CN112213520B - 高准确度且对温度和老化具有低灵敏度的mems加速度传感器 - Google Patents

高准确度且对温度和老化具有低灵敏度的mems加速度传感器 Download PDF

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Abstract

公开了高准确度且对温度和老化具有低灵敏度的MEMS加速度传感器。一种加速度传感器，具有：悬置区域(21)，该悬置区域相对于支撑结构(24)可移动；以及感测组件(37)，该感测组件耦合至该悬置区域并且被配置成用于检测该悬置区域相对于该支撑结构的移动。该悬置区域(21)具有在与各自的质心相关联的彼此不同的至少两个构型之间可变的几何形状。该悬置区域(21)由可旋转地锚定至该支撑结构(24)的第一区域(22)以及通过弹性连接元件(25)耦合至该第一区域(22)的第二区域(23)形成，该弹性连接元件被配置成用于允许该第二区域(23)相对于该第一区域(22)相对移动。驱动组件(40)耦合至该第二区域(23)，以便控制该第二区域相对于该第一区域的相对移动。

Description

高准确度且对温度和老化具有低灵敏度的MEMS加速度传感器
本申请是申请日为2017年03月27日、申请号为201710190187.X、发明名称为“高准确度且对温度和老化具有低灵敏度的MEMS加速度传感器”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种MEMS技术中具有高准确度并且对温度和老化具有低灵敏度的加速度传感器。
背景技术
如已知的，加速度传感器或加速度计是将加速度转换成电信号的惯性传感器。MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)技术中的加速度传感器基本上由移动结构和检测系统形成，耦合至移动结构并生成供应至处理接口的相应电信号(例如，电容变化)。
图1是例如用于检测平面内加速度的已知MEMS加速度传感器的结构的示意图。在此，整体上由1来标示的传感器是单轴传感器并且具有检测由箭头a外部指示的加速度的功能，该箭头平行于笛卡尔轴(在此，笛卡尔坐标系XYZ的轴X)。
传感器1包括悬置区域2，该悬置区域通常由单晶硅或多晶硅组成，经由锚定件13和弹性悬置元件(也被称为“弹簧14”)偏心地锚定至固定区域3(仅包围图1中可见的悬置质量块2的部分)。在所展示的示例中，悬置区域2在顶视平面图(在平面XY中)中具有矩形形状，其侧面平行于轴X和Y，并且厚度在方向Z上，垂直于绘图平面，小于其在方向X和Y上的尺寸。
锚定件13基本上由柱形成，在绘图平面的垂直方向(平行于轴Z)上从衬底(不可见)开始延伸，该衬底形成固定区域3的一部分并且在悬置区域下方延伸。锚定件13限定了悬置区域2的旋转轴O。在此，旋转轴O相对于悬置质量块2的质量中心(质心)B是偏心的。确切地，旋转轴O相对于质心B沿轴Y偏移臂b。锚定件13在悬置区域2中的开口6中延伸。与悬置区域2共平面的弹簧14在锚定件13与开口6的两个相对点(沿轴Y)之间延伸穿过开口6(在此，平行于轴Y)。以本身已知的方式，弹簧14被成形成以便允许悬置区域2仅绕旋转轴O旋转。
移动电极7由悬置区域2形成或者相对应该悬置区域被固定并且面向固定电极8，进而固定至固定区域3或者由该固定区域形成。移动电极7和固定电极8的数量、位置和形状可能变化。在所展示的示例中，四个固定电极8被安排在悬置区域2的侧面上(平行于轴X)，并且面向对应四个移动电极7，以便形成四个电极对10a、10b、10c和10d。此外，在此，两两地将电极对10a-10d安排在由穿过旋转轴O的迹线R的由平行于平面XZ的平面限定的两个半平面中。所有固定电极8到旋转轴O的距离相等。
如下文中详细讨论的，每个电极对10a-10d限定了电容元件，其电容C取决于面向彼此的对应固定电极8与移动电极7之间的距离，并且因此取决于悬置区域2的位置。
由于旋转轴O相对于质心B的偏心率，在存在沿轴X指向或具有沿该轴指向的分量的外部加速度a外部的情况下，如在图中通过箭头D所指示的，移动质量块2绕旋转轴O转动，引起移动电极7相对移动远离沿直径相对安排的两个电极对(在图中，对10b、10d)的相应固定电极8，以及移动电极7相应地靠近另外两个对(在此，对10a、10c)的相应固定电极8。随后，电极对10b、10d经历电容减小，并且电极对10a、10c经历相应的电容增加。
可以在针对旋转主体的谐运动方程的基础上计算将悬置区域2的旋转角θ与在方向X上的外部加速度a外部(或者与在通用外部加速度的方向X上的分量)相联系的定律，忽略阻尼分量。
具体地，
kθ＝M外部＝F外部·b＝m·a外部·b
其中，M外部和F外部分别是外部加速度a外部施加到悬置区域2上的力矩和力，m是悬置区域2的质量，b是旋转轴O与质心B之间的臂或距离，并且k是弹簧14的弹性。
旋转角θ因此由下式给出：
Figure BDA0002708798650000031
此外，由ε0指示真空电容率、A指示每个电极对10a-10c的固定电极8与移动电极7之间的面对面积、g0指示每个移动电极7与对应固定电极8之间的静止距离，r指示每个固定电极8的中心与旋转轴O之间的距离，C1指示与移动远离彼此的电极7、8(在此，对10a、10c)相关联的电容，以及C2指示与彼此靠近的电极7、8(在此，对10b、10d)相关联的电容，并且通过将rsinθ近似为rθ，得出：
Figure BDA0002708798650000032
Figure BDA0002708798650000033
将电容C1与C2相减，获得由外部加速度a外部引起的电容变化ΔC：
ΔC＝C2-C1 (4)
通过组合等式(1)至(4)，有可能在小角度rθ＜g0的情况下将外部加速度a外部导出为函数ΔC：
Figure BDA0002708798650000034
因此，通过适当地偏置移动电极7和固定电极8以及将它们电连接至下游处理电路(例如，ASIC-专用集成电路)，有可能在可能的放大和滤波之后获得与所寻求的加速度值a外部成正比的输出电压信号ΔV。
然而，使用这种技术，不可能将由外部加速度引起的影响与例如由如温度和湿度等环境条件的变化、或者由外部结构(例如，由封闭传感器的封装体)或材料的老化现象引起的结构修改(比如，弯曲)引起的应力而造成的寄生影响电子地区分开。以上现象可能引起低频或直流电容变化，无法将这些变化与有用信号电子地区分开。
实际上，在存在应力的情况下，等式(2)和等式(3)变成
Figure BDA0002708798650000041
Figure BDA0002708798650000042
其中，Δy1和Δy2是每个移动电极7与相应固定电极8之间由于寄生应力引起的位移而造成的沿轴y的距离变化。
随后，所测量的电容变化变成
ΔC′＝ΔC+ΔC应力 (4′)
其中，ΔC应力是由寄生应力引起的电容变化。
为了防止由应力引起的误差，已经基于旨在减少寄生信号的引发或者旨在减小结构对应力的灵敏度(然而，并不想完全消除这些应力或消除它们的影响)的传感器的不同空间构型提出了解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服现有技术缺点的加速度设备。
根据本发明，如在所附权利要求书中所限定的，提供了一种加速度传感器和一种用于检测加速度信号的相应方法。
在实践中，提出了能够对由于外部加速度而引起的有用信号进行频率调制从而使得其具有除了零以外的频率并且由此可以将其与由于机械变形或更一般地由于寄生应力而引起的直流信号进行区分的解决方案。
为此，本加速度传感器具有悬置区域的可几何变化的构型以便允许对感测臂(旋转轴与悬置质量块的质心之间的距离)进行调节。通过将悬置区域划分成以下两个部分来获得加速度传感器的可变构型或调节构型：第一区域，该第一区域被支撑以便移动(例如，绕锚定件轴转动)；以及至少一个第二区域，该至少一个第二区域是可移动的(例如，可相对于第一区域平移)，以便调节悬置区域的质心。悬置质量块的可变几何结构允许以可以设置的频率获得离散时间或连续时间信号，以便允许消除由于应力而引起的信号。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在仅通过非限制性示例的方式、参照附图描述本发明的优选实施例，在附图中：
-图1是用于检测平面内加速度的已知加速度计的示意图；
-图2是用于检测平面内加速度的本加速度计在第一操作位置的实施例的示意性顶视平面图；
-图3是图2的加速度计在第二操作位置的示意性顶视平面图；
-图4是图2的加速度计在不同操作位置的示意性顶视平面图；
-图5是可使用图2至图4的加速度计来获得的信号在频域中的表示；
-图6是在离散时间检测的情况下对本加速度计供应的信号的可能处理的流程图；
-图7示出了在连续时间检测的情况下对本加速度计供应的信号的可能处理的框图；
-图8示出了图7的框图的部件的等效电路；
-图9是用于检测平面外加速度的本加速度计在第一操作位置的不同实施例的顶视平面图；
-图10是图9的加速度计在第二操作位置的示意性顶视平面图；
-图11是沿图10的横截面XI-XI截取的横截面；
-图12是用于检测平面内加速度的本加速度计的不同实施例的顶视平面图；
-图13是用于检测平面外加速度的本加速度计的另一个实施例的顶视平面图；以及
-图14示出了包括本加速度计的电子装置的框图。
具体实施方式
图2是以MEMS技术制造的被设计成用于检测外部平面内加速度的加速度计20的实施例的结构的示意图。在所展示的示例中，加速度计20被配置成用于检测平行于属于笛卡尔参考系XYZ的轴X指向的加速度。
详细地，加速度计20形成在由导电材料(通常，单晶硅或多晶硅)组成的裸片中，包括支撑区域24(通常相对于裸片被固定并且因此在下文中还被定义为“固定区域”)，在图2中示意性地表示并且承载悬置区域21。
悬置区域21在此由三个部分形成：中心区域22和两个外侧区域23。中心区域22和外侧区域23被设置在相同的半导体材料层中，彼此形成整体，并且悬置在形成支撑区域24的一部分的衬底(未示出)之上。外侧区域23通过也悬置在衬底(未示出)之上的与中心区域22和外侧区域23形成一体的对应弹性连接区域25连接至中心区域22。悬置区域21在方向Z上具有垂直于绘图平面的均匀厚度；此外，悬置区域21的厚度比其在方向X和Y上的尺寸小得多。
中心区域22通过锚定件27和弹性悬置元件(也被称为“弹簧28”)锚定至衬底(未示出)。
锚定件27基本上由垂直于绘图平面(平行于轴Z)延伸的柱形成并且在中心区域22的开口29内终止。锚定件27通过弹簧28连接至悬置区域21并且限定了悬置区域21的旋转轴O1。
而且，弹簧28在锚定件27与开口29的两个相对点(沿轴Y)之间延伸穿过开口29(在此，平行于轴Y)。以本身已知的方式，如通过箭头D来指示的，弹簧28被成形成以便允许悬置区域21仅绕旋转轴O1旋转。
在图2中，中心区域22在顶视平面图中(在平面XY中)具有矩形形状，其一对第一侧面30平行于轴X并且一对第二侧面31平行于轴Y。
在图2的加速度计20中，中心区域22相对于穿过旋转轴O1的平面XZ、YZ具有对称结构，其在图2中的迹线由第一轴S1(静止的纵向对称轴)和第二轴S2(横向对称轴)表示。因此，中心区域22具有沿旋转轴O1安排的质心B1。
每个弹性连接区域25从中心区域22的对应第二侧面31延伸，从这些侧面的中间部分开始延伸，并且在静止状态下沿第一轴S1延伸。弹性连接区域25具有相同的形状；具体地，它们在方向X和Y上具有相同的尺寸。
因此，外侧区域23在中心区域22的与第二轴S2相反的两个第二侧面31上延伸。外侧区域23具有相同形状和大小。在此，外侧区域两者都具有矩形形状并且连接至弹性连接区域25，从而使得，在图2的静止位置中，与轴S1、S2对称地对它们进行安排。
因此，在静止状态下，整个悬置结构21的质心B1与中心区域的质心相同并且沿旋转轴O1。
中心区域22在第二侧面31上承载面向相应固定感测电极36的移动感测电极35。如在图1中的，如下文中更加详细地讨论的，移动感测电极35和固定感测电极36形成电容式感测元件37，这些电容式感测元件的电容变化用于测量外部加速度。
此外，外侧区域23各自耦合至被设计成用于控制外侧区域23平行于轴Y的位移的对应驱动组件40。在所展示的示例中，每个驱动组件40包括相对于对应外侧区域23被固定的移动驱动电极41以及相对于支撑区域24被固定的固定驱动电极42。移动驱动电极41和固定驱动电极42相对于彼此呈梳齿状并且平行于平面YZ延伸。然而，其他驱动模式是可能的。
此外，弹性连接区域25被配置成用于允许外侧区域23相对于中心区域22基本上平行于轴Y位移。
通过控制外侧区域23(通过对应驱动组件40)，有可能将悬置结构21从图2的静止位置(在该位置中，如所述的，整个悬置结构21相对于第一轴S1被对称地安排并且其质心B1在旋转轴O1上(零臂位置))变为在图3或在图4中可见的第一调节臂位置(在该位置中，外侧区域23不再处于相对于第一轴S1的对称位置，并且因此悬置结构21的质心B2相对于旋转轴O1偏移b)。
外侧区域23的位移允许将与电容式感测元件37相关联的且由于应力现象而引起的电容变化与由于外部加速度而引起的电容元件的电容变化进行区别。
具体地，根据感测模式，外侧区域23的位移在离散时间模式下进行控制，并且外部处理系统经由电容/电压转换器接口在两个不同位置读取电容式感测元件37生成的信号，例如，在静止位置(图2中所示出的)和在测量位置(例如，在图3的位置中)。
确切地，通过在悬置区域21的静止位置中读取电容式感测元件37生成的信号，由于质心轴与旋转轴重合，所以外部加速度a外部并不引起悬置区域21绕旋转轴O1的任何旋转，并且其可能的旋转仅由应力引起并且引起第一电容变化ΔCo1，该电容变化由下式给出：
ΔCo1＝ΔC应力 (5)
其中，ΔC应力是仅由应力引起的电容变化。
相反，在图2或图3的测量位置中，由于质心轴B2相对于旋转轴O1的偏心率，悬置区域21既由于外部加速度a外部又由于应力而转动。在这种情况下，与电容式感测元件37相关联的电容变化ΔCo2由以下等式给出：
ΔCo2＝ΔCa+ΔC应力 (6)
(第二电容变化)，其中，ΔCa是由于外部加速度a外部而引起的电容变化。
通过将等式(5)从等式(6)中减去，加速度计20下游的处理级由此能够仅隔离由于外部加速度a外部而引起的电容变化ΔCa，并且由此以已知方式获得外部加速度a外部的值。
如图6中所示出的，检测外部加速度a外部可以由此分两个步骤进行。在第一个步骤(步骤100)中，施加第一偏置电压(例如，0V)，以及(步骤102)，测量第一电容变化ΔCo1。在第二个步骤(步骤104)中，施加第二偏置电压，以及(步骤106)，测量第二电容变化ΔCo2。然后，步骤108，第一和第二电容变化从彼此中减去。
以此方式，不论加速度计20的上述几何结构变化如何，都可能消除应力的基本上恒定的影响。
此外，使用所描述的可调节结构，可能调节传感器的灵敏度。实际上，对加速度计20而言，等式(1)可以被改写为：
Figure BDA0002708798650000091
其中，θ外部是悬置区域21的由于外部加速度a外部而引起的旋转角，m＝m0+m1是中心区域的质量m0与外侧区域23的质量m1之和，xm是悬置区域的可调节臂，并且k是弹性连接区域25的弹性。
灵敏度由此与臂xm成正比，进而同质量m0与m1(该质量更大，外侧质量m1相对于中心质量m0更大)之比以及同外侧质量块23的位移相关。然后，为了增加灵敏度，例如针对如图1的已知解决方案中的相同总质量m，悬置区域21可以被设计成使得m0＜＜m1。
根据所描述的驱动方法的不同实施例，可以通过位移两个位置(两个位置都不是静止位置)之间的外侧区域23来检测外部加速度a外部。
例如，可以在由质心位移到两个位置(B2、B3)表征的两个步骤中检测与电容式感测元件37相关联的电容，如图3和图4中所示出的，这两个位置被安排在第一轴S1的相反侧。
实际上，在这种情况下，相对于第一调节臂位置中(例如，图3的位置中)的静止位置(没有驱动)读取与电容式感测元件37相关联的电容变化，产生值
ΔC′o1＝ΔCa+ΔC应力 (7)
并且相对于第二调节臂位置中(例如，图4的位置中)的静止位置读取与电容式感测元件37相关联的电容变化，产生值
ΔC′o2＝-ΔCa+ΔC应力 (8)
通过将等式(8)从等式(7)中减去，由此在这种情况下，还可能仅隔离由于外部加速度a外部而引起的电容变化ΔCa。
根据又不同的实施例，对悬置区域21的几何构型的调节可以在连续时间模式中例如通过经由频率为fm＝ωm/2π的正弦信号来控制驱动组件40而发生。以此方式，臂xm以及由此质心B的位置根据正弦特性以连续的方式被修改。
臂xm因此由以下等式给出：
xm＝X cos(ωmt) (9)
将外部加速度写为
a外部＝a0cos(ωint) (10)
(该外部加速度作为特殊情况包括直流外部加速度，其中，ωin＝0)，外部加速度a外部施加的力矩变成
kθ＝M外部＝m·a外部·xm＝m·X cos(ωmt)·a0cos(ωint)＝
＝m·a0·X·[cos((ωm+ωin)t)+cos((ωm-ωin)t)] (11)
外部加速度a外部施加的力矩由此等于针对恒定臂X以非零频率调制的等效外部加速度a’外部施加的力矩。等效外部加速度a’外部在频域中的变化在图5中示出，并且在频率(ωm+ωin)和(ωm-ωin)处具有谐波分量(由箭头46指示)。通过适当选择供应到驱动组件40的驱动电压的调制频率Jm＝ωm/2π(例如，等于悬置质量块21的共振频率)，等效外部加速度信号的分量可以具有与信号的由于应力而引起的零频率(在图5中由箭头45表示)非常不同的频率，该零频率可能由此被采样滤波器消除。对外部加速度的调制实际上还可以产生低频分量(未示出)，这些低频分量不可与应力信号区分开；然而，由于外部加速度的期望信息可以从高频分量中获得，因此它们的消除并不产生问题。
可以例如通过如图7所示出的被安排在加速度计20下游的处理电路48来执行对等效加速度信号的解调。
在图7中，加速度计20由框示意性地表示，该加速度计接收外部加速度a外部和来自调制信号Vm的由驱动电路85生成并供应到驱动组件40(图2)用于如以上所解释的调节悬置质量块21的几何图形的偏置电压Vb。如所提及的，驱动电压Vm(与调制信号Vm是同样的)是具有频率fm＝ωm/2π的交流电压。
在图7的实施例中，处理电路48包括调制电压源86、电容/电压转换器框80、高通滤波器81、和混合器82。调制电压源86、电容/电压转换器80、高通滤波器81、和解调器82被设置在不同裸片中，例如，ASIC。
调制电压源86生成调制电压Vm，该调制电压还被供应到解调器82。
电容/电压转换器电路80是例如由连接至加速度计20(图2)的电容式感测元件37的电荷放大器形成的连接接口。
混合器82例如被实施为一对MOS晶体管(如图8中详细展示的)。
在图7的电路中，由电容式感测元件37生成的电容变化信号sΔC在由C/V转换器80转换成信号sac之后被高通滤波器81滤波并在混合器82中被解调。与外部加速度a外部单独相关的输出信号V0可以随后以已知方式处理。
图9至图11示出了被设计成用于检测垂直于图9和图10的绘图平面(由于这些绘图平面的厚度较小，因此它们可能接近悬置区域的平面)的外部加速度的加速度计50的实施例。在所展示的示例中，加速度计50被配置成用于检测平行于属于笛卡尔参考系XYZ的轴Z指向的加速度。
加速度计50具有整体上类似于图2至图4的加速度计20的结构，除了允许到悬置区域的移动类型以及由此感测电极的位置之外。与加速度计20一样的元件将由此由相同的参考号来标示，并且在本文中将不会进行任何进一步的描述。
详细地，在加速度计50中，中心区域22经由锚定件27和一对弹簧52被锚定至属于支撑区域24的衬底51(图11中可见)，该一对弹簧被配置成用于允许悬置质量块21绕由悬置质量块21限定的理想平面的轴旋转。在此，中心区域22可绕平行于轴X的旋转轴O2旋转，并且弹簧52是平行于轴X延伸的扭转弹簧。
此外，移动感测电极55被安排在中心区域22(具体地参见图11)的底表面56上，并且面向被安排在衬底51上的对应的固定感测电极57。并且在此，移动感测电极55和固定感测电极57形成电容式感测元件58(图11)。
并且在图9至图11的实施例中，悬置区域21具有可以调节的臂b，并且测量可以在离散时间模式(机电斩波)或连续时间模式(机电调制)中执行。
详细地，在离散时间测量模式中，外侧区域23由静止位置(图9中示出)与测量位置(图10中示出)之间的驱动组件40(图9)驱动，在静止位置中，悬置区域21具有相对于轴S1和S2两者的对称构型，并且臂b(质心B与旋转轴O2之间的距离)为0，并且在测量位置中，悬置区域21具有相对于第一轴S1的非对称构型，并且臂b由此为非零。
在静止位置中(图9和图11中的实线)，由于悬置区域21的对称性和零臂b的存在，因此外部加速度a外部不引起悬置区域21绕旋转轴O2的任何旋转。任何可能的旋转由此仅由于应力而引起，这些应力可以通过电容式感测元件58来检测。
相反，在测量位置中(例如由图10和图11中用虚线所展示)，由于质心轴B1相对于旋转轴O2的位移和非零臂b的存在，因此悬置区域21由于外部加速度a外部和应力(具体地参见图11)两者而转动。
如之前所描述的，对通过两步检测的在静止和测量位置处并且获得相应电容变化值的外部平面内加速度的检测而言，如以上详细讨论的，可能消除应力的影响。
并且在这种情况下，作为以上的替代方案，可以在两个平移位置中以离散时间检测电容变化值。
在连续时间测量模式中，外侧区域23由驱动组件40(图9)经由正弦驱动信号连续地驱动。如以上所描述的，通过使用处理电路48来对所获得的信号进行滤波并对其进行解调，可以获得外部加速度a外部的值。
图12示出了被设计成用于检测平面内外部加速度的加速度计60的实施例。在所展示的示例中，加速度计60被配置成用于检测平行于属于笛卡尔参考系XYZ的轴X的外部加速度a外部。
加速度计60包括在静止位置中相对于平行于轴X的第一轴S1和相对于平行于轴Y的第二轴S2两者对称的悬置区域61。
在加速度计60中，侧面区域由单个框架(由63标示)形成，该单个框架具有四边形形状并包围中心区域62。框架63由中心区域62通过弹性连接区域65承载，该弹性连接区域沿第二轴S2延伸。确切地，具有相对于第二轴S2对称的构型的每个弹性连接区域65具有一对U形部分66，该一对U形部分相对于彼此翻转并且面向彼此，以便一起形成矩形周界，该周界的两侧在中间位置经由直线部分67分别连接至中心区域62和框架63的内侧。以此方式，如在图2至图4和图9至图10的外侧区域23的情况下，弹性连接区域65允许框架63相对于中心区域62沿轴Y平移。
如在外侧结构63的情况下，驱动组件68在框架63的两个外部相反侧上耦合，以便控制框架63在静止位置与测量位置之间或在两个相反测量位置之间平移。
在此，固定感测电极90形成在中心区域62的周界内。由例如金属导电区域形成和由衬底中突出的部分(未展示)承载的固定感测电极90在形成于中心区域62中的开口64内延伸并面向中心区域62的相应壁91。固定感测电极90限定移动感测电极并由此使用壁91形成电容式感测电极69。以此方式，在每个开口64中，存在被设计成具有由于应力和外部加速度而引起的相反电容变化的两个电容式感测元件90。
图13示出了被设计成用于检测平面外外部加速度的加速度计70的实施例。在所展示的示例中，加速度计70被配置成用于检测平行于属于笛卡尔参考系XYZ的轴Z的外部加速度a外部。
加速度计70具有类似于图13并且由此包围中心区域72的框架73，并且后者被形成像旋转的H一样。加速度计70进一步包括弹性连接区域75以及被成形为像图12的对应元件65和68的驱动组件78。此外，电容式感测元件79同样被成形为像图9至图11的相应元件58。
图14示出了电子设备300的框图，该电子设备300包括加速度计(如加速度计20、60、70之一)，在此被称为封装设备200。加速度计可以例如用于检测振动、确定电子设备的取向或者识别自由落体条件。
电子设备300可以是如电话或个人数字助理等移动通信装置、便携式计算机、台式计算机、光或视频相机设备、如智能手表等可穿戴设备、或任何其他电子设备。电子设备300包括处理单元310和电耦合至处理单元310的封装设备200。处理单元310包括控制电路(包括例如一个或多个处理器)、离散存储器和逻辑(包括图7的处理电路48)。处理单元310被配置成用于向/从封装设备200发射和接收信号。电子设备可以进一步包括输入/输出设备320，例如，耦合至处理单元310的键盘或显示器。电子设备300可以进一步包括电源330，该电源可以是用于耦合至外部电源的电池或部件。
由于有可能消除不利地影响稳定性和测量精度的直流分量，所以所描述的加速度计允许以非常准确的方式检测加速度。
加速度计可以被安排在与陀螺仪相同的空腔中(当装置包括这两个设备时)，由此使得能够减小空间。
所描述的加速度计具有很高的刚度并且由此关于移动电极与结构的固定元件的静摩擦具有很高的稳健性。
最后，清楚的是，可以对本文中所描述和展示的设备和方法做出修改和变化，而不会由此脱离如在所附权利要求中限定的本发明的范围。例如，可以组合各个所描述的实施例，以便提供进一步解决方案。
此外，外侧区域23(以及框架63、73)可以随着相对于中心区域22、62、72的一般旋转平移(包括旋转)的移动而移动。

Claims (25)

1.一种集成MEMS加速度传感器，包括：
支撑区域，所述支撑区域包括衬底；
悬置区域，所述悬置区域相对于所述支撑区域可移动，所述悬置区域包括：第一区域，可旋转地锚定至所述衬底；第二区域，耦合至所述第一区域、并且定位在所述第一区域和所述支撑区域之间；以及弹性连接元件，所述弹性连接元件将所述第二区域耦合至所述第一区域、并且被配置成允许所述第二区域相对于所述第一区域的相对移动；
感测组件，所述感测组件耦合至所述第一区域、并且被配置成检测所述第一区域相对于所述衬底的移动；以及
驱动组件，所述驱动组件耦合至所述第二区域、并且被配置为控制所述相对移动，所述驱动组件被配置为接收可变驱动电压以控制所述相对移动，
其中，所述第二区域的所述相对移动包括所述第二区域相对于所述支撑区域的平移移动，其中所述悬置区域由于所述第二区域的所述平移移动而具有在至少第一构造和第二构造之间可变的可变几何结构，所述悬置区域具有在所述第一构造中位于所述第一区域内的第一位置中的质心，所述质心在所述第二构造中位于第二位置中，所述第一位置和所述第二位置彼此不同。
2.根据权利要求1所述的加速度传感器，其中，所述驱动组件是电容型驱动组件，并且包括彼此面对、且引起所述第二区域相对于所述第一区域旋转平移移动的驱动电极对。
3.根据权利要求1所述的加速度传感器，进一步包括：
驱动电源，所述驱动电源被配置成用于在第一感测步骤中向所述驱动组件供应第一驱动电压、并且在第二感测步骤中向所述驱动组件供应第二驱动电压；以及
处理电路，所述处理电路包括：
电容/电压转换器，所述电容/电压转换器耦合至所述感测组件，并且被配置成用于在所述第一感测步骤中生成第一位置测量信号、并且在所述第二感测步骤中生成第二位置测量信号；以及
减法器，所述减法器接收所述第一位置测量信号和所述第二位置测量信号，并且生成作为所述第一位置测量信号与所述第二位置测量信号之间的差的加速度信号。
4.根据权利要求1所述的加速度传感器，进一步包括：
驱动电源，所述驱动电源被配置成用于向所述驱动组件供应交流驱动电压；以及
处理电路，所述处理电路包括：
电容/电压转换器，所述电容/电压转换器耦合至所述感测组件，并且被配置成用于生成交流位置测量信号；
高通滤波器，所述高通滤波器耦合至所述电容/电压转换器的输出端；以及
解调器，所述解调器耦合至所述高通滤波器的输出端。
5.根据权利要求4所述的加速度传感器，其中，所述悬置区域和所述支撑区域形成在第一半导体材料裸片中，并且所述处理电路形成在第二半导体材料裸片中。
6.根据权利要求1所述的加速度传感器，其中，所述第一区域和所述第二区域是相同单片半导体层。
7.根据权利要求1所述的加速度传感器，其中，所述支撑区域外侧地包围所述第一区域。
8.根据权利要求1所述的加速度传感器，其中，所述感测组件是电容型感测组件，并且包括彼此面对的至少两个感测电极。
9.根据权利要求1所述的加速度传感器，其中，所述加速度传感器是包括弹性悬置元件的平面内加速度传感器，所述弹性悬置元件将所述悬置区域锚定至所述支撑区域、并且被配置成允许所述悬置区域绕垂直于所述悬置区域的旋转轴旋转。
10.根据权利要求1所述的加速度传感器，其中，所述加速度传感器是包括弹性悬置元件的平面外加速度传感器，所述弹性悬置元件将所述悬置区域锚定至所述支撑区域、并且被配置成允许所述悬置区域绕平行于所述悬置区域的旋转轴旋转。
11.一种集成MEMS加速度传感器，包括：
支撑区域，所述支撑区域包括衬底；
悬置区域，所述悬置区域相对于所述支撑区域可移动，其中所述悬置区域具有在第一构造和第二构造之间移动的可变几何结构，并且所述悬置区域包括耦合到所述衬底的第一区域、耦合到所述第一区域的第二区域以及弹性连接元件，所述弹性连接元件将所述第二区域耦合到所述第一区域、并且被配置为允许所述第二区域相对于所述第一区域的相对移动；
感测组件，所述感测组件耦合到所述第一区域、并且被配置为检测所述第一区域相对于所述衬底的移动；以及
驱动组件，所述驱动组件耦合到所述第二区域、并且被配置为控制所述第二区域相对于所述第一区域的所述相对移动，其中所述第二区域的相对移动允许所述悬置区域在所述第一构造和所述第二构造之间的移动，其中在所述第一构造中，所述悬置区域的质心在第一位置中，并且在所述第二构造中，所述质心在第二位置中，所述相对移动是包括所述第二区域相对于所述第一区域的平面内平移移动的旋转平移移动。
12.根据权利要求11所述的加速度传感器，其中，所述驱动组件是电容式驱动组件，并且包括彼此面对、且引起所述第二区域相对于所述第一区域的所述旋转平移移动的驱动电极对。
13.根据权利要求11所述的加速度传感器，进一步包括：
驱动源，被配置为在第一感测步骤中向所述驱动组件供应第一驱动电压、并且在第二感测步骤中向所述驱动组件供应第二驱动电压；以及
处理电路，包括：
电容/电压转换器，所述电容/电压转换器耦合到所述感测组件，并且被配置为在所述第一感测步骤中生成第一位置测量信号、并且在所述第二感测步骤中生成第二位置测量信号；以及
减法器，被配置为接收所述第一位置测量和所述第二位置测量信号，并且生成作为所述第一位置测量信号与所述第二位置测量信号之间的差的加速度信号。
14.根据权利要求11所述的加速度传感器，进一步包括：
驱动源，被配置为向所述驱动组件提供交流驱动电压；以及
处理电路，包括：
电容/电压转换器，所述电容/电压转换器耦合到所述感测组件，并且被配置为生成交流位置测量信号；
高通滤波器，耦合到所述电容/电压转换器的输出端；以及
解调器，耦合到所述高通滤波器的输出端。
15.根据权利要求11所述的加速度传感器，其中，所述第二区域在第一方向上的所述平面内平移移动允许所述悬置区域的所述质心在所述第一方向上从所述质心的所述第一位置移动到所述质心的所述第二位置。
16.一种集成MEMS加速度传感器，包括：
支撑区域，所述支撑区域包括衬底；
悬置区域，所述悬置区域相对于所述支撑区域可移动，所述悬置区域包括第一区域和第二区域，所述第二区域定位在所述第一区域和所述支撑区域之间；
感测组件，所述感测组件耦合至所述悬置区域的所述第一区域，并且被配置成检测所述悬置区域的所述第一区域相对于所述衬底的移动；以及
驱动组件，所述驱动组件耦合到所述第二区域，并且被配置为控制所述第二区域相对于所述第一区域的平面内平移移动，
其中，所述悬置区域具有在至少第一构造和第二构造之间可变的可变几何结构，所述悬置区域具有在所述第一构造中位于第一位置中的质心，所述质心在所述第二构造中位于第二位置中，所述第一位置和所述第二位置彼此不同，其中所述悬置区域的所述第一区域被可移动地连接至所述衬底，所述悬置区域的所述第二区域耦合到所述第一区域，并且弹性连接元件将所述第二区域耦合至所述第一区域、并且被配置成允许所述第二区域相对于所述第一区域和所述支撑区域的所述平面内平移移动，所述第二区域的所述平面内平移移动允许所述悬置区域在所述第一构造和所述第二构造之间的移动，其中在所述第一构造中，所述质心在第一位置中，并且在所述第二构造中，所述质心在第二位置中。
17.根据权利要求16所述的加速度传感器，其中，所述第一区域可旋转地锚定至所述衬底。
18.根据权利要求16所述的加速度传感器，进一步包括：
驱动电源，所述驱动电源被配置成用于在第一感测步骤中向所述驱动组件供应第一驱动电压、并且在第二感测步骤中向所述驱动组件供应第二驱动电压；以及
处理电路，所述处理电路包括：
电容/电压转换器，所述电容/电压转换器耦合至所述感测组件，并且被配置成用于在所述第一感测步骤中生成第一位置测量信号、并且在所述第二感测步骤中生成第二位置测量信号；以及
减法器，所述减法器接收所述第一位置测量信号和所述第二位置测量信号，并且生成作为所述第一位置测量信号与所述第二位置测量信号之间的差的加速度信号。
19.根据权利要求16所述的加速度传感器，进一步包括：
驱动电源，所述驱动电源被配置成用于向所述驱动组件供应交流驱动电压；以及
处理电路，所述处理电路包括：
电容/电压转换器，所述电容/电压转换器耦合至所述感测组件，并且被配置成用于生成交流位置测量信号；
高通滤波器，所述高通滤波器耦合至所述电容/电压转换器的输出端；以及
解调器，所述解调器耦合至所述高通滤波器的输出端。
20.根据权利要求16所述的加速度传感器，其中，所述第二区域的所述平面内平移移动在第一方向上，以允许所述悬置区域的所述质心在所述第一方向上从所述质心的所述第一位置移动到所述质心的所述第二位置。
21.一种用于使用加速度传感器来检测外部加速度的方法，所述方法包括以下步骤：
利用包括悬置质体的加速度计来检测外部加速度，所述悬置质体包括可移动质体和中心质体，所述中心质体通过多个弹性连接元件耦合到所述可移动质体；
利用所述加速度计来检测所述外部加速度包括：
当所述可移动质体在第一位置中时，获取第一信号，所述第一信号在耦合至所述中心质体的可移动感测电极和耦合至所述加速度计的衬底的固定感测电极之间；
将所述可移动质体从所述第一位置向第二位置驱动，所述中心质体响应于将所述可移动质体从所述第一位置向所述第二位置驱动而旋转；
当所述中心质体被旋转时，获取第二信号，所述第二信号在所述可移动感测电极和所述固定感测电极之间；以及
基于所述第一信号和所述第二信号，生成加速度信号。
22.根据权利要求21所述的方法，其中使得所述中心质体旋转进一步包括：
使得所述中心质体围绕耦合至所述加速度计的所述衬底的锚定件旋转，所述中心质体被可旋转地耦合至所述锚定件，所述锚定件位于所述中心质体的中心。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述可移动质体通过弹性连接元件耦合至所述中心质体，并且所述中心质体通过弹性悬置元件被耦合至所述锚定件。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，将所述悬置质体的所述可移动质体从所述第一位置向所述第二位置驱动进一步包括：
通过向驱动组件施加可变驱动电压，驱动耦合至所述悬置质体的所述可移动质体的所述驱动组件。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述悬置质体具有如下的质心，当所述可移动质体位于所述第一位置时，所述质心位于第三位置中，当所述可移动质体位于所述第二位置时，所述质心位于第四位置中。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITUA20162173A1 (it) * 2016-03-31 2017-10-01 St Microelectronics Srl Sensore accelerometrico mems avente elevata accuratezza e ridotta sensibilita' nei confronti della temperatura e dell'invecchiamento
ITUA20162172A1 (it) * 2016-03-31 2017-10-01 St Microelectronics Srl Sensore accelerometrico realizzato in tecnologia mems avente elevata accuratezza e ridotta sensibilita' nei confronti della temperatura e dell'invecchiamento
IT201600098502A1 (it) * 2016-09-30 2018-03-30 St Microelectronics Srl Giroscopio mems avente elevata stabilita' nei confronti delle variazioni di temperatura e di umidita'

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0390721A1 (en) * 1989-02-28 1990-10-03 United Technologies Corporation Electrostatic force nulling accelerometer arrangement
WO2003031317A2 (de) * 2001-10-04 2003-04-17 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer sensor mit selbsttestfunktion und optimierungsverfahren
CN1844935A (zh) * 2006-05-23 2006-10-11 北京航空航天大学 一种电容式微机械加速度计
CN101089624A (zh) * 2007-07-12 2007-12-19 中北大学 电调谐谐振式差频加速度计
EP1975631A2 (en) * 2007-03-28 2008-10-01 Litton Systems, Inc. Self-calibrating accelerometer

Family Cites Families (71)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4599896A (en) * 1983-02-22 1986-07-15 Litton Systems, Inc. High accuracy accelerometer
US6044705A (en) * 1993-10-18 2000-04-04 Xros, Inc. Micromachined members coupled for relative rotation by torsion bars
DE4414237A1 (de) * 1994-04-23 1995-10-26 Bosch Gmbh Robert Mikromechanischer Schwinger eines Schwingungsgyrometers
US6584845B1 (en) * 1999-02-10 2003-07-01 California Institute Of Technology Inertial sensor and method of use
US6481283B1 (en) * 1999-04-05 2002-11-19 Milli Sensor Systems & Actuators, Inc. Coriolis oscillating gyroscopic instrument
JP3589182B2 (ja) * 2000-07-07 2004-11-17 株式会社村田製作所 外力計測装置
DE10108198A1 (de) * 2001-02-21 2002-09-12 Bosch Gmbh Robert Drehratensensor
US20020134154A1 (en) * 2001-03-23 2002-09-26 Hsu Ying W. Method and apparatus for on-chip measurement of micro-gyro scale factors
WO2002088631A2 (en) * 2001-05-02 2002-11-07 The Regents Of The University Of California Non-resonant four degrees-of-freedom micromachined gyroscope
US20030033850A1 (en) * 2001-08-09 2003-02-20 Challoner A. Dorian Cloverleaf microgyroscope with electrostatic alignment and tuning
US6629460B2 (en) * 2001-08-10 2003-10-07 The Boeing Company Isolated resonator gyroscope
US6955086B2 (en) * 2001-11-19 2005-10-18 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Acceleration sensor
US6823734B1 (en) * 2002-04-26 2004-11-30 California Institute Of Technology Electrostatic spring softening in redundant degree of freedom resonators
DE10225714A1 (de) * 2002-06-11 2004-01-08 Eads Deutschland Gmbh Mehrachsiger monolithischer Beschleunigungssensor
KR100470590B1 (ko) * 2002-10-12 2005-03-08 삼성전기주식회사 병진 가속에 의한 신호 검출을 방지하기 위한 마이크로자이로스코프
US6843127B1 (en) * 2003-07-30 2005-01-18 Motorola, Inc. Flexible vibratory micro-electromechanical device
JP2005049320A (ja) * 2003-07-30 2005-02-24 Microstone Corp 加速度センサ
FR2858853B1 (fr) * 2003-08-13 2006-01-13 Sercel Rech Const Elect Accelerometre a vibrations parasites reduites par forme des electrodes amelioree
US7066004B1 (en) * 2004-09-02 2006-06-27 Sandia Corporation Inertial measurement unit using rotatable MEMS sensors
EP1645847B1 (en) * 2004-10-08 2014-07-02 STMicroelectronics Srl Temperature compensated micro-electromechanical device and method of temperature compensation in a micro-electromechanical device
JP4353087B2 (ja) * 2004-12-01 2009-10-28 株式会社デンソー 回転振動型角速度センサ
US7426861B2 (en) * 2005-06-15 2008-09-23 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Tuning fork gyroscopes, accelerometers, and other sensors with improved scale factor
US7617728B2 (en) * 2006-05-17 2009-11-17 Donato Cardarelli Tuning fork gyroscope
JP4887034B2 (ja) * 2005-12-05 2012-02-29 日立オートモティブシステムズ株式会社 慣性センサ
EP1994363A1 (de) * 2006-03-10 2008-11-26 Contitemic Microelectronic GmbH Mikromechanischer drehratensensor
EP1832841B1 (en) * 2006-03-10 2015-12-30 STMicroelectronics Srl Microelectromechanical integrated sensor structure with rotary driving motion
KR20090052832A (ko) * 2006-03-10 2009-05-26 콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게 커플링 바를 구비한 회전 속도 센서
US8141424B2 (en) * 2008-09-12 2012-03-27 Invensense, Inc. Low inertia frame for detecting coriolis acceleration
JP2008246604A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Fujitsu Ltd マイクロ可動素子、ウエハ、およびウエハ製造方法
DE102007017209B4 (de) * 2007-04-05 2014-02-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromechanischer Inertialsensor zur Messung von Drehraten
US8042394B2 (en) * 2007-09-11 2011-10-25 Stmicroelectronics S.R.L. High sensitivity microelectromechanical sensor with rotary driving motion
CN101270988B (zh) 2008-03-14 2011-11-30 江苏英特神斯科技有限公司 多轴惯性传感器及测量多轴平动和转动加速度的方法
DE102008001863A1 (de) * 2008-05-19 2009-11-26 Robert Bosch Gmbh Beschleunigungssensor mit umgreifender seismischer Masse
FR2937145B1 (fr) * 2008-10-10 2010-09-24 Thales Sa Accelerometre micro-usine
IT1391973B1 (it) * 2008-11-26 2012-02-02 St Microelectronics Rousset Giroscopio microelettromeccanico mono o biassiale con aumentata sensibilita' al rilevamento di velocita' angolari
IT1391972B1 (it) * 2008-11-26 2012-02-02 St Microelectronics Rousset Giroscopio microelettromeccanico con movimento di azionamento rotatorio e migliorate caratteristiche elettriche
IT1392741B1 (it) * 2008-12-23 2012-03-16 St Microelectronics Rousset Giroscopio microelettromeccanico con migliorata reiezione di disturbi di accelerazione
JP5206709B2 (ja) * 2009-03-18 2013-06-12 株式会社豊田中央研究所 可動体を備えている装置
DE102009002066A1 (de) * 2009-03-31 2010-10-07 Sensordynamics Ag Verfahren zum Erfassen von Beschleunigungen und Drehraten sowie MEMS-Sensor
IT1394007B1 (it) * 2009-05-11 2012-05-17 St Microelectronics Rousset Struttura microelettromeccanica con reiezione migliorata di disturbi di accelerazione
JP4868027B2 (ja) * 2009-05-26 2012-02-01 株式会社デンソー 加速度角速度センサ
US8549915B2 (en) * 2009-10-23 2013-10-08 The Regents Of The University Of California Micromachined gyroscopes with 2-DOF sense modes allowing interchangeable robust and precision operation
ITTO20091042A1 (it) * 2009-12-24 2011-06-25 St Microelectronics Srl Giroscopio integrato microelettromeccanico con migliorata struttura di azionamento
US8539832B2 (en) * 2010-10-25 2013-09-24 Rosemount Aerospace Inc. MEMS gyros with quadrature reducing springs
WO2012161690A1 (en) * 2011-05-23 2012-11-29 Senodia Technologies (Shanghai) Co., Ltd. Mems devices sensing both rotation and acceleration
ITTO20110806A1 (it) * 2011-09-12 2013-03-13 St Microelectronics Srl Dispositivo microelettromeccanico integrante un giroscopio e un accelerometro
US8875578B2 (en) * 2011-10-26 2014-11-04 Silicon Laboratories Inc. Electronic damper circuit for MEMS sensors and resonators
DE102011057081A1 (de) * 2011-12-28 2013-07-04 Maxim Integrated Products, Inc. Mikro-Drehratensensor und Verfahren zum Betreiben eines Mikro-Drehratensensors
DE102012200125A1 (de) * 2012-01-05 2013-07-11 Robert Bosch Gmbh Sensorstruktur und Drehratensensor
DE102012200132A1 (de) * 2012-01-05 2013-07-11 Robert Bosch Gmbh Drehratensensor und Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors
DE102012207937A1 (de) * 2012-05-11 2013-11-14 Robert Bosch Gmbh Drehratensensor
FI125238B (en) * 2012-06-29 2015-07-31 Murata Manufacturing Co Improved vibration gyroscope
US9310202B2 (en) * 2012-07-09 2016-04-12 Freescale Semiconductor, Inc. Angular rate sensor with quadrature error compensation
ITTO20120855A1 (it) * 2012-09-28 2014-03-29 Milano Politecnico Struttura integrata di rilevamento risonante di accelerazione e velocita' angolare e relativo dispositivo sensore mems
US9341646B2 (en) * 2012-12-19 2016-05-17 Northrop Grumman Guidance And Electronics Company, Inc. Bias reduction in force rebalanced accelerometers
US9075079B2 (en) * 2013-03-07 2015-07-07 MCube Inc. Method and structure of an integrated MEMS inertial sensor device using electrostatic quadrature-cancellation
US9194704B2 (en) * 2013-03-13 2015-11-24 Freescale Semiconductor, Inc. Angular rate sensor having multiple axis sensing capability
ITTO20130237A1 (it) * 2013-03-22 2014-09-23 St Microelectronics Srl Struttura microelettromeccanica di rilevamento ad asse z ad elevata sensibilita', in particolare per un accelerometro mems
US9404747B2 (en) * 2013-10-30 2016-08-02 Stmicroelectroncs S.R.L. Microelectromechanical gyroscope with compensation of quadrature error drift
CN103575932B (zh) * 2013-11-20 2016-03-02 大连理工大学 一种mems压阻式加速度计
JP6248576B2 (ja) * 2013-11-25 2017-12-20 セイコーエプソン株式会社 機能素子、電子機器、および移動体
JP6344033B2 (ja) * 2014-04-22 2018-06-20 セイコーエプソン株式会社 角速度センサー、電子機器及び移動体
EP2963387B1 (en) * 2014-06-30 2019-07-31 STMicroelectronics Srl Micro-electro-mechanical device with compensation of errors due to disturbance forces, such as quadrature components
US10502568B2 (en) * 2015-04-29 2019-12-10 General Electric Company Inertial sensing systems and methods of manufacturing the same
US9689677B2 (en) * 2015-06-19 2017-06-27 Nxp Usa, Inc. MEMS device with common mode rejection structure
ITUA20161498A1 (it) * 2016-03-09 2017-09-09 St Microelectronics Srl Struttura di rilevamento micromeccanica di un dispositivo sensore mems, in particolare di un giroscopio mems, con migliorate caratteristiche di azionamento
ITUA20162172A1 (it) * 2016-03-31 2017-10-01 St Microelectronics Srl Sensore accelerometrico realizzato in tecnologia mems avente elevata accuratezza e ridotta sensibilita' nei confronti della temperatura e dell'invecchiamento
ITUA20162160A1 (it) * 2016-03-31 2017-10-01 St Microelectronics Srl Struttura micromeccanica di rilevamento di un giroscopio multiassiale mems, avente ridotte derive di relative caratteristiche elettriche
US20180031603A1 (en) * 2016-07-27 2018-02-01 Lumedyne Technologies Incorporated Systems and methods for detecting inertial parameters using a vibratory accelerometer with multiple degrees of freedom
US10634696B2 (en) * 2016-12-19 2020-04-28 Khalifa University of Science and Technology Multi-axis accelerometers with reduced cross-axis sensitivity
US10712359B2 (en) * 2018-05-01 2020-07-14 Nxp Usa, Inc. Flexure with enhanced torsional stiffness and MEMS device incorporating same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0390721A1 (en) * 1989-02-28 1990-10-03 United Technologies Corporation Electrostatic force nulling accelerometer arrangement
WO2003031317A2 (de) * 2001-10-04 2003-04-17 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer sensor mit selbsttestfunktion und optimierungsverfahren
CN1844935A (zh) * 2006-05-23 2006-10-11 北京航空航天大学 一种电容式微机械加速度计
EP1975631A2 (en) * 2007-03-28 2008-10-01 Litton Systems, Inc. Self-calibrating accelerometer
CN101089624A (zh) * 2007-07-12 2007-12-19 中北大学 电调谐谐振式差频加速度计

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