被视为第一双质量块振动陀螺仪装置。通过第二驱动联接器52和第四驱动联接器56连接到第二致动器44和第四致动器48的第二感测质量块36和第四感测质量块40(其中第二感测质量块36和第四感测质量块40通过第三驱动模式连杆104和第四驱动模式连杆106以及第二感测模式连杆110互连)可以被视为第二双质量块振动陀螺仪装置。双感测质量块音叉陀螺仪装置可以用于通过将感测质量块配置成具有反相运动来降低装置的灵敏度。然而，双感测质量块方法可以不受旋转加速度的影响。

因此，一些角速度传感器可以利用四个(例如，四方)感测质量块来进一步降低陀螺仪装置对如板弯曲等引起旋转加速度的各种振动的敏感性。根据一些实施例，为了确保第二感测质量块36相对于第一感测质量块34的反相驱动和感测运动并且确保第四感测质量块40相对于第三感测质量块38的反相驱动和感测运动，另外实施了第一枢轴结构112和第二枢轴结构114。

参考图1和11，图11示出了可以并入角速度传感器20内的枢轴结构的俯视图。具体地说，图11示出了定位于第一感测质量块34与第二感测质量块36之间并互连第一感测质量块34和第二感测质量块36的第一枢轴结构112。以下讨论同样适用于定位于第三感测质量块38与第四感测质量块40之间并互连第三感测质量块38和第四感测质量块40的第二枢轴结构114。因此，图11包括指示这种等效性的附图标记112(114)。类似地，图11包括表示下文所述的第一枢轴结构112和第二枢轴结构114到相应的第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的附接的附图标记34(38)和36(40)。

第一枢轴结构112包括联接到基板30的平面表面32的枢轴锚固件218以及枢轴连杆220。枢轴锚固件218定位于第一感测质量块34的内侧壁66与第二感测质量块36的内侧壁74之间。在示例配置中，第一感测质量块34可以包括内侧壁66中的凹部222，并且第二感测质量块36可以包括内侧壁74中的凹部224。枢轴锚固件218定位于凹部222、224之间。如本文所提到的，凹部(例如，凹部222、224)是定位在感测质量块外周界的平行于X-Y平面28的侧壁上的空腔、空隙、凹陷或空间体积。

枢轴连杆220总体上具有联接到第一感测质量块的第一侧壁66的第一端部226和联接到第二感测质量块36的第二侧壁74的第二端部228。在示例配置中，枢轴连杆220包括具有通过弹簧232联接到枢轴锚固件218的中点的第一枢轴杆230以及具有通过弹簧236联接到枢轴锚固件218的中点的第二枢轴杆234。第一枢轴杆230的端部238和第二枢轴杆234的端部240分别通过弹簧244联接到刚性隔离结构242，并且隔离结构242在第一感测质量块34的凹部222内通过弹簧246联接到内侧壁66。第一枢轴杆230的相对端部248和第二枢轴杆234的相对端部250分别通过弹簧254联接到刚性隔离结构252，并且隔离结构252通过弹簧256联接到第二感测质量块36的内侧壁74。因此，枢轴连杆220的第一端部226通过隔离结构242和弹簧244、246联接到第一感测质量块34的内侧壁66，并且枢轴连杆220的第二端部228通过隔离结构252和弹簧254、256联接到第二感测质量块36的内侧壁74。

同样，第二枢轴结构114包括枢轴锚固件218和枢轴连杆220，其中枢轴锚固件218定位于第三感测质量块38的内侧壁82与第四感测质量块36的内侧壁90之间。再次，在此配置中，第三感测质量块38可以包括内侧壁82中的凹部222，并且第四感测质量块40可以包括内侧壁90中的凹部224，其中枢轴锚固件218定位于凹部222、224之间。第二枢轴结构的枢轴连杆220总体上具有联接到第三感测质量块38的第一侧壁82的第一端部226和联接到第四感测质量块40的第二侧壁90的第二端部228，如之前在上文结合第一感测质量块34和第二感测质量块36详细描述的。因此，枢轴连杆220的第一端部226通过隔离结构242和弹簧244、246联接到第三感测质量块38的内侧壁82，并且枢轴连杆220的第二端部228通过隔离结构252和弹簧254、256联接到第四感测质量块40的内侧壁90。

因此，第一枢轴结构112和第二枢轴结构114被配置为多杆连杆(例如，枢轴锚固件218、第一枢轴杆230和第二枢轴杆234以及隔离结构242、252)。第一枢轴结构112被配置成使第一感测质量块34和第二感测质量块36能够在平行于驱动轴线22的X轴方向上反相振荡并且在平行于感测轴线26的Z轴方向上反相振荡。同样，第二枢轴结构114被配置成使第三感测质量块38和第四感测质量块40能够在平行于驱动轴线22的X轴方向上反相振荡并且在平行于感测轴线26的Z轴方向上反相振荡。通常，弹簧232、236、244、254是能够进行平面内弯曲和扭曲的挠曲梁。弹簧246、256是在枢轴连杆220的相应的第一端部226和第二端部228处实现Y轴运动(例如，沿输入轴线24的运动)的顺性构件。

图12示出了响应于施加于角速度传感器20(图1)的第一感测质量块34和第二感测质量块36上的力而枢转的第一枢轴结构112的俯视图。在此例子中，第一感测质量块34经历第一驱动运动116，并且第二感测质量块36在相反方向上经历第二驱动运动118。作为响应，弹簧232、236、244、246、254、256适当地变形，使得刚性的第一枢轴杆230和第二枢轴杆234枢转以允许第一感测质量块34和第二感测质量块36的平移。另外，梁244、252被配置成绕例如驱动轴线22的X轴扭转以实现沿感测轴线26的反相Z轴感测质量块运动。

图13示出了响应于施加于角速度传感器20(图1)的第一感测质量块34和第二感测质量块36上的力而枢转的第一枢轴结构112的俯视图。在此例子中，第一感测质量块34经历第二驱动运动118，并且第二感测质量块36在相反方向上经历第一驱动运动116。再次，弹簧232、236、244、246、254、256适当地变形，使得刚性的第一枢轴杆230和第二枢轴杆234枢转以允许第一感测质量块34和第二感测质量块36的平移。另外，梁244、252被配置成绕例如驱动轴线22的X轴扭转以实现沿感测轴线26的反相Z轴感测质量块运动。因此，第一枢轴结构112和第二枢轴结构114确保第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40将沿驱动轴线22适当地平移并且沿感测轴线26平移。

图14示出了角速度传感器20(图1)中在相反的第一驱动方向116和第二驱动方向118上经历反相驱动运动的第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40的俯视图。在图14中，第一感测质量块34和第四感测质量块40在平行于驱动轴线22的第一驱动方向116上移动，并且第二感测质量块36和第三感测质量块38在还与第一驱动方向116相反的平行于驱动轴线的第二驱动方向118上移动。当然，第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40经历振荡驱动运动。因此，在随后的时刻，当第二感测质量块36和第三感测质量块38在第一驱动方向116上移动时，第一感测质量块34和第四感测质量块40将在第二驱动方向118上移动。

图15示出了第一感测质量块34和第二感测质量块36的沿图14的剖面线A-A的横截面侧视图。驱动轴线22现在被示出为进入页面，输入轴线24在页面上被朝向为左-右，并且感测轴线26在页面上被朝向为上-下。图15示出了处于中性位置的第一感测质量块34和第二感测质量块36，在所述中性位置中，角速度传感器20不经历绕输入轴线24的旋转。当第一感测质量块34和第二感测质量块36在沿驱动轴线22驱动的同时不经历旋转时，第一感测质量块34和第二感测质量块36在相反的驱动方向116、118上振荡，如图13所示，同时在其相应的感测电极260、262上方保持某个距离258并且保持平行于感测电极260、262。类似地，当第三感测质量块38和第四感测质量块40在沿驱动轴线22驱动的同时不经历旋转时，第三感测质量块38和第四感测质量块40也将在相反的驱动方向118、116上振荡，如图13所示，同时在其相应的感测电极264、266上方保持某个距离258并且保持平行于感测电极264、266(参见图17)。

参考图16和17，图16示出了经历反相感测运动的感测质量块的沿图14的剖面线A-A的横截面侧视图，并且图17示出了感测质量块的沿图14的剖面线B-B的横截面侧视图。更具体地说，图16示出了如在图14中向右观看的第一感测质量块34和第二感测质量块36，并且图17示出了如在图14中向右观看的第三感测质量块38和第四感测质量块40。当第一感测质量块34和第二感测质量块36在沿驱动轴线22驱动的同时经历旋转(例如，角速度120)时，第一感测质量块34和第二感测质量块36在平行于与基板30的平面32垂直的感测轴线26的相反感测方向122、124上振荡，如图16所示。另外，第三感测质量块38和第四感测质量块40在平行于感测轴线26的相反方向124、122上振荡，如图17所示。因此，在对齐图中，第一感测质量块34和第四感测质量块40在第一感测方向122上经历感测运动，而第二感测质量块36和第三感测质量块40响应于绕输入轴线24的角速度120而在相反的第二传感方向124上经历感测运动。第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40可以经历振荡感测运动。因此，在随后的时刻，当第二感测质量块36和第三感测质量块38在第一感测方向122上移动时，第一感测质量块34和第四感测质量块40可以在第二感测方向124上移动。

在图16和17中，第一感测质量块34和第四感测质量块40背离其相应的感测电极260、266移动，这延长了第一感测质量块34和第四感测质量块40与其相应的感测电极260、266之间的距离268(相对于距离258)。另外，第二感测质量块36和第三感测质量块38朝向其相应的感测电极262、264移动，这缩短了第二感测质量块36和第三感测质量块38与其相应的感测电极262、264之间的距离270(相对于距离258)。应当观察到的是，在反相感测运动期间，第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40保持基本上平行于基板30的表面32并且因此平行于其相应的感测电极260、262、264、266，由此提高感测电极260、262、264、266的感测检测(例如，检测变化的电容)的效率。

因此，参考图14-17，用于操作MEMS角速度传感器装置20的方法包括：在平行于第一轴线(例如，驱动轴线22)的第一驱动方向(例如，第一驱动方向116)上通过第一感测质量块34和第四感测质量块40的相应致动器(例如，图1中的第一致动器42和第四致动器48)驱动第一感测质量块34和第四感测质量块40，所述第一轴线被朝向为平行于基板(例如，基板30)的平面表面(例如，平面表面32)；以及在与第一驱动方向相反的第二驱动方向(例如，第二驱动方向118)上通过第二感测质量块36和第三感测质量块38的相应致动器(例如，第二致动器44和第三致动器46)驱动第二感测质量块36和第三感测质量块38，使得第二感测质量块36和第三感测质量块38相对于第一感测质量块34和第四感测质量块40经历反相驱动运动。MEMS角速度传感器装置20对绕平行于基板30的平面表面32并垂直于第一轴线(例如，驱动轴线22)的第二轴线(例如，输入轴线24)的角速度120敏感。第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40响应于角速度而平行于第三轴线(例如，感测轴线26)进行的偏转可以被检测为第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40与其对应的感测电极260、262、264、266之间的电容变化。响应于第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40平行于第三轴线(例如，感测轴线26)进行的偏转而生成第一输出信号272、第二输出信号274、第三输出信号276和第四输出信号278，并且可以响应于第一输出信号272、第二输出信号274、第三输出信号276和第四输出信号278而确定角速度120的大小。也就是说，可以响应于第一输出信号272、第二输出信号274、第三输出信号276和第四输出信号278而检测到第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40平行于第三轴线(例如，感测轴26线)进行的移动。

在第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40与其相应的感测电极260、262、264、266之间不存在实际电容器。相反，电容器符号(在图16和17中以虚线形式示出)表示第一输出信号272、第二输出信号274、第三输出信号276和第四输出信号278，在此例子中，这些输出信号是第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40与其相应的感测电极260、262、264、266之间的电容变化，所述电容变化指示第一感测质量块34、第二感测质量块36、第三感测质量块38和第四感测质量块40响应角速度120而进行的移动。可以适当地处理第一输出信号272、第二输出信号274、第三输出信号276和第四输出信号278以产生角速度120的大小。

本文所描述的实施例需要MEMS装置和操作方法。一种MEMS装置的一个实施例包括：具有平面表面的基板；与所述基板的所述平面表面间隔开的第一感测质量块、第二感测质量块、第三感测质量块和第四感测质量块；以及第一致动器、第二致动器、第三致动器和第四致动器。第一驱动联接器将所述第一感测质量块和所述第一致动器互连，第二驱动联接器将所述第二感测质量块和所述第二致动器互连，第三驱动联接器将所述第三感测质量块和所述第三致动器互连，并且第四驱动联接器将所述第四感测质量块和所述第四致动器互连。所述第一驱动联接器、所述第二驱动联接器、所述第三驱动联接器和所述第四驱动联接器中的每一个包括：扭转杆，所述扭转杆具有被对齐为平行于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块的外侧壁的长度；第一联接连杆，所述第一联接连杆联接到所述扭转杆的第一端部；以及第二联接连杆，所述第二联接连杆联接到所述扭转杆的第二端部，所述第一联接连杆和所述第二联接连杆将所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块与所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的对应致动器联接。

一种MEMS装置的另一实施例包括：具有平面表面的基板；与所述基板的所述平面表面间隔开的第一感测质量块、第二感测质量块、第三感测质量块和第四感测质量块；第一致动器；第二致动器；第三致动器；以及第四致动器。第一驱动联接器将所述第一感测质量块和所述第一致动器互连，第二驱动联接器将所述第二感测质量块和所述第二致动器互连，第三驱动联接器将所述第三感测质量块和所述第三致动器互连，并且第四驱动联接器将所述第四感测质量块和所述第四致动器互连。所述第一驱动联接器、所述第二驱动联接器、所述第三驱动联接器和所述第四驱动联接器中的每一个包括：扭转杆，所述扭转杆具有被对齐为平行于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块的外侧壁的长度，所述扭转杆的所述长度至少相当于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的所述对应感测质量块的所述外侧壁的边缘长度；第一联接连杆，所述第一联接连杆联接到所述扭转杆的第一端部；以及第二联接连杆，所述第二联接连杆联接到所述扭转杆的第二端部，所述第一联接连杆和所述第二联接连杆将所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块与所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的对应致动器联接。所述第一感测质量块和所述第四感测质量块被配置成在平行于第一轴线的第一驱动方向上通过所述第一致动器和所述第四致动器被驱动，所述第一轴线被朝向为平行于所述平面表面。所述第二感测质量块和所述第三感测质量块被配置成在与所述第一驱动方向相反的第二驱动方向上通过所述第二致动器和所述第三致动器平行于所述第一轴线被驱动，使得所述第二感测质量块和所述第三感测质量块相对于所述第一感测质量块和所述第四感测质量块经历反相驱动运动。所述MEMS装置对绕第二轴线的角速度敏感，所述第二轴线平行于所述基板的所述平面表面并且垂直于所述第一轴线。所述第一感测质量块和所述第四感测质量块被配置成响应于所述角速度传感器绕所述第二轴线的所述角速度而在平行于第三轴线的第一感测方向上移动，所述第三轴线被朝向为垂直于所述基板的所述平面表面，并且所述第二感测质量块和所述第三感测质量块被配置成响应于所述角速度传感器绕所述第二轴线的所述角速度而在与所述第一感测方向相反的平行于所述第三轴线的第二感测方向上移动，使得所述第二感测质量块和所述第三感测质量块相对于所述第一感测质量块和所述第四感测质量块经历反相感测运动。

一种用于操作MEMS角速度传感器装置的方法的实施例，所述MEMS角速度传感器装置包括：具有平面表面的基板、第一感测质量块、第二感测质量块、第三感测质量块、第四感测质量块、第一致动器、第二致动器、第三致动器以及第四致动器，所述方法包括：在平行于第一轴线的第一驱动方向上通过所述第一致动器和所述第四致动器驱动所述第一感测质量块和第四感测质量块，所述第一轴线被朝向为平行于所述平面表面；以及在与所述第一驱动方向相反的第二驱动方向上通过所述第二致动器和所述第三致动器平行于所述第一轴线驱动所述第二感测质量块和所述第三感测质量块，使得所述第二感测质量块和所述第三感测质量块相对于所述第一感测质量块和所述第四感测质量块经历反相驱动运动。第一驱动联接器将所述第一感测质量块和所述第一致动器互连，第二驱动联接器将所述第二感测质量块和所述第二致动器互连，第三驱动联接器将所述第三感测质量块和所述第三致动器互连，并且第四驱动联接器将所述第四感测质量块和所述第四致动器互连。所述第一驱动联接器、所述第二驱动联接器、所述第三驱动联接器和所述第四驱动联接器中的每一个包括：扭转杆，所述扭转杆具有被对齐为平行于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块的外侧壁的长度；第一联接连杆，所述第一联接连杆联接到所述扭转杆的第一端部；以及第二联接连杆，所述第二联接连杆联接到所述扭转杆的第二端部，所述第一联接连杆和所述第二联接连杆将所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块与所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的对应致动器联接。

因此，MEMS角速度传感器装置包括被配置成感测相对于基板绕平面内轴线的角速度的四感测质量块架构。另外，所述四个感测质量块被配置成相对于基板在平面内被驱动，其中感测质量块的感测运动处于垂直的平面外方向。仍另外地，提供了用于将每个驱动致动器与其对应的感测质量块紧密联接以实现平面内驱动运动同时将平面内驱动运动与平面外感测运动隔离的驱动联接器。所述驱动联接器、驱动模式连杆和感测模式连杆以及枢轴结构可以提高MEMS角速度传感器装置的感测效率，其中所述驱动联接器、驱动模式连杆和感测模式连杆以及枢轴结构保持感测质量块与下面的电极基本上平行的朝向。另外，所述驱动联接器、驱动模式连杆和感测模式连杆以及枢轴结构机械地约束或抑制感测质量块的同相(即，共模)驱动和感测运动以提高准确性和鲁棒性。

本公开旨在解释如何设计并使用根据本发明的各个实施例，而不旨在限制本发明的真实、预期且合理的范围和精神。上述说明不旨在是详尽的或将本发明限制于所公开的确切形式。鉴于以上教导，修改和变化是可能的。选择并描述了一个或多个实施例以提供对本发明的原理及其实际应用的最佳说明并且使本领域的技术人员能够在各个实施例中且连同如适合于所设想的特定用途的各种修改而利用本发明。在根据公平、合法和合理授权的范围解释时，所有这种修改和变化都处于本发明的如由可在本专利申请未决期间加以修改的所附权利要求及其所有等效物确定的范围内。

Claims (10)

1.一种微机电系统(MEMS)装置，其特征在于，包括：

基板，所述基板具有平面表面；

第一感测质量块、第二感测质量块、第三感测质量块和第四感测质量块，这些感测质量块与所述基板的所述平面表面间隔开；

第一致动器、第二致动器、第三致动器和第四致动器；

第一驱动联接器，所述第一驱动联接器将所述第一感测质量块和所述第一致动器互连；

第二驱动联接器，所述第二驱动联接器将所述第二感测质量块和所述第二致动器互连；

第三驱动联接器，所述第三驱动联接器将所述第三感测质量块和所述第三致动器互连；以及

第四驱动联接器，所述第四驱动联接器将所述第四感测质量块和所述第四致动器互连，其中所述第一驱动联接器、所述第二驱动联接器、所述第三驱动联接器和所述第四驱动联接器中的每一个包括：

扭转杆，所述扭转杆具有被对齐为平行于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块的外侧壁的长度；

第一联接连杆，所述第一联接连杆联接到所述扭转杆的第一端部；以及

第二联接连杆，所述第二联接连杆联接到所述扭转杆的第二端部，所述第一联接连杆和所述第二联接连杆将所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块与所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的对应致动器联接。

2.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于：

所述第一感测质量块和所述第四感测质量块被配置成在平行于第一轴线的第一驱动方向上通过所述第一致动器和所述第四致动器被驱动，所述第一轴线被朝向为平行于所述平面表面；

所述第二感测质量块和所述第三感测质量块被配置成在与所述第一驱动方向相反的第二驱动方向上通过所述第二致动器和所述第三致动器平行于所述第一轴线被驱动；

所述MEMS装置对绕第二轴线的角速度敏感，所述第二轴线被朝向为平行于所述基板的所述平面表面并且垂直于所述第一轴线；

所述第一感测质量块和所述第四感测质量块被配置成响应于所述MEMS装置绕所述第二轴线的所述角速度而在平行于第三轴线的第一感测方向上移动，所述第三轴线被朝向为垂直于所述基板的所述平面表面；并且

所述第二感测质量块和所述第三感测质量块被配置成响应于所述MEMS装置绕所述第二轴线的所述角速度而在平行于所述第三轴线的第二感测方向上移动，所述第二感测方向上与所述第一感测方向相反。

3.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于，所述扭转杆的所述长度至少相当于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的所述对应感测质量块的所述外侧壁的边缘长度。

4.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于，所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块被配置成平行于第一轴线被驱动，所述第一轴线被朝向为平行于所述平面表面，所述MEMS装置对绕第二轴线的角速度敏感，所述第二轴线被朝向为平行于所述基板的所述平面表面并且垂直于所述第一轴线，并且所述扭转杆被朝向为平行于所述第二轴线。

5.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于，进一步包括第一悬挂结构、第二悬挂结构、第三悬挂结构和第四悬挂结构，这些悬挂结构被配置成以与所述基板的所述平面表面成间隔开的关系悬挂所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器，所述第一悬挂结构、所述第二悬挂结构、所述第三悬挂结构和所述第四悬架结构中的每一个包括：

第一锚固件，所述第一锚固件联接到所述基板的所述平面表面；

第二锚固件，所述第二锚固件联接到所述基板的所述平面表面，所述第一锚固件和所述第二锚固件定位在所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的对应致动器的相对的第一纵向边缘和第二纵向边缘附近；

第一弹簧结构，所述第一弹簧结构互连于所述第一锚固件与所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的所述对应致动器的所述第一纵向边缘之间；以及

第二弹簧结构，所述第二弹簧结构互连于所述第二锚固件与所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的所述对应致动器的所述第二纵向边缘之间。

6.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于，进一步包括：

第一驱动模式连杆；

第二驱动模式连杆，所述第一驱动模式连杆和所述第二驱动模式连杆定位于所述第一感测质量块与所述第三感测质量块之间并且将所述第一感测质量块互连到所述第三感测质量块；

第三驱动模式连杆；以及

第四驱动模式连杆，所述第三驱动模式连杆和所述第四驱动模式连杆定位于所述第二感测质量块与所述第四感测质量块之间并且将所述第二感测质量块互连到所述第四感测质量块。

7.根据权利要求6所述的MEMS装置，其特征在于：

所述第一感测质量块具有第一侧壁，所述第一侧壁面向所述第三感测质量块的第三侧壁；

所述第二感测质量块具有第二侧壁，所述第二侧壁面向所述第四感测质量块的第四侧壁；

所述第一驱动模式连杆包括：第一锚固件，所述第一锚固件联接到所述基板的所述平面表面；第一杆结构，所述第一杆结构具有通过第一弹簧梁联接到所述第一锚固件的中间区域；第二弹簧梁，所述第二弹簧梁联接于所述第一杆结构的端部与所述第一感测质量块的所述第一侧壁之间；以及第三弹簧梁，所述第三弹簧梁联接于所述第一杆结构的相对端部与所述第三感测质量块的所述第三侧壁之间；

所述第二驱动模式连杆包括：第二锚固件，所述第二锚固件联接到所述基板的所述平面表面；第二杆结构，所述第二杆结构具有通过第四弹簧梁联接到所述第二锚固件的中间区域；第五弹簧梁，所述第五弹簧梁联接于所述第二杆结构的端部与所述第一感测质量块的所述第一侧壁之间；以及第六弹簧梁，所述第六弹簧梁联接于所述第二杆结构的相对端部与所述第三感测质量块的所述第三侧壁之间；

所述第三驱动模式连杆包括：第三锚固件，所述第三锚固件联接到所述基板的所述平面表面；第三杆结构，所述第三杆结构具有通过第七弹簧梁联接到所述第三锚固件的中间区域；第八弹簧梁，所述第八弹簧梁联接于所述第三杆结构的端部与所述第二感测质量块的所述第二侧壁之间；以及第九弹簧梁，所述第九弹簧梁联接于所述第三杆结构的相对端部与所述第四感测质量块的所述第四侧壁之间；并且

所述第四驱动模式连杆包括：第四锚固件，所述第四锚固件联接到所述基板的所述平面表面；第四杆结构，所述第四杆结构具有通过第十弹簧梁联接到所述第四锚固件的中间区域；第十一弹簧梁，所述第十一弹簧梁联接于所述第四杆结构的端部与所述第二感测质量块的所述第二侧壁之间；以及第十二弹簧梁，所述第十二弹簧梁联接于所述第四杆结构的相对端部与所述第四感测质量块的所述第四侧壁之间，其中所述第一杆结构、所述第二杆结构、所述第三杆结构和所述第四杆结构中的每一个具有与所述第一侧壁、所述第二侧壁、所述第三侧壁和所述第四侧壁中的对应侧壁对齐的长度。

8.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于：

所述第一感测质量块具有第一侧壁，所述第一侧壁最靠近所述第二感测质量块；

所述第二感测质量块具有第二侧壁，所述第二侧壁最靠近所述第一感测质量块；

所述第三感测质量块具有第三侧壁，所述第三侧壁最靠近所述第四感测质量块；

所述第四感测质量块具有第四侧壁，所述第四侧壁最靠近所述第三感测质量块；并且

角速度传感器进一步包括：

第一枢轴结构，所述第一枢轴结构包括第一枢轴连杆和第一枢轴锚固件，所述第一枢轴连杆具有联接到所述第一感测质量块的所述第一侧壁的第一端部并且具有联接到所述第二感测质量块的所述第二侧壁的第二端部，其中所述第一枢轴锚固件定位于所述第一侧壁与所述第二侧壁之间，联接到所述基板的所述平面表面并且联接到所述第一枢轴连杆的中点；

第二枢轴结构，所述第二枢轴结构包括第二枢轴连杆和第二枢轴锚固件，所述第二枢轴连杆具有联接到所述第三感测质量块的所述第三侧壁的第三端部并且具有联接到所述第四感测质量块的所述第四侧壁的第四端部，其中所述第二枢轴锚固件定位于所述第三侧壁与所述第四侧壁之间，联接到所述基板的所述平面表面并且联接到所述第二枢轴连杆的中点。

9.一种微机电系统(MEMS)装置，其特征在于，包括：

基板，所述基板具有平面表面；

第一感测质量块、第二感测质量块、第三感测质量块和第四感测质量块，这些感测质量块与所述基板的所述平面表面间隔开；

第一致动器、第二致动器、第三致动器和第四致动器；

第一驱动联接器，所述第一驱动联接器将所述第一感测质量块和所述第一致动器互连；

第二驱动联接器，所述第二驱动联接器将所述第二感测质量块和所述第二致动器互连；

第三驱动联接器，所述第三驱动联接器将所述第三感测质量块和所述第三致动器互连；以及

第四驱动联接器，所述第四驱动联接器将所述第四感测质量块和所述第四致动器互连，其中所述第一驱动联接器、所述第二驱动联接器、所述第三驱动联接器和所述第四驱动联接器中的每一个包括：

扭转杆，所述扭转杆具有被对齐为平行于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块的外侧壁的长度，所述扭转杆的所述长度至少相当于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的所述对应感测质量块的所述外侧壁的边缘长度；

第一联接连杆，所述第一联接连杆联接到所述扭转杆的第一端部；以及

第二联接连杆，所述第二联接连杆联接到所述扭转杆的第二端部，所述第一联接连杆和所述第二联接连杆将所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块与所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的对应致动器联接，并且其中

所述第一感测质量块和所述第四感测质量块被配置成在平行于第一轴线的第一驱动方向上通过所述第一致动器和所述第四致动器被驱动，所述第一轴线被朝向为平行于所述平面表面；

所述第二感测质量块和所述第三感测质量块被配置成在与所述第一驱动方向相反的第二驱动方向上通过所述第二致动器和所述第三致动器平行于所述第一轴线被驱动，使得所述第二感测质量块和所述第三感测质量块相对于所述第一感测质量块和所述第四感测质量块经历反相驱动运动；

所述MEMS装置对绕第二轴线的角速度敏感，所述第二轴线平行于所述基板的所述平面表面并且垂直于所述第一轴线；

所述第一感测质量块和所述第四感测质量块被配置成响应于角速度传感器绕所述第二轴线的所述角速度而在平行于第三轴线的第一感测方向上移动，所述第三轴线被朝向为垂直于所述基板的所述平面表面；并且

所述第二感测质量块和所述第三感测质量块被配置成响应于所述角速度传感器绕所述第二轴线的所述角速度而在与所述第一感测方向相反的平行于所述第三轴线的第二感测方向上移动，使得所述第二感测质量块和所述第三感测质量块相对于所述第一感测质量块和所述第四感测质量块经历反相感测运动。

10.一种用于操作微机电系统(MEMS)角速度传感器装置的方法，所述MEMS角速度传感器装置包括具有平面表面的基板、第一感测质量块、第二感测质量块、第三感测质量块、第四感测质量块、第一致动器、第二致动器、第三致动器以及第四致动器，其特征在于，所述方法包括：

在平行于第一轴线的第一驱动方向上通过所述第一致动器和所述第四致动器驱动所述第一感测质量块和所述第四感测质量块，所述第一轴线被朝向为平行于所述平面表面；以及

在与所述第一驱动方向相反的第二驱动方向上通过所述第二致动器和所述第三致动器平行于所述第一轴线驱动所述第二感测质量块和所述第三感测质量块，使得所述第二感测质量块和所述第三感测质量块相对于所述第一感测质量块和所述第四感测质量块经历反相驱动运动；

其中第一驱动联接器将所述第一感测质量块和所述第一致动器互连，第二驱动联接器将所述第二感测质量块和所述第二致动器互连，第三驱动联接器将所述第三感测质量块和所述第三致动器互连，并且第四驱动联接器将所述第四感测质量块和所述第四致动器互连；并且

其中所述第一驱动联接器、所述第二驱动联接器、所述第三驱动联接器和所述第四驱动联接器中的每一个包括：扭转杆，所述扭转杆具有被对齐为平行于所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块的外侧壁的长度；第一联接连杆，所述第一联接连杆联接到所述扭转杆的第一端部；以及第二联接连杆，所述第二联接连杆联接到所述扭转杆的第二端部，所述第一联接连杆和所述第二联接连杆将所述第一感测质量块、所述第二感测质量块、所述第三感测质量块和所述第四感测质量块中的相邻感测质量块与所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器中的对应致动器联接。