CN111465821A - 芯片上间隙测量 - Google Patents

Abstract

MEMS陀螺仪包括以驱动频率驱动的悬挂弹簧质块系统的检测质块。在驱动运动期间，检测质块相对于感测电极移动，使得检测质块和感测电极的重叠变化。科里奥利力导致检测质块相对于感应电极移动。感测由于科里奥利力而引起的重叠和移动，并且基于由于重叠以及科里奥利力的变化而产生的信号的幅度来确定角速度。

Description

芯片上间隙测量

本申请要求于2017年12月13日提交的美国临时申请No.62/598,349以及于2018年9月13日提交的美国申请No.16/130,695的权益，这些申请在此通过引用整体并入本文。

背景技术

诸如智能电话、智能手表、平板电脑、汽车、空中无人机(aerial drone)、电器、飞行器、锻炼辅助设备和游戏控制器等许多物品在其操作期间可以利用运动传感器。在许多应用中，各种类型的运动传感器(诸如加速度计和陀螺仪)可以被独立地分析或一起分析，以确定用于特定应用的各种信息。例如，陀螺仪和加速度计可以用于游戏应用(例如，智能电话或游戏控制器)以捕获用户的复杂运动，无人机和其它飞行器可以基于陀螺仪测量(例如，滚动、俯仰(pitch)和偏航(yaw))来确定朝向，并且车辆可以利用测量来确定方向(例如，用于航位推算(dead reckoning))和安全性(例如，用于识别打滑或翻滚状况)。

运动传感器(诸如加速度计和陀螺仪)可以被制造为使用半导体制造技术制造的微机电(MEMS)传感器。MEMS传感器可以包括可移动的检测质块，该检测质块可以响应于力，诸如线加速度(例如，对于MEMS加速度计)、角速度(例如，对于MEMS陀螺仪)和磁场。可以基于检测质块响应于力的移动来测量这些力在可移动检测质块上的操作。在一些实施方式中，基于形成用于感测移动的电容器的可移动检测质块与电极之间的距离来测量该移动。

在MEMS陀螺仪的情况下，使某些微机械部件以驱动频率振动。多个部件通常由许多弹簧物理连接，每个弹簧被设计为使得能够在某些方向上运动，同时限制在其它方向上的移动。当以驱动频率振动的质块由于旋转而沿着垂直于驱动轴的轴经受科里奥利力时，如果弹簧或其它结构特征件不阻止这种运动，那么它将沿着该科里奥利轴(例如，“感测”轴或“科里奥利”轴)移动。该科里奥利力与旋转的角速度成比例。然后可以基于质块(或者在一些应用中，通过附加弹簧连接的附加检测质块)在感测方向上的运动，例如，基于移动的感测质块与陀螺仪的固定部件之间的相对距离来感测该运动。

随着时间的推移，MEMS传感器中的部件的物理或电气属性可能发生变化，诸如弹簧刚度的变化、驱动检测质块的电压的变化、检测质块和电极之间的电容间隙的变化、电路增益的漂移等。当传感器输出中未适当考虑这些变化，那么可能会发生测量误差。此外，MEMS传感器可使用半导体制造技术由多个层来制造，使得MEMS传感器的部件之间的相对距离基于制造公差和类似因素而变化。环境条件和最终使用环境可能影响MEMS传感器的部件。这些因素和其它因素可能导致MEMS传感器内的部件的位置偏离传感器内的理想地点或设计地点，并且也可能导致测量误差。

发明内容

在本公开的实施例中，用于测量力的示例性微机电(MEMS)传感器包括位于MEMS传感器的MEMS层内的检测质块，该检测质块包括检测质块平坦表面。示例性MEMS传感器可以包括电极，该电极包括电极平坦表面以与检测质块形成第一电容器，其中电极平坦表面面对检测质块平坦表面以形成第一电容器。可以使检测质块根据驱动运动而振荡，其中电极平坦表面和检测质块平坦表面的面对部分的重叠在驱动运动期间变化。示例性MEMS传感器可以附加地包括被配置为从第一电容器接收感测信号的处理电路系统。基于感测信号，处理电路系统可以测量由于检测质块和电极之间的重叠的变化而产生的信号的幅度，并且基于信号的幅度来修改力的计算。例如，示例性MEMS传感器可以基于由于检测质块与电极之间的重叠的变化而产生的信号的幅度来估计检测质块的驱动位移、检测质块的电压、检测质块和电极之间的电容间隙、和/或与MEMS传感器相关联的放大器的电路增益，并且可以基于该估计来修改由MEMS传感器测量的力的计算。

在本公开的实施例中，示例性微机电(MEMS)陀螺仪包括基板层，其中基板层包括在基板层的上表面上的电极。示例性MEMS陀螺仪还可以包括MEMS层，其中MEMS层包括检测质块，并且其中检测质块的下表面面对电极以形成电容器。可以使检测质块根据驱动运动而振荡，其中电极和检测质块的面对部分的重叠在驱动运动期间变化。示例性MEMS陀螺仪还可以包括处理电路系统，该处理电路系统被配置为从电容器接收感测信号，从感测信号测量基于重叠的变化而产生的信号的幅度，基于检测质块与驱动运动正交的移动接收力信号，并且基于力信号和基于重叠的变化而产生的信号的幅度(例如，通过基于信号的幅度估计传感器参数并基于估计的传感器参数修改力的计算)来计算力。

在本公开的实施例中，微机电(MEMS)传感器通过使检测质块根据驱动运动而振荡来确定力，其中检测质块位于MEMS传感器的MEMS层内并且包括检测质块平坦表面。MEMS传感器可以包括电极，该电极包括面对检测质块平坦表面以形成第一电容器的电极平坦表面。电极平坦表面和检测质块平坦表面的相对部分的重叠在驱动运动期间可能变化。MEMS传感器可以从第一电容器接收感测信号，基于感测信号测量重叠的变化，并且基于重叠的变化来修改力的计算。

附图说明

结合附图考虑以下详细描述，本公开的上述和其它特征、其性质以及各种优点将变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本公开的实施例的说明性运动感测系统；

图2示出了根据本公开的一些实施例的说明性传感器设计；

图3示出了根据本公开的一些实施例的在驱动运动期间的说明性传感器输出；

图4A示出了根据本公开的一些实施例的在驱动力下的检测质块和电极的说明性构造；

图4B示出了根据本公开的一些实施例的在驱动力下的未对准的检测质块和电极的说明性构造；

图4C示出了根据本公开的一些实施例的在驱动力下的容忍未对准的检测质块和电极的说明性构造；

图5示出了根据本公开的一些实施例的说明性信号路径；以及

图6示出了根据本公开的一些实施例的说明性传感器输出。

具体实施方式

示例性MEMS传感器可以包括基板和MEMS层。电极可以形成在基板的表面上，并且MEMS层可以被设计为平行于基板和电极的顶表面定位。MEMS层包括诸如通过接合到MEMS层的框架或接合到基板和/或盖层而固定在MEMS传感器内的锚定件点。可以在MEMS层内图案化MEMS传感器的可移动部件以形成从锚定件悬挂的弹簧和质块。这些悬挂的部件可以共同形成悬挂的弹簧-质块系统。

悬挂的弹簧-质块系统的可移动部件中的活动部件可以被设计为响应于施加的驱动力、感测力或两者而在平面内(例如，在MEMS层内)和在平面外(例如，在MEMS层之外，朝着基板或远离基板)移动。对于感测的参数(诸如线加速度、角速度或磁场)的测量可以基于这些活动部件在MEMS层内相对于MEMS传感器的其它部分(诸如位于基板上的电极)的适当移动。如果活动部件没有相对于位于基板上的电极适当地位于MEMS层内，那么传感器可能无法适当地工作，并且感测到的值可能被不适当地缩放。

出于多种原因，诸如制造公差、最终使用的物理和/或环境条件(例如，温度)、内部部件的磨损、电特性的变化、外部应力等，活动部件可能会从位于基板上的电极移位。本文描述的MEMS传感器可以执行自校准以考虑传感器信号输出变化。例如，示例性MEMS传感器可以利用MEMS陀螺仪中检测质块的驱动运动以及与感测电极相关联的重叠变化来估计MEMS陀螺仪的间隙变化。示例性MEMS传感器可以利用间隙变化的估计来校准MEMS传感器的灵敏度。

在一些实施例中，示例性MEMS陀螺仪可以从感测电极输出的信号中提取测试信号。例如，感测电极的尺寸可以相对于被驱动的检测质块来确定，使得检测质块和电极之间的重叠面积在驱动频率的每个周期期间具有两次增加和减少的部分，从而导致由于具有两倍于底层驱动频率的频率的重叠而引起的测得的电容变化。来自感测电极的输出信号可以包括多路复用信号，该多路复用信号包括由于科里奥利力而产生的处于驱动频率的信号和由于重叠变化而产生的处于驱动频率的两倍的信号。示例性MEMS陀螺仪可以对信号进行解复用以基于科里奥利力的测量和基于重叠变化而产生的测试信号来提取信号。示例性MEMS传感器可以基于测试信号(例如，通过基于测试信号来估计电容间隙的变化)针对MEMS传感器的参数的任何变化来校正计算出的力(例如，校正电容间隙的变化)。

在一些实施例中，示例性MEMS陀螺仪可以从辅助电极产生测试信号。例如，作为对感测电极的补充，MEMS陀螺仪可以包括附加的测试电极。测试电极可以紧邻感测电极定位，使得感测电极的参数的任何变化可以通过在测试电极处测量的变化来近似(例如，由于外部应力而导致的检测质块与感测电极之间的电容间隙的任何变化都可以与检测质块与测试电极之间的电容间隙的任何变化大致相同)。可以将测试电极配置为使得检测质块在测试电极上的重叠量在驱动频率的周期内变化。由测试电极产生的信号可以基于检测质块与测试电极之间的重叠变化而变化。由测试电极产生的信号可以被MEMS陀螺仪用来确定MEMS传感器的特性的任何变化，并且可以用于校正该变化(例如，MEMS传感器可以估计电容间隙的变化并且可以基于估计的电容间隙的变化来调整力计算)。

结果得到的测试信号可以用于估计检测质块与基板之间的距离或间隙，即，不是由于感测到的力或MEMS陀螺仪的其它参数(诸如驱动位移、检测质块电压和放大器增益)而导致的距离或间隙。对间隙的估计可以用于例如通过改变与感测到的力相关联的比例因子或者以其他方式修改所确定的力的值来修改由感测到的力产生的信号。以这种方式，即使检测质块与基板之间的间隙不同于预期间隙，或者随时间变化，也可以基于间隙的实际测量来补偿感测到的力的值。

图1描绘了根据本公开的一些实施例的示例性运动感测系统10。虽然图1中描绘了特定部件，但是应该理解的是，对于不同的应用和系统，可以根据需要使用传感器、处理部件、存储器和其它电路系统的其它合适组合。在如本文描述的实施例中，运动感测系统可以至少包括MEMS陀螺仪12和支持电路系统，诸如处理电路系统14和存储器16。在一些实施例中，一个或多个附加的传感器18(例如，附加的MEMS陀螺仪、MEMS加速度计、MEMS麦克风、MEMS压力传感器和指南针)可以被包括在运动处理系统100内，以提供集成的运动处理单元(“MPU”)(例如，包括3轴MEMS陀螺仪感测、3轴MEMS加速度计感测、麦克风、压力传感器和指南针)。

处理电路系统14可以包括基于运动处理系统10的要求来提供必要处理的一个或多个部件。在一些实施例中，处理电路系统14可以包括硬件控制逻辑，该硬件控制逻辑可以被集成在传感器的芯片内(例如，在MEMS陀螺仪12或其它传感器18的基板或盖上，或者在芯片的与MEMS陀螺仪12或其它传感器18相邻的一部分上)，以控制MEMS陀螺仪12或其它传感器18的操作并执行MEMS陀螺仪12或其它传感器18的各方面的处理。在一些实施例中，MEMS陀螺仪12或其它传感器18可以包括允许硬件控制逻辑的操作的各方面被修改(例如，通过修改寄存器的值)的一个或多个寄存器。在一些实施例中，处理电路系统14还可以包括处理器(诸如微处理器)，该处理器执行例如存储在存储器16中的软件指令。微处理器可以通过与硬件控制逻辑交互来控制MEMS陀螺仪12的操作，并且处理从MEMS陀螺仪12接收的信号。微处理器可以以类似的方式与其它传感器交互。

虽然在一些实施例(图1中未描绘)中，MEMS陀螺仪12或其它传感器18可以直接与外部电路系统通信(例如，经由串行总线或到传感器输出和控制输入的直接连接)，但在一个实施例中，处理电路系统14可以处理从MEMS陀螺仪12和其它传感器18接收的数据，并且经由通信接口20(例如，SPI或I2C总线，或者在汽车应用中是控制器局域网络(CAN)或本地互连网络(LIN)总线)与外部部件通信。处理电路系统14可以将从MEMS陀螺仪12和其它传感器18接收到的信号转换成适当的测量单位(例如，基于由通过通信总线20通信的其它计算单元提供的设置)并且执行更复杂的处理，以确定诸如朝向或欧拉角之类的测量，并且在一些实施例中，根据传感器数据确定特定活动(例如，步行、跑步、刹车、打滑、滚动等)是否正在发生。

在一些实施例中，在可以被称为传感器融合的处理中可以基于来自多个MEMS惯性传感器12和其它传感器18的数据确定某些类型的信息。通过结合来自各种传感器的信息，能够准确地确定在各种应用(诸如图像稳定、导航系统、汽车控制和安全、航位推算、远程控制和游戏设备、活动传感器、三维相机、工业自动化以及众多其它应用)中有用的信息。

示例性MEMS陀螺仪12可以包括一个或多个可移动的检测质块，其被配置为允许MEMS传感器沿着轴线测量期望的力(例如，线加速度、角速度、磁场等)。在一些实施例中，一个或多个可移动的检测质块可以从锚定点悬挂，锚定点可以是指MEMS传感器的任何固定的部分，诸如从平行于设备的MEMS层的层(例如，CMOS层)延伸的锚定件、设备的MEMS层的框架或MEMS设备的相对于可移动检测质块固定的任何其它合适部分。检测质块可以被布置为使得它们响应于测量的力而移动。检测质块相对于固定表面(例如，延伸到MEMS层中或平行于基板上的可移动质块定位的固定感测电极)的响应于测量的力的移动被测量并进行缩放，以确定期望的惯性参数。

图2示出了根据本公开的实施例的说明性MEMS陀螺仪设计。虽然图2的陀螺仪可以包括任何合适的部件，但是在示例性实施例中，图2的陀螺仪可以包括驱动质块202a、202b、202c和202d；杠杆锚定件208a、208b、208c和208d；杠杆臂212a、212b、212c和212d；检测质块216a、216b、216c和216d；驱动锚定件222a/b和222c/d；以及如本文所述的多个弹簧和致动器。这些部件中的每一个可以定位(例如，悬挂)在MEMS设备平面内，该MEMS设备平面限定平面中的x轴和y轴，以及垂直于平面的z轴。基板可以位于与MEMS设备平面平行的平面中(例如，在MEMS设备平面下方)，并且在一些实施例中，基板可以包括感测元件(例如，电极220a、220b、220c和220d)、基板层内的CMOS电路以及从基板延伸到MEMS设备平面中的各种被锚定部件，以提供锚定件、致动器和用于悬挂和操作MEMS陀螺仪的其它部件。

如本文所述，驱动质块202a、202b、202c和202d中的每一个可以具有在相应的驱动方向上施加在驱动质块上的相应驱动运动。虽然可以根据本公开使用任何合适的致动方法，但是在一个实施例中，可以通过相应的静电致动器204a、204b、204c和204d使得驱动质块在驱动方向上移动。在图2中描绘的示例性实施例中，静电致动器204a、204b、204c和204d可以锚定到基板并从该处延伸到MEMS设备平面中。静电致动器可以以使得驱动质块(其可在MEMS设备平面内移动)在沿着x轴的驱动方向上在MEMS设备平面内振荡的方式相对于驱动质块定位。虽然可以根据本公开使用任何合适的静电致动，但是在一个实施例中，每个驱动质块及其相关联的致动器可以形成梳状驱动器，其中相互交错的梳状指从每个驱动质块及其相关联的致动器延伸。驱动质块202a、202b、202c和202d可以各自通过相应的弹簧224a、224b、224c和224d从相应的锚定件222a/b和222c/d悬挂，相应的弹簧224a、224b、224c和224d沿着驱动轴(例如，x-轴)是顺从性的并且沿着其它轴是刚性的，以便促进驱动质块沿着驱动轴的移动。

每个驱动质块可以经由相应的弹簧耦合到相应的杠杆臂(例如，使得驱动质块202a经由弹簧206a耦合到杠杆臂212a，驱动质块202b经由弹簧206b耦合到杠杆臂212b，驱动质块202c经由弹簧206c耦合到杠杆臂212c，并且驱动质块202d经由弹簧206d耦合到杠杆臂212d)。在一个实施例中，弹簧206a、206b、206c和206d中的每一个可以包括一个或多个弹簧和/或质块，所述一个或多个弹簧和/或质块耦合并配置为使得驱动质块的驱动运动引起相应杠杆臂的旋转。虽然弹簧206a、206b、206c和206d可以以各种方式执行这个功能，但是在一个实施例中，弹簧可以是扭转顺从的，以允许杠杆臂和检测质块响应于由于围绕被测量的轴(例如，x轴)的旋转而产生的科里奥利力而在MEMS设备平面外移动(例如，在z轴方向)。在一个实施例中，虽然弹簧可以沿着驱动轴部分地顺从，但是弹簧可以具有足够的宽度(例如，沿着x轴)，使得每个杠杆臂响应于与其相关联的驱动质块的相应运动而沿着驱动轴被拉动。

在一个实施例中，每个杠杆臂可以通过以导致MEMS设备平面内的平面内旋转的方式被锚定和悬挂，而将沿着第一轴(例如，图2中的x轴)施加的驱动运动转变为沿着垂直轴的感测驱动运动。虽然合适的杠杆臂可以包括以适当的方式悬挂的多个互连的质块和弹簧以将驱动运动转变为垂直的感测驱动运动，但是在一个实施例中，每个杠杆臂可以通过在陀螺仪未被驱动时位于杠杆臂的大致中心并且沿着与耦合到驱动质块的相应弹簧的共用轴的弹簧从相应的锚定件悬挂(例如，如图2所描绘的)。因此，弹簧210a可以与弹簧206a共用轴并且将杠杆臂212a从锚定件208a悬挂，弹簧210b可以与弹簧206b共用轴并且将杠杆臂212b从锚定件208b悬挂，弹簧210c可以与弹簧206c共用轴并且将杠杆臂212c从锚定件208c悬挂，并且弹簧210d可以与弹簧206d共用轴并且将杠杆臂212d从锚定件208d悬挂。杠杆臂与弹簧和锚定件(经由弹簧)的相应耦合可以导致每个杠杆臂响应于由驱动质块经由弹簧施加的驱动运动而围绕其在MEMS设备平面中的锚定件旋转。每个杠杆臂围绕每个相应锚定件的旋转可以导致每个杠杆臂的端部处的运动，该运动沿着MEMS设备平面中的y轴。

每个杠杆臂可以经由一个或多个耦合器耦合到一个或多个检测质块。在一个实施例中，每个杠杆臂可以在杠杆臂的每个端部处耦合到检测质块，使得在图2的实施例中，杠杆臂212a经由检测质块弹簧214a耦合到检测质块216a并经由检测质块弹簧214b耦合到检测质块216b，杠杆臂212b经由检测质块弹簧214a耦合到检测质块216a并经由检测质块弹簧214b耦合到检测质块216b，杠杆臂212c经由检测质块弹簧214c耦合到检测质块216c并经由检测质块弹簧214d耦合到检测质块216d，并且杠杆臂212d经由检测质块弹簧214c耦合到检测质块216c并经由检测质块弹簧214d耦合到检测质块216d。虽然来自每个驱动质块的每个驱动运动可以从其它驱动质块解耦，但是在一个实施例中，可以协调驱动运动以使得杠杆臂基于耦合到每个检测质块的每对杠杆臂是以顺时针还是逆时针方式共同旋转而共同使每个检测质块在正y方向或负y方向上移动。驱动质块可以以驱动频率被驱动，使得杠杆臂和检测质块被驱动为以驱动频率(对于杠杆臂为旋转地，对于检测质块为线性地)振荡。

在一个实施例中，电极220A-220D和检测质块216A的尺寸可以被确定为使得检测质块沿着y轴的驱动运动改变由每个电极/检测质块对形成的电容器的重叠。例如，在如图2中描绘的静止位置中，每个检测质块可以完全与其相关联的电极重叠(例如，检测质块216A可以完全与电极220A重叠，检测质块216B可以完全与电极220B重叠，检测质块216C可以完全与电极220C重叠，并且检测质块216D可以完全与电极220D重叠)。当驱动运动在每个方向上移动时，检测质块在该方向上的位移可以使得检测质块不再与下面的电极完全重叠，例如，使得在负y方向上的驱动运动的一部分期间，电极的正y方向部分不会与其相关联的检测质块重叠，反之亦然。

在一些实施例中(图2中未描绘)，间隙感测或测试电极可以与感测电极分离，并且可以被定位及确定尺寸以使得重叠的变化中的特定图案可以被测试电极感测到，使得由测试电极产生的信号可以用于校准感测电极的测量。在一个非限制性实施例中，测试电极可以在检测质块静止时与检测质块的端部部分重叠。测试电极可以被定位成使得在驱动运动的一部分(例如，正y方向运动或负y方向运动之一)期间，测试电极和检测质块的重叠增加，而在驱动运动的另一部分中，测试电极与检测质块的重叠减少。在另一个示例性实施例中，测试电极可以被定位在单个检测质块的每个端部，并且可以类似地确定尺寸及定位以使得随着检测质块与测试电极中的第一个测试电极的重叠减少，另一个测试电极的重叠增加。

当沿着y轴驱动检测质块时，检测质块可能由于传感器围绕垂直于感测驱动轴并且检测质块沿该轴的移动被陀螺仪结构的配置允许的轴旋转而经历科里奥利力。在图2的示例性陀螺仪设计中，检测质块可响应于围绕被测轴(例如，x轴)的旋转而经历平面外科里奥利力(例如，沿着z轴)，其中科里奥利力的方向基于感测驱动运动的方向(例如，y轴)和围绕被测轴(例如，x轴)的旋转方向。可以以任何合适的方式感测检测质块在MEMS设备平面外的移动，诸如静电、压电或光学感测。在如图2所描绘的静电感测的示例性实施例中，一个或多个电极可以与检测质块平行地定位(例如，在检测质块下方的基板上)，以与每个检测质块形成电容器(例如，电极220a与检测质块216a形成电容器，电极220b与检测质块216b形成电容器，电极220c与检测质块216c形成电容器，并且电极220d与检测质块216d形成电容器)。每个检测质块的电容可以基于每个检测质块和与其相关联的感测电极之间的相对距离而改变。在图2的示例性实施例中，可以差分地感测电容的变化。一个或多个质块在平面外远离基板的移动可以对应于一个或多个检测质块中的另一个在平面外朝着基板的移动。

图2的示例性陀螺仪可以包括两个类似的陀螺仪部分，每个陀螺仪部分包括相似数量和构造的驱动质块、杠杆臂和检测质块。虽然在图2中描绘了两个驱动质块、杠杆臂和检测质块，但是应该理解的是，在其它实施例中，其它数量和构造的检测质块是可能的。在图2的示例性实施例中，每个陀螺仪部分包括相应的驱动系统(例如，包括两个驱动质块、两个第一弹簧、两个杠杆臂和两个附加弹簧)和相应的感测系统(例如，包括两个感测弹簧和两个检测质块)。耦合弹簧218可以将两个陀螺仪部分耦合在一起，使得陀螺仪部分的驱动感测运动和科里奥利响应耦合，从而导致检测质块216b和216c与检测质块216a和216d反相地一起移动。

如本文所述，驱动质块202a-202d可以被驱动以沿着x轴振荡，其中两个质块相对于另外两个质块反相移动。这种驱动运动导致杠杆臂202a和202b一致地顺时针和逆时针旋转，而杠杆臂202c和202d类似地一致地旋转。杠杆臂的这些旋转进而使得检测质块216a与检测质块216b反相地移动并且检测质块216c与检测质块216d反相地移动。只要悬挂的弹簧-质块系统平行于基板适当地定位，所有驱动质块、杠杆臂和检测质块的运动就都在MEMS层内，使得这些部件中的任何一个都不会在操作期间在没有外力的情况下相对于基板或基板电极移动。示例性MEMS传感器的驱动和感测运动在2017年4月4日提交的标题为“OUTOFPLANE SENSING GYROSCOPE ROBUST TO EXTERNAL ACCELERATION AND ROTATION”的美国专利申请No.15/232,463中进一步详细描述，该美国专利申请通过引用整体并入本文。

如本文所述，感测到的角速度的确定可以基于检测质块与电极之间的z轴距离的变化。每个电容器的电容值基于由于科里奥利力引起的移动而变化。但是，电容值不仅取决于由于科里奥利力引起的距离的相对变化，而且还取决于绝对距离，例如，当检测质块静止或未经受科里奥利力时的间隙。如本文所述，基于检测质块与电极之间的重叠的变化而产生的信号可以用于估计该间隙和/或补偿感测到的力。

图3示出了根据本公开的一些实施例的在驱动运动期间的说明性传感器输出。在图3中，检测质块216被描绘为沿着驱动轴(y轴)具有与电极220相同的长度，但是在其它实施例中，相对尺寸可以如本文所述进行修改。传感器输出302描绘了在检测质块216和电极220之间形成的电容器的测得电容，如在曲线图上所描绘的，该曲线图具有沿着水平轴的检测质块216的y轴位置和沿着垂直轴的电容。示出了在驱动运动的过程中检测质块216的移动，其中检测质块216经历沿着负y轴方向的位移，该位移改变了与电极220的重叠，并且使得检测质块216经历沿着正y轴方向的位移，该位移也改变了与电极220的重叠。

如以上关于图2所讨论的，检测质块216可以响应于驱动力而沿着Y轴移动，从而引起杠杆臂212A、212B、212C和/或212D绕z轴顺时针或逆时针旋转。从零y轴位移开始，驱动力可以引起检测质块216在MEMS层内沿着负y轴方向移动(例如，由于驱动力引起杠杆臂212A、212B、212C、212D之一的旋转等)。当检测质块216经历零y轴位移(例如，在驱动周期的开始，其中检测质块216正在开始从静止被驱动；在驱动周期的中间，其中检测质块已经历周期中的最大负y轴位移或最大正y轴位移；或者在驱动周期的结束，其中检测质块216已经历最大正y轴位移和最大负y轴位移二者)时，在由x-y轴形成的平面中的检测质块216的底表面与在由x-y轴形成的平面中的电极220的顶表面最大程度地重叠。因为检测质块216和电极220在沿着y轴的零位移处实现最大重叠，因此在驱动周期内，电极220将在检测质块216相对于电极220沿着y轴经历零位移时检测到电极220和检测质块216之间的最大电容。

当检测质块216从沿着y轴具有零位移的静止位置在负y轴方向上沿着y轴移动时，检测质块216在负y轴方向上的边缘可能重叠并经过电极220在负y轴方向上的边缘，从而导致由电极220测量的电容减小。例如，当检测质块216在负方向上沿着y轴移动并经过电极220在负y轴方向上的边缘时，检测质块216的底表面(例如，检测质块216在x-y平面中沿着负z轴方向的表面)与电极220的顶表面(例如，电极220在x-y平面中沿着正z轴方向的表面)之间的重叠面积。这导致两个表面之间的重叠面积减小，使得电容相对于检测质量216沿着y轴的位置线性减小。

类似地，当检测质块216沿着y轴在正y轴方向上移动(例如，从最大负y轴位移的点到最大正y轴位移的点)时，检测质块216和电极220之间的测得电容将随着检测质块216之间的重叠面积增加而增加，并且将随着检测质块216和电极220之间的重叠面积减小而开始减小。例如，当检测质块216从零y轴位移被驱动到最大y轴位移时，检测质块216在正y轴方向上的边缘将经过电极220在正y轴方向上的边缘，从而导致检测质块216不再与电极220完全重叠。由于当检测质块216沿着正y轴方向被驱动时重叠面积的线性减小，电极220将测量到电极216和220之间的线性减小的电容，直到检测质块216达到最大正y轴位移点。

由于检测质块216与电极220的对准(例如，当检测质块216未被驱动时检测质块216与电极220完全重叠，使得沿着y轴方向，检测质块216的中间与电极220的中间对准)和使检测质块沿着正y轴方向和沿着负y轴方向经历相等量的位移的对称驱动力，由电极220测得的电容将是驱动频率的两倍。例如，在一个驱动周期期间，检测质块216可以在零y轴位移处开始，其中电极220测得最大电容(例如，由于电极220与检测质块216之间的最大重叠量)。在驱动周期的前四分之一期间，可以沿着y轴在负方向上驱动检测质块216，直到检测质块216达到最大负y轴位移点。因为当检测质块在负y轴方向上最大位移时检测质块216和电极220之间的重叠面积最小，因此电极220将测得最低电容。对于驱动周期的第二个四分之一的检测质块216可以从最大负y轴位移的点到零y轴位移的点进行。因为检测质块216的底表面再次与电极220的顶表面完全重叠，因此电极220将测得最大电容。当检测质块216完成驱动周期的第三个四分之一时，检测质块216可以在正y轴方向上达到最大位移。因为检测质块216的底表面与电极220的顶表面之间的重叠面积最小，因此电极220将再次测得最小电容。当检测质块216沿着负y轴方向移动以完成周期的最后四分之一时，检测质块216再次与电极220完全重叠并测得最大电容。由于信号幅度与电容成比例，并随后与z距离成比例，因此该信号可以用于检测间隙的变化。

如上所示，结果产生的信号是驱动频率的两倍。如下面关于图5进一步讨论的，由于检测质块216沿着y轴的移动而在电极220处测得信号与由检测质块216上的外力产生的信号在频域中相加(例如，旋转力使检测质块216沿着z轴行进，从而随着检测质块216和电极220之间的间隔增大或减小而使得由电极220测得的电容增大或减小)。由于信号是在频域中相加的，因此可以使用技术来将两倍于驱动频率的信号(例如，由于y轴驱动运动导致的重叠的变化)与驱动频率的信号(例如，由于以驱动频率改变z轴方向/极性的科里奥利力)分离。虽然在图3中示出了传感器输出302因检测质块216与电极220之间的重叠变化而变化，但传感器输出的振幅还与施加到检测质块的电压、集成电路(IC)增益成比例，并且与检测质块216和电极220之间的间隙成反比。由于测得的科里奥利输出的灵敏度(例如，由于施加到MEMS陀螺仪并由其测量的外力)也是这些参数(诸如电容间隙和IC增益)的函数，因此可以利用传感器输出302通过示例性MEMS陀螺仪来校准测量的科里奥利力的灵敏度。

图3中描绘的检测质块216沿着y轴相对于电极220的移动以及由电极220测量的结果产生的信号是示例性实施例，其中当检测质块216没有经历驱动力时，检测质块216与电极220完美对准，并且其中驱动力使检测质块216在负y轴方向上移动与其在正y轴方向上移动相等的量。但是，由于制造公差，温度的变化、部件随时间的磨损、电容间隙的变化等，上述条件可能无法始终满足，从而导致来自MEMS传感器的感测通道的测量误差。优选地，从电极220提取信号，该信号可以被MEMS传感器用来校准测量感测到的力的换能器的灵敏度。本文中描述了示例性的方法和系统，该方法和系统基于驱动运动和检测质块(例如，检测质块216)的相关联重叠变化以及与感测电极(例如，电极220)的相关联重叠变化来生成测试信号(例如，用于校准和/或校正科里奥利力的测量误差的信号)。由电极220产生的信号可以与表示由于驱动力而导致检测质块216沿着y轴的移动的信号(例如，测试信号)和由于外力(诸如陀螺仪的旋转)而导致检测质块216沿着z轴的移动的信号(例如，科里奥利力信号)之和分离。

图4A描绘了根据本公开的一些实施例的经受驱动力的检测质块和电极的说明性构造。具体而言，图4A图示了示例性实施例，其中检测质块216沿着y轴具有与电极220相同的尺寸。在图4A中，检测质块216被描绘为相对于电极220具有零未对准(例如，当检测质块216没有经受驱动力时，检测质块216的中间沿着y轴方向与电极220的中间对准)。例如，类似于相对于图3中描绘的电极220的检测质块216的示例性构造，检测质块216在驱动周期中两次(例如，在驱动周期的开始和驱动周期的中间)实现与电极220的最大重叠。由电极220测得的、由检测质块216由于驱动力而沿着y轴的移动引起的所产生的电容信号的频率是驱动力的频率的两倍，并且该电容信号与检测质块216沿着y轴的位置成比例。因为该信号与由检测质块216由于外力而在z轴方向上的移动引起的信号在频域中相加，因此可以分离并单独评估这两个信号(例如，从而确定由检测质块216由于驱动力而在y轴方向上的移动引起的测试信号，以及确定由检测质块216由于外力而在z轴方向上的移动引起的科里奥利力信号)。

但是，如以上所讨论的，由于制造公差、温度的变化、MEMS层中弹簧的物理特性的变化等，难以实现检测质块216相对于电极220的完美对准。图4B描绘了当检测质块216相对于电极220沿着y轴不对准(例如，由于最小制造公差使得检测质块216与电极220不对准，其中检验质块216的中间与电极220的中间沿y轴方向不对准)时，所产生的检测质块216相对于电极220的移动。在图4B的示例性实施例中，当检测质块216沿着负y轴方向处于最大位移时，由于驱动力，检测质块216的大约一半与电极220重叠。当检测质块沿着y轴在正方向上移动时，检测质块216不与电极220发生最大重叠，直到检测质块216沿着y轴在正方向上达到其最大位移。因为当检测质块从负y轴方向上的最大位移点移动到正y轴方向上的最大位移点时，检测质块216之间的重叠面积仅增加，因此电极220将测得仅增加的电容信号。由于该信号随着检测质块216沿着y轴在正方向上移动而仅增加，并且随着检测质块216沿着y轴在负y轴方向上移动而仅减小，因此由检测质块216沿着y轴的移动引起的所产生的信号与驱动信号处于相同的频率。因此，由于由检测质块216沿着y轴的移动引起的信号和由检测质块216沿着z轴的移动引起的信号处于相同的频率，并且在频域中相加，因此这些信号不能如前所述那样被分离。因此，检测质块216的未对准将引起测量误差，因为不清楚电容的什么变化归因于检测质块216沿着y轴的移动，电容的什么变化归因于检测质块216沿着z轴的移动。

图4C描绘了根据本公开的一些实施例的经历驱动力的容忍未对准的检测质块和电极的说明性构造。例如，图4C描绘了检测质块216，其沿着y轴的尺寸大于电极220沿着y轴的尺寸。虽然在图4C中绘出的示例性实施例中，检测质块216未与电极220未对准(例如，检测质块216的中间沿着y轴方向与电极220的中间对准)，但是通过减小电极220的尺寸，检测质块216最多可未对准达距离402(“a”)而仍将产生为驱动频率的两倍的输出信号，假定驱动振幅至少大于未对准距离和“a”之间的差。

例如，当检测质块216不在驱动力下，或者在驱动周期的开始、中间或结束时，检测质块216的中间沿着y轴与电极220的中间对准。随着检测质块216在负y轴方向上移动，最初检测质块216与电极220之间的重叠是不变的(例如，当检测质块216在负y轴方向上移动但是在检测质块216的最右边缘沿着y轴经过电极220的最右边缘之前时，发生相同的重叠面积)。因为检测质块216比电极220大两倍“a”，并且因为检测质块216的中心沿着y轴与电极220的中心对准。在检测质块216相对于电极220之间的重叠面积减小之前，检测质块216可以沿着y轴在负方向上移动至少“a”距离。随着重叠面积减小(例如，随着检测质块216沿着y轴方向移动大于“a”的距离)，检测质块216与电极220之间的重叠面积减小，从而导致电极220测得的电容减小。当检测质块从沿着y轴在负方向上的最大位移位置开始在正y轴方向上行进时，随着检测质块216与电极220之间的重叠面积增加，电容将增加，直到检测质块216的最右边缘经过电极220的最右边缘。当检测质块216继续沿着y轴在正方向上行进时，检测质块216的最左边缘经过电极220的最左边缘，从而导致检测质块216与电极220之间的重叠面积减小，并且因此导致电容减小。

通过将检测质块216配置为比电极220大诸如2倍“a”的值，并维持未对准和“a”之间的差小于驱动振幅，由电极220测量由于重叠的变化而引起的电容，该电容具有两倍于驱动频率的频率的周期。因为，如上面和下面关于图5所讨论的，因为由电极220从检测质块216沿着y轴的移动产生的信号与由电极220从检测质块216沿着z轴的移动产生的信号在频域中相加，因此可以将由于检测质块216的y轴位移的变化而引起的信号(例如，测试信号)与由于检测质块216的z轴位移而引起的信号分离。因为由于检测质块216的y轴位移的变化而产生的测试信号也是检测质块和电极之间的间隙的函数，因此示例性陀螺仪可以使用该测试信号来校准传感器。

图5示出了根据本公开的一些实施例的说明性信号路径。图5的示例性信号路径描绘了在加法节点508处被加到二次谐波504的一次谐波502。例如，电极220A、220B、220C和/或220D可以基于检测质块216A、216B、216C和/或216D沿着z轴的移动(例如，响应于外力，诸如图2中的示例性陀螺仪的旋转)输出表示由电极测得的电容的一次谐波信号502。电极220A、220B、220C和/或220D可以基于检测质块216A、216B、216C和/或216D沿着y轴的移动(例如，响应于驱动力)输出表示由电极测得的电容的二次谐波信号。一次谐波信号502和二次谐波信号504的求和可以发生在电极220A、220B、220C和/或220D处(例如，因为信号基于检测质块在y轴和z轴方向上的检测到的移动而在频域中求和)。

在一个实施例中，包括驱动信号和谐波信号两者的组合信号可以被解复用，使得可以单独分析谐波信号和驱动信号。虽然可以以各种方式对信号进行解复用，但是在示例性实施例中，可以生成驱动频率的信号和谐波频率的信号，以从组合信号中提取各个分量。例如，可以将驱动频率506输入到PLL中，以对由加法节点508输出的信号(例如，由电极220A、220B、220C和/或220D输出的信号)进行解复用。PLL 510可以输出驱动信号，并且可以输出具有两倍于该驱动信号的频率的信号，并且可以在频域中分别在乘法节点512和乘法节点514处将这些信号与从加法节点508输出的信号相乘。来自乘法节点512的结果产生的输出信号是科里奥利输出(例如，与检测质块216A、216B、216C和216D沿着z轴的移动对应的驱动频率的信号)，并且来自乘法节点514的结果产生的输出信号是间隙测量值(例如，与检测质块216A、216B、216C和216D沿着y轴的移动对应的两倍于驱动频率的信号)。

与科里奥利输出516对应的信号的振幅(例如，感测到的电容)基于检测质块216A、216B、216C和216D与电极220A、220B、220C和220D之间的距离响应于由于科里奥利力(例如，响应于陀螺仪的旋转的科里奥利力)导致的检测质块的移动而沿着z轴的变化而变化。但是，检测质块与基板层上的电极之间的间隙变化(例如，基于制造公差、温度、由于MEMS部件随时间的物理变化导致的间隙变化等)可能导致基线值(即，在没有科里奥利力的情况下)的偏移，这本身就会通过科里奥利输出而导致测量结果出现误差。

间隙测量值518可以被用来估计检测质块216A、216B、216C和216D与电极220A、220B、220C和220D之间的间隙，例如，对应于在不存在导致检测质块沿着z轴移动的科里奥利力的情况下的z轴距离。间隙测量信号的值与重叠程度和检测质块与电极之间的z轴距离(即，间隙)成比例。例如，基于检测质块(例如，检测质块216A、216B、216C和216D)与电极(例如，电极220A、220B、220C和220D)之间的重叠的变化而产生的信号的振幅可以由以下式子来近似，其中振幅(Amplitude)是基于重叠变化而产生的信号的振幅，V_pm是施加到检测质块的电压，Δ_drive是检测质块的驱动振幅的变化，间隙(gap)是检测质块与电极之间的电容间隙，K_IC是与示例性MEMS陀螺仪相关联的放大器的集成电路增益，并且其中W和L是电极表面的宽度和长度：

或

以这种方式，可以对该信号进行分析(例如，基于原始值、间隙值的变化率、间隙值随时间的变化等)，以便在执行角速度的计算时补偿间隙的变化。例如，测试信号的振幅的斜率(例如，一阶导数)大约与间隙测量值的倒数成比例。因此，示例性MEMS陀螺仪可以估计检测质块与电极之间的间隙，并且可以基于估计的间隙测量值补偿传感器输出以考虑任何不规则性。此外，测试信号依赖于传感器参数，诸如检测质块的电压、检测质块的驱动振幅以及与MEMS陀螺仪相关联的放大器的集成电路增益。因此，MEMS陀螺仪可以使用测试信号来估计和跟踪上述传感器参数，并根据需要补偿科里奥利力计算。例如，可以通过在输出角速度值的计算中修改偏移和/或缩放因子来执行补偿。

由于检测质块的平面外移动而产生的科里奥利力信号(例如，响应于陀螺仪的旋转的科里奥利力)可以使用以下式子来近似，其中振幅(Amplitude)是科里奥利力信号，V_pm是施加到检测质块的电压，Δ_drive是检测质块的驱动振幅的变化，Δ_force是由科里奥利力引起的检测质块与电极之间的距离的变化，间隙(gap)是检测质块与电极之间的电容间隙，K_IC是与示例性MEMS陀螺仪相关联的放大器的集成电路增益，其中W和L是电极表面的宽度和长度：

或

由于科里奥利输出信号的振幅与间隙距离平方的倒数近似成比例，因此示例性MEMS传感器可以利用估计的间隙值(例如，基于测试信号得出)来缩放或补偿科里奥利输出信号。由于科里奥利输出信号的振幅与可由测试信号估计的附加参数(诸如检测质块电压、IC增益和驱动振幅)成比例，因此示例性MEMS陀螺仪可以利用这些附加参数的估计来修改科里奥利力计算。

图6示出了根据本公开的一些实施例的说明性传感器输出。在图6的示例性实施例中，使用单独的间隙感测电极来感测变化和重叠。重叠的变化可以用于以与图5中的间隙测量信号518相同的方式来确定间隙距离，例如，从而通过修改科里奥利输出516来修改传感器的操作。在图6中，检测质块216与多个电极(电极220以及间隙感测或测试电极604)重叠。在图6中描绘的实施例中，所描绘的电容与电极604相关联，电极604的位置和尺寸被确定为使得电极604与检测质块216的重叠在驱动运动的一端(例如，图6中的正y方向)具有最大值并且在驱动运动的另一端(例如，图6中的负y方向)具有最小值。电极220可以相对于检测质块216被定位和确定尺寸，使得电极220在整个驱动运动中与检测质块216完全重叠。

当检测质块216由于驱动力而沿着y轴移动时，由电极604检测到的电容相对于检测质块216沿着y轴的位置线性变化。例如，当检测质块216处于具有最大负y轴位移的位置时，检测质块216与电极604之间的重叠面积(如区域606A所示)最小。因此，如信号输出602所描绘的，由电极604感测到的电容最小。随着检测质块216沿着y轴在正方向上行进，检测质块216与电极604之间的重叠将连续增加。例如，如区域606B所绘出的，当检测质块614与电极604重叠一半时，电极604将检测到与该重叠成比例的电容值(例如，大于当检测质块604在最大负y轴位置时的电容，但小于当检测质块604在最大正y轴位置时的电容)。当检测质块604沿着y轴行进到最大正y轴位移的位置时，检测质块216与电极604最大重叠，如区域606C所示，从而使电极604以其最大电容值输出信号602。基于以上所述，显然信号输出602的频率与驱动频率相同。因为由电极604输出的信号(例如，指示检测质块216沿着y轴方向的移动的信号)是与从电极220输出的信号(例如，指示检测质块216沿着z轴方向的移动的信号)分离的，可以使用信号602来近似检测质块216的间隙，而无需对信号进行解复用(例如，如图5中所示)。像关于图5所讨论的测试信号一样，信号602的振幅与

成比例或替代地与

成比例。因此，示例性MEMS陀螺仪可以使用信号602来近似传感器参数，诸如检测质块和电极之间的间隙、检测质块的电压、检测质块的驱动振幅以及集成电路增益，并且可以利用对这些参数的估计来修改对力的计算(例如，通过在对输出角速度值的计算中修改偏移量和/或缩放因子)。

在一些实施例中，包括检测质块216以及电极220和604的构造的示例性陀螺仪可以在某些时间(例如，周期性地、在启动期间等)执行校准以测量检测质块216与基板(例如，包括电极604)之间的间隙，并且在感测期间不能利用来自电极604的信号。例如，在某些时间，示例性陀螺仪可以分析由电极604输出的信号602，并且可以基于信号602来调整与电极220相关联的参数。例如，如果示例性陀螺仪可以将驱动力施加在检测质块216上以使检测质块216沿着y轴来回移动。在操作期间，示例性陀螺仪可以例如基于信号602确定检测质块216与基板之间的间隙偏离期望的间隙或者已经改变。基于该确定，示例性陀螺仪可以例如缩放来自电极220的输出(例如，科里奥利输出)以考虑测得的间隙(例如，基于相对于验证质块216的y位置变化的缩放函数)。

在一些实施例中，电极604可以位于基板层上某一距离处，使得在示例性陀螺仪的正常操作期间，检测质块216不与电极604重叠(例如，因为驱动振幅不够强而不能使得测试质块216沿着y轴移动并与电极604重叠。例如，示例性陀螺仪可以在测试质块216上施加较大的测试驱动力来执行校准例程，使得附加的驱动力导致测试质块216沿着y轴行进并与电极604重叠。示例性陀螺仪可以在正常感测操作期间以较小的驱动力来驱动检测质块216，使得检测质块216不必须与电极604重叠。

虽然本公开已经描述了例如为了修改感测到的力(诸如科里奥利力)的目的，利用重叠的变化来导出与检测质块和电极之间的间隙或这种间隙的变化相关联的信号，但是将理解的是，这样的信号可以用于其它目的。在示例性实施例中，重叠或间隙信号可以用于修改操作参数，诸如驱动力、驱动频率、施加的电压和其它合适的值。在一些实施例中，可以基于重叠或间隙信号来修改警报、警告、通知和/或操作模式。在一些实施例中，间隙信号的变化可以用于指示MEMS传感器的使用寿命，或者可以用于涉及组合的传感器值的加权或计算(例如，传感器融合)。

前面的描述包括根据本公开的示例性实施例。提供这些示例仅用于说明的目的，而不是为了限制的目的。将理解的是，本公开可以以与本文明确描述和描绘的形式不同的形式来实现，并且本领域普通技术人员可以实现与所附权利要求一致的各种修改、优化和变化。

将理解的是，质块、弹簧、杠杆、锚定部分、电极和类似部件的配置仅仅是示例性的，并且来自多个附图的各种配置可以以合适的方式组合。将进一步理解的是，其它合适的修改、添加、移除、优化或变化可以由本领域普通技术人员实现或如本文所述。

Claims (20)

1.一种用于测量力的微机电MEMS传感器，包括：

检测质块，位于MEMS传感器的MEMS层内并且包括检测质块平坦表面；

电极，包括电极平坦表面以与检测质块形成第一电容器，其中电极平坦表面面对检测质块平坦表面以形成第一电容器，其中使检测质块根据驱动运动而振荡，并且其中电极平坦表面和检测质块平坦表面的面对部分的重叠在驱动运动期间变化；

处理电路系统，被配置为从第一电容器接收感测信号、基于感测信号测量由于重叠的变化而产生的信号的幅度，并且基于由于重叠的变化而产生的信号的幅度来修改力的计算。

2.如权利要求1所述的MEMS传感器，其中所述驱动运动包括静止驱动位置、与相对于所述静止驱动位置的第一方向相关联的第一驱动位移，以及与相对于所述静止驱动位置的第二方向相关联的第二驱动位移。

3.如权利要求2所述的MEMS传感器，其中第一驱动方向是与第二驱动方向相反的方向。

4.如权利要求2所述的MEMS传感器，其中与所述静止驱动位置相关联的感测信号大于与第一驱动位移相关联的感测信号和与第二驱动位移相关联的感测信号。

5.如权利要求2所述的MEMS传感器，其中与所述静止驱动位置相关联的感测信号小于与第一驱动位移相关联的感测信号和与第二驱动位移相关联的感测信号。

6.如权利要求2所述的MEMS传感器，其中与所述静止驱动位置相关联的感测信号大于与第一驱动位移相关联的感测信号，并且小于与第二驱动位移相关联的感测信号。

7.如权利要求1所述的MEMS传感器，其中所述MEMS传感器包括陀螺仪，并且其中所述检测质块响应于所述力而在感测方向上移动，并且其中所述感测方向与所述驱动运动正交。

8.如权利要求1所述的MEMS传感器，其中所述处理电路系统还被配置为根据感测信号确定力信号和重叠信号，其中由于重叠的变化而产生的信号的测得的幅度基于所述重叠信号，并且其中所述力信号基于检测质块与电极之间的距离的变化。

9.如权利要求9所述的MEMS传感器，其中所述检测质块以驱动频率振荡，其中所述力信号的频率与所述驱动频率对应，并且其中所述重叠信号的频率与所述驱动频率的整数倍对应。

10.如权利要求10所述的MEMS传感器，其中所述处理电路系统被配置为基于以所述驱动频率解调所述感测信号来确定所述力信号，并且基于以所述驱动频率的整数倍解调所述感测信号来确定所述重叠信号。

11.如权利要求1所述的MEMS传感器，还包括第二电极，第二电极包括第二电极平坦表面以与检测质块形成第二电容器，其中第二电容器的电容响应于所述力而变化，其中力信号基于第二电容器，并且其中所述力的计算基于所述力信号。

12.如权利要求1所述的MEMS传感器，其中所述电极平坦表面与所述检测质块平坦表面平行。

13.如权利要求1所述的MEMS传感器，其中所述检测质块响应于力的位移垂直于所述电极平坦表面。

14.如权利要求15所述的MEMS传感器，其中所述驱动运动平行于所述电极平坦表面。

15.如权利要求2所述的MEMS传感器，其中所述处理电路系统被配置为基于由于重叠的变化而产生的信号来估计第一驱动位移、第二驱动位移、检测质块电压、电容间隙和电路增益中的至少一个。

16.如权利要求15所述的MEMS传感器，其中所述处理电路系统还被配置为基于第一驱动位移、第二驱动位移、检测质块电压、电容间隙和电路增益中的所估计的至少一个来修改所述力的计算。

17.如权利要求1所述的MEMS传感器，其中所述处理电路系统被配置为基于由于重叠的变化而产生的信号来估计第一电容器的电容间隙。

18.如权利要求17所述的MEMS传感器，其中所述处理电路系统还被配置为基于所估计的电容间隙来修改所述力的计算。

19.一种微机电MEMS陀螺仪，包括：

基板层，其中所述基板层包括在所述基板层的上表面上的电极；

MEMS层，其中所述MEMS层包括检测质块，其中所述检测质块的下表面面对所述电极以形成电容器，其中使所述检测质块根据驱动运动而振荡，并且其中所述电极和所述检测质块的面对部分的重叠在所述驱动运动期间变化；以及

处理电路系统，被配置为从所述电容器接收感测信号，基于所述感测信号测量由于重叠的变化而产生的信号的幅度，基于所述检测质块的与所述驱动运动正交的移动接收力信号，并且基于所述力信号和由于重叠的变化而产生的信号的幅度来计算力。

20.一种用于微机电MEMS传感器确定力的方法，包括：

使检测质块根据驱动运动而振荡，其中所述检测质块位于所述MEMS传感器的MEMS层内并且包括检测质块平坦表面，其中包括电极平坦表面的电极面对所述检测质块平坦表面以形成第一电容器，并且其中在所述驱动运动期间，所述电极平坦表面和所述检测质块平坦表面的面对部分的重叠变化；

从第一电容器接收感测信号；

基于所述感测信号测量由于重叠的变化而产生的信号的幅度；以及

基于由于重叠的变化而产生的信号的幅度来修改所述力的计算。

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