DE112017003882T5

DE112017003882T5 - Ankerverfolgungsvorrichtung für in-plane-Beschleunigungsmesser und verwandte Verfahren

Info

Publication number: DE112017003882T5
Application number: DE112017003882.0T
Authority: DE
Inventors: Xin Zhang; William Clark; Michael Judy
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-04-18
Also published as: CN109477856B; KR20190034218A; KR102464039B1; WO2018026677A1; US20180038887A1; CN109477856A; US10203352B2

Abstract

Es wird ein MEMS-Beschleunigungsmesser (MEMS: mikroelektromechanisches System) beschrieben. Der MEMS-Beschleunigungsmesser kann eine Prüfmasse, die zum Abtasten von Beschleunigungen in einer Richtung parallel zur Ebene der Prüfmasse ausgebildet ist, und eine Vielzahl von Kompensationsstrukturen aufweisen. Die Prüfmasse kann mit einem oder mehreren Ankern über Federn verbunden sein. Die Kompensationsstrukturen können mit dem Substrat des MEMS-Beschleunigungsmessers über eine starre Verbindung mit entsprechenden Ankern gekoppelt sein. Eine Kompensationsstruktur kann mindestens eine Kompensationselektrode aufweisen, die einen oder mehrere seitliche Kompensationskondensatoren bildet. Der (Die) Kompensationskondensator(en) kann (können) ausgebildet sein, um eine Auslenkung des Ankers, mit dem die Kompensationsstrukturen verbunden sind, abzutasten.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine Fortsetzung, die die Priorität der US-Patentanmeldung Serien-Nr. 15/228,229 beansprucht, welche am 4. August 2016 mit dem Aktenzeichen des Anwalts Nr. G0766.70074US00 und mit dem Titel „ANCHOR TRACKING APPARATUS FOR IN-PLANE ACCELEROMETERS AND RELATED METHODS“ eingereicht wurde, und die hier durch Rückbezug in ihrer Gänze aufgenommen ist.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Anmeldung betrifft MEMS-Inertialsensoren (MEMS: mikroelektromechanisches System).
HINTERGRUND
Manche kapazitive MEMS-Sensoren (MEMS: mikroelektromechanisches System) tasten In-Plane-Beschleunigungen ab. Einige solche Sensoren weisen eine feste Elektrode und eine bewegliche Elektrode auf. Die feste Elektrode ist in einem Substrat verankert, während die bewegliche Elektrode mit einer Prüfmasse verbunden ist. Die Prüfmasse bewegt sich als Antwort auf Beschleunigungen in der Ebene der Prüfmasse.
KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung, wird ein MEMS-Beschleunigungsmesser (MEMS: mikroelektromechanisches System) bereitgestellt. Der MEMS-Beschleunigungsmesser (MEMS: mikroelektromechanisches System) kann aufweisen: eine Vielzahl von Ankern, die mit einem Substrat verbunden sind, eine Prüfmasse, die mit mindestens einem ersten und einem zweiten Anker der Vielzahl von Ankern über eine oder mehrere entsprechende Federn verbunden ist, eine Vielzahl von festen Elektroden, die mit dem Substrat verbunden sind, die eine erste feste Elektrode und eine zweite feste Elektrode aufweisen, eine oder mehrere Abtastelektroden, die mit der Prüfmasse verbunden sind und einen oder mehrere Abtastkondensatoren mit mindestens einer der Vielzahl von festen Elektroden bilden, wobei der eine oder die mehreren Abtastkondensatoren ausgebildet sind, um eine seitliche Beschleunigung der Prüfmasse abzutasten, und eine erste und eine zweite Kompensationsstruktur, die jeweils mit dem ersten und dem zweiten Anker starr verbunden sind, wobei die erste Kompensationsstruktur eine erste Kompensationselektrode aufweist, die einen ersten seitlichen Kompensationskondensator mit der ersten festen Elektrode bildet, und die zweite Kompensationsstruktur eine zweite Kompensationselektrode aufweist, die einen zweiten seitlichen Kompensationskondensator mit der zweiten festen Elektrode bildet.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Anmeldung, wird ein MEMS-Beschleunigungsmesser (MEMS: mikroelektromechanisches System) bereitgestellt. Der MEMS-Beschleunigungsmesser (MEMS: mikroelektromechanisches System) kann aufweisen: ein Substrat, einen ersten Anker, eine Prüfmasse, die mit dem ersten Anker über eine Feder verbunden und mit dem Substrat verbunden ist, eine Vielzahl von festen Elektroden, die mit dem Substrat verbunden sind, die eine erste feste Elektrode aufweisen, eine oder mehrere Abtastelektroden, die mit der Prüfmasse verbunden sind und einen oder mehrere Abtastkondensatoren mit mindestens einer von der Vielzahl von festen Elektroden bilden, wobei der eine oder die mehreren Abtastkondensatoren ausgebildet sind, um eine seitliche Beschleunigung der Prüfmasse abzutasten, einen zweiten Anker, der mit dem Substrat gekoppelt ist und nicht mit der Prüfmasse gekoppelt ist, und eine Kompensationsstruktur, die mit dem zweiten Anker starr verbunden ist und eine Kompensationselektrode aufweist, die einen seitlichen Kompensationskondensator mit der ersten festen Elektrode bildet.
Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Anmeldung wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen: Abtasten von seitlichen Beschleunigungen einer Prüfmasse unter Verwendung von mindestens einem Abtastkondensator, wobei der mindestens eine Abtastkondensator eine erste Abtastelektrode, die mit der Prüfmasse verbunden ist, und eine erste feste Elektrode, die mit einem Substrat verbunden ist, aufweist, wobei die Prüfmasse mit einem ersten Anker über eine erste Feder und mit einem zweiten Anker über eine zweie Feder verbunden ist, und der erste und der zweite Anker mit dem Substrat verbunden sind, Detektieren einer ersten Auslenkung des ersten Ankers unter Verwendung eines ersten seitlichen Kompensationskondensators, wobei der erste seitliche Kompensationskondensator eine erste Kompensationselektrode, die starr mit dem ersten Anker verbunden ist, und eine zweite feste Elektrode, die mit dem Substrat verbunden ist, aufweist, und Detektieren einer zweiten Auslenkung des zweiten Ankers unter Verwendung eines zweiten seitlichen Kompensationskondensators, wobei der zweite seitliche Kompensationskondensator eine zweite Kompensationselektrode, die starr mit dem zweiten Anker verbunden ist, und eine dritte feste Elektrode, die mit dem Substrat verbunden ist, aufweist.
Figurenliste
Verschiedene Aspekte und Ausführungsformen der Anmeldung werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben. Es versteht sich, dass die Figuren nicht notwendigerweise maßstabgetreu gezeichnet sind. Elemente, die in mehreren Figuren erscheinen, werden mithilfe desselben Bezugszeichens in all den Figuren, in denen sie erscheinen, angezeigt.

1 zeigt schematisch einen Teil eines MEMS-Beschleunigungsmessers, der eine Prüfmasse, die mit Ankern verbunden ist, und eine Vielzahl von Kompensationsstrukturen, um eine Auslenkung der Anker zu detektieren, aufweist, gemäß einer nicht beschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
2A zeigt ein Detail von 1, das schematisch einen Teil eines Balkens darstellt, der ein Paar Abtastkondensatoren mit einem Paar fester Elektroden bildet, gemäß einer nicht beschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
2B zeigt ein zusätzliches Detail von 1, das schematisch einen Teil eines Balkens darstellt, der ein Paar Kompensationskondensatoren mit einem Paar fester Elektroden bildet, gemäß einer nicht beschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
3 zeigt schematisch einen Teil eines MEMS-Beschleunigungsmessers, der zu jenem von 1 alternativ ist und der eine Prüfmasse, die mit Ankern verbunden ist, und eine Vielzahl von Kompensationsstrukturen, um eine Auslenkung von Ankern, mit denen die Kompensationsstrukturen gekoppelt sind, zu detektieren, aufweist, gemäß einer nicht beschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
4 zeigt schematisch einen MEMS-Beschleunigungsmesser, der ausgebildet ist, um Beschleunigungen entlang von zwei verschiedenen Richtungen abzutasten, und der Kompensationsstrukturen aufweist, um eine Auslenkung der Anker des MEMS-Beschleunigungsmessers zu detektieren, gemäß einer nicht beschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
5 zeigt schematisch eine Beispielfeder, die eine Prüfmasse mit einem Anker verbindet, gemäß einer nicht beschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
6 ist ein Blockdiagramm eines Systems, das einen MEMS-Beschleunigungsmesser und eine Abtastschaltung aufweist, gemäß einer nicht beschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
7 zeigt ein Fahrzeug, in dem das System von 6 verwendet werden kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung.
8 zeigt einen Tennisspieler, der eine tragbare Vorrichtung trägt, die das System von 6 aufweist, gemäß einer nicht beschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine Auslenkung des (der) Anker(s), der (die) die Prüfmasse einer MEMS-Vorrichtung (MEMS: mikroelektromechanisches System) mit einem Substrat der Vorrichtung koppelt, kann die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung negativ beeinflussen, da eine solche Auslenkung ein von null verschiedenes Abtastsignal erzeugen kann, welches vielmehr auf die Ankerauslenkung als auf die Beschleunigung der Prüfmasse zurückzuführen ist. Die Anmelderin hat erkannt, dass die Genauigkeit eines MEMS-Inertialsensors, wie z.B. eines Beschleunigungsmessers, der zum Abtasten von Beschleunigungen in der Ebene ausgebildet ist, verbessert werden kann, indem eine solche Auslenkung der Anker getrennt von der Detektion der Bewegung der Prüfmasse detektiert wird. Außerdem hat die Anmelderin erkannt, dass, wenn eine Prüfmasse mit einem Substrat mithilfe mehrerer Anker gekoppelt ist, ein separates Detektieren einer Auslenkung solcher Anker eine bessere Leistungsfähigkeit bereitstellt als ein Detektieren einer kombinierten Auslenkung der Anker. Daher kann ein MEMS-Inertialsensor mit einer Vielzahl von Kompensationsstrukturen bereitgestellt werden, die ausgebildet sind, um die Auslenkung mehrerer Anker des Inertialsensors, wie sie von Beanspruchungen im Substrat herrühren können, separat zu detektieren und zu kompensieren. Ein Verweis auf „In-Plane-Beschleunigung“ verweist hier auf eine Beschleunigung in einer Richtung parallel zur Ebene der Prüfmasse.
Manche herkömmliche MEMS-Beschleunigungsmesser sind gegenüber einer Beanspruchung empfindlich, die eine Auslenkung des Ankers, mit dem die Prüfmasse verbunden ist, verursacht. Ein Beispiel für eine Beanspruchung weist Häusungsbeanspruchung auf, die durch Temperaturschwankungen verursacht sein kann. Da sie unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, können sich das Substrat und das Gehäuse als Antwort auf Wärmeschwankungen um unterschiedliche Beträge ausdehnen, und als Folge kann eine mechanische Beanspruchung auftreten. Unter manchen Bedingungen kann eine mechanische Beanspruchung zu einer Wölbung des Substrats führen, wodurch verursacht wird, dass die Anker von ihren vorgesehenen Positionen ausgelenkt werden.
Die Anmelderin hat erkannt, dass die Beanspruchung von der Position abhängig sein kann und Anker, die an verschiedenen Abschnitten des Substrats angeordnet sind, um verschiedene Beträge und/oder entlang verschiedener Richtungen ausgelenkt werden können. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung kann ein MEMS-Inertialsensor, wie z.B. ein Beschleunigungsmesser, ausgebildet werden, um die Anfälligkeit seines Betriebs für Beanspruchung zu verringern, indem eine Vielzahl von Kompensationsstrukturen verwendet wird, wobei jede Kompensationsstruktur mit einem entsprechenden Anker verbunden ist. Auf diese Weise kann die Auslenkung jedes Ankers genau abgetastet werden. Die Kompensationsstrukturen können Balken aufweisen, die mindestens einen Kompensationskondensator mit einer an dem Substrat angebrachten festen Elektrode bilden. Als Antwort auf die Auslenkung des Ankers kann die Kapazität, die mit einem solchen Kompensationskondensator assoziiert ist, variieren, und daher kann die Auslenkung abgetastet werden. Die abgetastete Auslenkung des (der) Anker(s) kann von der abgetasteten Bewegung der Prüfmasse entfernt werden, oder auf eine andere Weise zum Kompensieren der durch die Prüfmasse abgetasteten Beschleunigung verwendet werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Anmeldung kann ein MEMS-Inertialsensor, wie z.B. ein Beschleunigungsmesser, des hier beschriebenen Typs zwei oder mehrere Kompensationsstrukturen für einen einzelnen Abtastkamm aufweisen. Ein „Abtastkamm“ bezieht sich auf eine Gruppe Abtastkondensatoren, die durch ineinandergreifende Balken oder Finger gebildet sind, wobei die Abtastkondensatoren ausgebildet sind, um Beschleunigungen in einer gemeinsamen Richtung abzutasten. Die Abtastkondensatoren, die einen Abtastkamm bilden, können in einigen Ausführungsformen parallel verbunden sein.
In einigen Ausführungsformen können eine Kompensationsstruktur und eine Prüfmasse mit demselben Anker, aber auf eine andere Weise verbunden sein. Die Kompensationsstruktur kann an dem Anker starr angebracht sind, während die Prüfmasse federnd angebracht sein kann, wodurch ermöglicht wird, dass sich die Prüfmasse relativ zum Anker bewegt. In anderen Ausführungsformen kann eine Kompensationsstruktur mit einem ersten Anker verbunden sein und die Prüfmasse kann mit einem zweiten Anker, der von dem ersten Anker verschieden ist, verbunden sein. Der erste und der zweite Anker können in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet werden. In solchen Ausgestaltungen können die zwei Anker eine ähnliche Auslenkung als Antwort auf eine Beanspruchung erfahren.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Anmeldung kann ein MEMS-Beschleunigungsmesser des hier beschriebenen Typs dahingehend ausgebildet werden, Beschleunigungen in zwei Richtungen abzutasten. In einigen Ausführungsformen können solche MEMS-Beschleunigungsmesser eine oder mehrere Kompensationsstrukturen, die ausgebildet sind, um eine Auslenkung eines Ankers in einer Richtung, wie z.B. der x-Achse, abzutasten, und eine oder mehrere Kompensationsstrukturen, die ausgebildet sind, um eine Auslenkung eines anderen Ankers in einer anderen Richtung, z.B. der y-Achse, abzutasten, aufweisen.
Die vorstehend beschriebenen Aspekte und Ausführungsformen sowie zusätzliche Aspekte und Ausführungsformen werden nachstehend weiter beschrieben. Diese Aspekte und/oder Ausführungsformen können einzeln, alle gemeinsam oder in einer beliebigen Kombination von zwei oder mehreren, verwendet werden, da die Anmeldung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist.
1 zeigt schematisch einen Teil eines MEMS-Beschleunigungsmessers, der eine Prüfmasse, die mit Ankern verbunden ist, und eine Vielzahl von Kompensationsstrukturen, um eine Auslenkung der Anker zu detektieren, aufweist, gemäß einer nicht beschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung. Ein MEMS-Beschleunigungsmesser 100 kann eine Prüfmasse 102, Kompensationsstrukturen 120 und 122, Anker 104 und 108, Federn 105, 106, 109 und 110, und feste Elektroden 114_A , 114_B , 114_C , 114_D , 114_E , 114_F , 114_G und 114_H aufweisen. Der MEMS-Beschleunigungsmesser 100 kann zusätzliche Merkmale (nicht dargestellt) aufweisen, wie z.B. zusätzliche feste Elektroden, Kompensationsstrukturen, Anker und/oder Feder, die auf eine beliebige geeignete Weise angeordnet sind. Die Prüfmasse 102 kann aus einem leitfähigen Material, wie z.B. Polysilizium, ausgebildet sein. Lediglich ein Teil der Prüfmasse 102 ist dargestellt, wie durch die gestrichelten Linien an ihren Enden angezeigt. Die mit durchgezogenen Linien gezeichneten Kreise in 1 repräsentieren Anker.
Die Prüfmasse 102 kann mit dem Substrat des MEMS-Beschleunigungsmessers 100 über die Anker 104 und 108 verbunden sein. Die Prüfmasse 102 kann mit dem Anker 104 über eine oder mehrere Federn, wie z.B. die Federn 105 und 106, verbunden sein. In einigen Ausführungsformen kann sich die Feder 105 entlang der y-Achse erstrecken, während sich die Feder 106 entlang der x-Achse erstrecken kann. Die Prüfmasse 102 kann mit dem Anker 108 über eine oder mehrere Federn, wie z.B. die Federn 109 und 110 verbunden sein. In einigen Ausführungsformen kann sich die Feder 109 entlang der y-Achse erstrecken, während sich die Feder 110 entlang der x-Achse erstrecken kann. Die Prüfmasse 102 kann ausgebildet sein, um sich als Antwort auf Beschleunigungen in der xy-Ebene zu bewegen. Da sie elastisch sind, können die Federn 105, 106, 109 und 110 ausgebildet sein, um die Prüfmasse 102 zurück in ihre natürliche oder Ruheposition zu bringen.
Die Prüfmasse 102 kann einen oder mehrere Balken, wie z.B. Balken 112_A , 112_B und 112_C aufweisen. Die Balken 112_A , 112_B und 112_C können hier auch als „Finger“ oder „Abtastelektroden“ bezeichnet werden. Jeder Balken kann sich entlang von zumindest einer festen Elektrode erstrecken, wodurch ein oder mehrere Abtastkondensatoren gebildet werden. Zum Beispiel kann sich der Balken 112_A entlang der festen Elektroden 114_B und 114_C erstrecken. 2A zeigt einen Abschnitt 124 des MEMS-Beschleunigungsmessers 100 in weiterem Detail. Wie dargestellt, kann der Balken 112_A einen ersten Abtastkondensator C_S1 mit der festen Elektrode 114_B , und einen zweiten Abtastkondensator C_S2 mit der festen Elektrode 114_C bilden. Die hier beschriebenen Abtastkondensatoren können auch als „seitliche Abtastkondensatoren“ bezeichnet werden, weil sie im Allgemeinen in einer Ebene parallel zur xy-Ebene ausgerichtet sind. Die festen Elektroden können aus einem leitfähigen Material, wie z.B. Polysilizium, ausgebildet sein. In einigen Ausführungsformen kann die feste Elektrode 114_B an dem Substrat über einen Stab 115_B verankert sein, und die feste Elektrode 114_C kann an dem Substrat über einen Stab 115_C verankert sein. Als Antwort auf Beschleunigungen in der x-Achse kann sich der Balken 112_A seitlich gemäß den Pfeilen A_S1 und A_S2 bewegen. Wenn sich der Balken 112_A gemäß dem Pfeil A_S1 bewegt, kann sich der Abstand zwischen dem Balken und der festen Elektrode 114_B verringern und der Abstand zwischen dem Balken und der festen Elektrode 114_C kann sich vergrößern. Dementsprechend kann die Kapazität, die mit dem Abtastkondensator C_S1 assoziiert ist, steigen, während sich die mit dem Abtastkondensator C_S2 assoziierte Kapazität verringern kann. Im Gegensatz dazu kann sich, wenn sich der Balken 112_A gemäß dem Pfeil A_S2 bewegt, der Abstand zwischen dem Balken und der festen Elektrode 114_B vergrößern und der Abstand zwischen dem Balken und der festen Elektrode 114_C kann sich verringern. Dementsprechend kann die Kapazität, die mit dem Abtastkondensator C_S2 assoziiert ist, steigen, während sich die mit dem Abtastkondensator C_S1 assoziierte Kapazität verringern kann. Durch Abtasten von Schwankungen der Kapazitäten, die mit den Abtastkondensatoren C_S1 und C_S2 assoziiert sind, können Beschleunigungen in einer Richtung parallel zur x-Achse abgetastet werden. In einigen Ausführungsformen können Schwankungen der Kapazität, die mit dem Abtastkondensator C_S1 assoziiert ist, ein erstes Abtastsignal erzeugen, und Schwankungen der Kapazität, die mit dem Abtastkondensator C_S2 assoziiert ist, können ein zweites Abtastsignal erzeugen. In einigen Ausführungsformen können das erste Abtastsignal und das zweite Abtastsignal Differenzsignale sein. Differenzsignale sind jene, die eine Phasenverschiebung von π oder im Wesentlichen π in Bezug aufeinander aufweisen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann der Balken 112_B einen ersten Abtastkondensator mit der festen Elektrode 114_D und einen zweiten Abtastkondensator mit der festen Elektrode 114_E bilden. Der Balken 112_C kann einen ersten Abtastkondensator mit der festen Elektrode 114_F und einen zweiten Abtastkondensator mit der festen Elektrode 114_G bilden. In einigen Ausführungsformen können die festen Elektroden 114_B , 114_D und 114_F miteinander elektrisch verbunden sein, zum Beispiel über Metall- oder Polysiliziumverbindungen, die auf einer Fläche des Substrats angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen können die festen Elektroden 114_C , 114_E und 114_G miteinander elektrisch verbunden sein, zum Beispiel über Metall- oder Polysiliziumverbindungen, die auf einer Fläche des Substrats angeordnet sind. Wie unter Bezugnahme auf 2A beschrieben, können die Balken 112_B und 112_C derart ausgebildet sein, dass sie sich als Antwort auf Beschleunigungen in einer Richtung parallel zur x-Achse bewegen. Obwohl 1 eine Prüfmasse darstellt, die drei Balken aufweist, kann eine beliebige geeignete Anzahl von Balken verwendet werden.
Zusätzlich zum Abtasten von Beschleunigungen entlang der x-Achse können die hier beschriebenen Abtastkondensatoren ferner unter manchen Bedingungen eine Auslenkung des Ankers 104 und/oder des Ankers 108 entlang der x-Achse abtasten, die als Antwort auf eine Beanspruchung, wie z.B. Häusungsbeanspruchung, entstehen können. Das Abtasten der Auslenkung eines oder mehrerer Anker kann nachteilig sein, da es die Abtastsignale verzerren kann. Zum Beispiel kann eine Schwankung der Kapazität, die mit einer der Abtastelektroden assoziiert ist, aufgrund einer Auslenkung eines Ankers, auch in Abwesenheit von Beschleunigungen entlang der x-Achse, abgetastet werden. Unter solchen Umständen kann ein Benutzer eines MEMS-Beschleunigungsmessers 100 nicht in der Lage sein, interessierende Beschleunigungen von einer Ankerauslenkung zu unterscheiden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung können eine oder mehrere Kompensationsstrukturen, wie z.B. die Kompensationsstrukturen 120 und 122, verwendet werden, um eine Ankerauslenkung zu kompensieren. In einigen Ausführungsformen kann die Kompensationsstruktur 120 mit dem Anker 104 verbunden sein und die Kompensationsstruktur 122 kann mit dem Anker 108 verbunden sein. Jede Kompensationsstruktur kann ausgebildet sein, um eine Auslenkung des Ankers, mit dem sie verbunden ist, zu verfolgen. Im Gegensatz zur Prüfmasse 102 können die Kompensationsstrukturen 120 und 122 starr mit ihren jeweiligen Ankern 104 und 108 verbunden sein. Da sie mit den jeweiligen Ankern starr verbunden sind, können die Kompensationsstrukturen 120 und 122 gegenüber Beschleunigungen entlang der x-Achse oder der y-Achse unempfindlich sein.
Die Kompensationsstruktur 120 kann einen oder mehrere Balken, wie z.B. Balken 121_A und 121_B aufweisen. Die Kompensationsstruktur 122 kann einen oder mehrere Balken, wie z.B. die Balken 123_A und 123_B , aufweisen. Die Balken 121_A , 121_B , 123_A und 123_B können hier auch als „Finger“ oder „Kompensationselektroden“ bezeichnet werden. Jeder Balken kann sich entlang von zumindest einer festen Elektrode erstrecken, wodurch ein oder mehrere Kompensationskondensatoren gebildet werden. Zum Beispiel kann sich der Balken 121_A entlang der festen Elektroden 114_A und 114_B erstrecken. 2B zeigt einen Abschnitt 125 des MEMS-Beschleunigungsmessers 100 in weiterem Detail. Wie dargestellt, kann der Balken 121_A einen ersten Kompensationskondensator C_C1 mit der festen Elektrode 114_A und einen zweiten Kompensationskondensator C_C2 mit der festen Elektrode 114_B bilden. Die hier beschriebenen Kompensationskondensatoren können auch als „seitliche Kompensationskondensatoren“ bezeichnet werden, da sie im Allgemeinen in einer Ebene parallel zur xy-Ebene ausgerichtet sind. Die festen Elektroden können aus einem leitfähigen Material, wie z.B. Polysilizium, ausgebildet sein. In einigen Ausführungsformen kann die feste Elektrode 114_A an dem Substrat über den Stab 115_A verankert sein, und die feste Elektrode 114_B kann an dem Substrat über den Stab 115_B verankert sein. Als Antwort auf eine Auslenkung des Ankers 104 in der x-Achse kann sich der Balken 121_A seitlich gemäß den Pfeilen A_C1 und A_C2 bewegen. Wenn sich der Balken 121_A gemäß dem Pfeil A_C1 bewegt, kann sich der Abstand zwischen dem Balken und der festen Elektrode 114_A verringern und der Abstand zwischen dem Balken und der festen Elektrode 114_B kann sich vergrößern. Dementsprechend kann die Kapazität, die mit dem Kompensationskondensator C_C1 assoziiert ist, steigen, während die mit dem Abtastkondensator C_C2 assoziierte Kapazität sich verringern kann. Im Gegensatz dazu kann, wenn sich der Balken 121_A gemäß dem Pfeil A_C2 bewegt, der Abstand zwischen dem Balken und der festen Elektrode 114_A steigen und der Abstand zwischen dem Balken und der festen Elektrode 114_B kann sich verringern. Dementsprechend kann die Kapazität, die mit dem Kompensationskondensator C_C2 assoziiert ist, steigen, während die mit dem Abtastkondensator C_C1 assoziierte Kapazität sich verringern kann. Durch Abtasten von Schwankungen der Kapazitäten, die mit den Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 assoziiert sind, kann eine Auslenkung des Ankers 104 in einer Richtung parallel zur x-Achse abgetastet werden. In einigen Ausführungsformen können Schwankungen der Kapazität, die mit dem Kompensationskondensator C_C1 assoziiert ist, ein erstes Kompensationssignal erzeugen, und Schwankungen der Kapazität, die mit dem Kompensationskondensator C_C2 assoziiert ist, können ein zweites Kompensationssignal erzeugen. In einigen Ausführungsformen können das erste Kompensationssignal und das zweite Kompensationssignal Differenzialsignale sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann der Balken 121_B einen ersten Kompensationskondensator mit der festen Elektrode 114_C und einen zweiten Kompensationskondensator mit der festen Elektrode 114_D bilden. Der Balken 123_A kann einen ersten Kompensationskondensator mit der festen Elektrode 114_E und einen zweiten Abtastkondensator mit der festen Elektrode 114_F bilden. Der Balken 123_B kann einen ersten Kompensationskondensator mit der festen Elektrode 114_G und einen zweiten Abtastkondensator mit der festen Elektrode 114_H bilden. In einigen Ausführungsformen kann die feste Elektrode 114_A mit der festen Elektrode 114_C elektrisch verbunden sein, die feste Elektrode 114_B kann mit der festen Elektrode 114_D elektrisch verbunden sein, die feste Elektrode 114_E kann mit der festen Elektrode 114_G elektrisch verbunden sein und die feste Elektrode 114_F kann mit der festen Elektrode 114_H elektrisch verbunden sein. Wie unter Bezugnahme auf 2B beschrieben, kann der Balken 121_B derart ausgebildet werden, dass er sich als Antwort auf eine Auslenkung des Ankers 104 in einer Richtung parallel zur x-Achse bewegt, während die Balken 123_A und 123_B derart ausgebildet sein können, dass sie sich als Antwort auf eine Auslenkung des Ankers 108 in einer Richtung parallel zur x-Achse bewegen. Obwohl 1 Kompensationsstrukturen darstellt, von denen jede zwei Balken aufweist, kann eine beliebige geeignete Anzahl von Balken verwendet werden. Wie nachstehend beschrieben sein wird, können die über die Abtastkondensatoren erlangten Abtastsignale mit Kompensationssignalen, die über die Kompensationskondensatoren erlangt werden, kombiniert werden, um kompensierte Abtastsignale zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen können mindestens zwei Kompensationsstrukturen in Kombination mit einem einzelnen Abtastkamm verwendet werden. In dem in 1 dargestellten nicht beschränkenden Beispiel kann ein Abtastkamm aus den Abtastkondensatoren, die mit den Balken 112_A , 112_B und 112_C assoziiert sind, ausgebildet werden. Wie dargestellt, können die Kompensationsstrukturen 120 und 122 mit einem solchen Abtastkamm assoziiert sein.
In dem in 1 dargestellten nicht beschränkenden Beispiel sind die Prüfmasse und mindestens eine Kompensationsstruktur mit demselben Anker verbunden. Zum Beispiel sind die Prüfmasse 102 und die Kompensationsstruktur 120 mit dem Anker 104 gekoppelt. Jedoch ist die Anmeldung in dieser Hinsicht nicht beschränkt, und die Prüfmasse kann mit einem oder mehreren Ankern verbunden sein, und mindestens eine Kompensationsstruktur kann mit einem separaten Anker verbunden sein. 3 zeigt einen Teil eines alternativen MEMS-Beschleunigungsmessers, der mindestens zwei Kompensationsstrukturen aufweist, gemäß einigen nicht beschränkenden Ausführungsformen. Der MEMS-Beschleunigungsmesser 300 kann eine Prüfmasse 302, Kompensationsstrukturen 320 und 322, Anker 304, 308, 318 und 319 und Federn 305, 306, 309 und 310 aufweisen. Der MEMS-Beschleunigungsmesser 300 kann zusätzliche Merkmale (nicht dargestellt), wie z.B. zusätzliche feste Elektroden, Kompensationsstrukturen, Anker und/oder Federn, die auf eine beliebige geeignete Weise angeordnet sind, aufweisen. Die Prüfmasse 302 kann aus einem leitfähigen Material, wie z.B. Polysilizium, ausgebildet sein.
Die Prüfmasse 302 kann mit dem Anker 304 über die Federn 305 und 306 verbunden sein und kann mit dem Anker 308 über die Federn 309 und 310 verbunden sein. Die Prüfmasse 302 kann einen oder mehrere Balken, wie z.B. die Balken 312_A , 312_B und 312_C , aufweisen, von denen jeder einen oder mehrere Abtastkondensatoren mit entsprechenden festen Elektroden bilden kann. Zum Beispiel kann der Balken 312_A Abtastkondensatoren mit den festen Elektroden 314_B und 314_C bilden, der Balken 312_B kann Abtastkondensatoren mit den festen Elektroden 314_D und 314_E bilden, und der Balken 312_C kann Abtastkondensatoren mit den festen Elektroden 314_F und 314_G bilden. Wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, können die Abtastkondensatoren ausgebildet sein, um Beschleunigungen entlang der x-Achse abzutasten. Obwohl 3 eine Prüfmasse darstellt, die drei Balken aufweist, kann eine beliebige geeignete Anzahl von Balken verwendet werden. Die Balken 312_A , 312_B und 312_C können hier auch als „Finger“ oder „Abtastelektroden“ bezeichnet werden.
Die Kompensationsstrukturen 320 und 322 können jeweils mit den Ankern 318 und 319 verbunden sein. Der Anker 318 kann auf dem Substrat des MEMS-Beschleunigungsmessers 300 in einem Abstand von dem Anker 304 angeordnet sein, so dass die zwei Anker im Hinblick auf die Richtung und Intensität eine ähnliche Auslenkung erfahren. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der Abstand zwischen dem Anker 304 und dem Anker 318 kleiner als 20 µm, in einigen Ausführungsformen kleiner als 15 µm, in einigen Ausführungsformen kleiner als 10 µm, in einigen Ausführungsformen kleiner als 5 µm, in einigen Ausführungsformen kleiner als 3 µm, in einigen Ausführungsformen kleiner als 2 µm, in einigen Ausführungsformen kleiner als 1 µm sein, oder einen beliebigen Wert innerhalb solcher Bereiche betragen. Der Anker 319 kann auf dem Substrat des MEMS-Beschleunigungsmessers 300 in einem Abstand von dem Anker 308 angeordnet sein, so dass die zwei Anker im Hinblick auf die Richtung und Intensität eine ähnliche Auslenkung erfahren. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen dem Anker 308 und dem Anker 319 ein beliebiger von jenen sein, die vorstehend in Bezug auf den Abstand zwischen dem Anker 304 und dem Anker 318 aufgelistet wurden.
Analog zu den Kompensationsstrukturen 120 und 122 von 1 können die Kompensationsstrukturen 320 und 322 ausgebildet sein, um eine Auslenkung, entlang der x-Achse, jeweils von den Ankern 318 und 319 zu verfolgen. Da sie mit den jeweiligen Ankern starr verbunden sind, können außerdem die Kompensationsstrukturen 320 und 322 gegenüber Beschleunigungen entlang der x-Achse oder der y-Achse unempfindlich sein. Die Kompensationsstruktur 320 kann Balken 321_A und 321_B aufweisen, und die Kompensationsstruktur 322 kann Balken 323_A und 323_B aufweisen. Die Balken 321_A , 321_B , 323_A und 321_B können hier auch als Finger oder Kompensationselektroden bezeichnet werden. Jede Kompensationselektrode kann einen oder mehrere Kompensationskondensatoren mit einer oder mehreren entsprechenden festen Elektroden bilden. Zum Beispiel kann der Balken 321_A Kompensationskondensatoren mit den festen Elektroden 314_A und 314_B bilden, der Balken 321_B kann Kompensationskondensatoren mit den festen Elektroden 314_C und 314_D bilden, der Balken 323_A kann Kompensationskondensatoren mit den festen Elektroden 314_E und 314_F bilden, der Balken 323_B kann Kompensationskondensatoren mit den festen Elektroden 314_G und 314_H bilden. Obwohl 3 Kompensationsstrukturen darstellt, von denen jede zwei Balken aufweist, kann eine beliebige geeignete Anzahl von Balken verwendet werden. Wie nachstehend beschrieben sein wird, können über die Abtastkondensatoren erlangte Abtastsignale mit Kompensationssignalen, die über die Kompensationskondensatoren erlangt werden, kombiniert werden, um auslenkungsfreie Abtastsignale zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen können mindestens zwei Kompensationsstrukturen in Kombination mit einem einzelnen Abtastkamm verwendet werden. In dem in 3 dargestellten nicht beschränkenden Beispiel kann ein Abtastkamm aus den Abtastkondensatoren, die mit den Balken 312_A , 312_B und 312_C assoziiert sind, ausgebildet werden. Wie dargestellt, können die Kompensationsstrukturen 320 und 322 mit einem solchen Abtastkamm assoziiert sein.
Die MEMS-Beschleunigungsmesser 100 und 300 können ausgebildet sein, um Beschleunigungen in einer Richtung, wie z.B. entlang der x-Achse, abzutasten. Jedoch stellen einige Ausführungsformen MEMS-Beschleunigungsmesser bereit, die zum Abtasten von Beschleunigungen in mehr als einer Richtung ausgebildet sind. 4 zeigt schematisch einen MEMS-Beschleunigungsmesser, der ausgebildet ist, um Beschleunigungen entlang von zwei verschiedenen Richtungen abzutasten, und der Kompensationsstrukturen aufweist, um eine Auslenkung der Anker des MEMS-Beschleunigungsmessers zu detektieren, gemäß einer nicht beschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung. Der MEMS-Beschleunigungsmesser 400 kann eine Prüfmasse 402, Kompensationsstrukturen 420_A , 420_B , 420_C und 420_D Anker 403_A , 403_B , 403_C und 403_D , Federn 404_A , 404_B , 405_A , 405_B , 406_A , 406_B , 407_A und 407_B und feste Balken 414_A , 414_B , 414_C , 414_D , 415_A , 415_B , 415_C , 415_D , 416_A , 416_B , 416_C , 416_D , 417_A , 417_B , 417_C und 417_D aufweisen.
Die Prüfmasse 402 kann mit dem Anker 403_A über die Federn 404_A und 404_B verbunden sein, kann mit dem Anker 403_B über die Federn 405_A und 405_B verbunden sein, kann mit dem Anker 403_C über die Federn 406_A und 406_B verbunden sein und kann mit dem Anker 403_D über die Federn 407_A und 407_B verbunden sein. Die Prüfmasse 402 kann ausgebildet sein, um sich als Antwort auf Beschleunigungen in der xy-Ebene zu bewegen. Die Prüfmasse 402 kann die Balken 412_A , 412_B , 412_C und 412_D aufweisen. Jeder solcher Balken, die hier auch als Finger oder Abtastelektroden bezeichnet werden, kann mindestens einen Abtastkondensator mit einer oder mehreren entsprechenden festen Elektroden bilden. In einigen Ausführungsformen kann der Balken 412_A Abtastkondensatoren mit den festen Elektroden 414_B und 414_C bilden, und der Balken 412_C kann Abtastkondensatoren mit den festen Elektroden 416_B und 416_C bilden. Die Kapazitäten, die mit den Balken 412_A und 412_C assoziiert sind, können ausgebildet sein, so dass sie als Antwort auf Beschleunigungen in einer Richtung parallel zur x-Achse variieren. In einigen Ausführungsformen kann der Balken 412_B Abtastkondensatoren mit den festen Elektroden 415_B und 415_C bilden, und der Balken 412_D kann Abtastkondensatoren mit den festen Elektroden 417_B und 417_C bilden. Die Kapazitäten, die mit den Balken 412_B und 412_D assoziiert sind, können ausgebildet sein, so dass sie als Antwort auf Beschleunigungen in einer Richtung parallel zur y-Achse variieren. Obwohl 4 eine Prüfmasse darstellt, die vier Balken aufweist, kann eine beliebige andere geeignete Anzahl von Balken verwendet werden, einschließlich von einem oder mehreren Balken, die ausgebildet sind, um Kapazitäten, die auf eine Beschleunigung in der x- und/oder y-Richtung antworten, zu bilden.
Die Kompensationsstruktur 420_A kann mit dem Anker 403_A starr verbunden sein und kann einen oder mehrere Balken, wie z.B. die Balken 421_A und 421_B , aufweisen. Der Balken 421_A kann Kompensationskondensatoren mit den festen Elektroden 417_A und 417_B bilden. Solche Kompensationskondensatoren können ausgebildet sein, um eine Auslenkung des Ankers 403_A in einer Richtung parallel zur y-Achse abzutasten. Der Balken 421_B kann Kompensationskondensatoren mit den festen Elektroden 414_A und 414_B bilden. Solche Kompensationskondensatoren können ausgebildet sein, um eine Auslenkung des Ankers 403_A in einer Richtung parallel zur x-Achse abzutasten. Die Kompensationsstruktur 420_A ist nicht notwendigerweise auf zwei Balken beschränkt. In einigen Ausführungsformen kann eine Kompensationsstruktur mindestens zwei Kompensationselektroden zum Abtasten einer Ankerauslenkung entlang der x-Achse und/oder mindestens zwei Kompensationselektroden zum Abtasten einer Ankerauslenkung entlang der y-Achse aufweisen.
Die Kompensationsstruktur 420_B kann mit dem Anker 403_B starr verbunden sein und kann einen oder mehrere Balken, wie z.B. die Balken 422_A und 422_B , aufweisen. Der Balken 422_A kann Kompensationskondensatoren mit den festen Elektroden 415_A und 415_B bilden. Solche Kompensationskondensatoren können ausgebildet sein, um eine Auslenkung des Ankers 403_B in einer Richtung parallel zur y-Achse abzutasten. Der Balken 422_B kann Kompensationskondensatoren mit den festen Elektroden 414_C und 414_D bilden. Solche Kompensationskondensatoren können ausgebildet sein, um eine Auslenkung des Ankers 403_B in einer Richtung parallel zur x-Achse abzutasten. Die Kompensationsstruktur 420_B ist nicht notwendigerweise auf zwei Balken beschränkt. In einigen Ausführungsformen kann eine Kompensationsstruktur mindestens zwei Kompensationselektroden zum Abtasten einer Ankerauslenkung entlang der x-Achse und/oder mindestens zwei Kompensationselektroden zum Abtasten einer Ankerauslenkung entlang der y-Achse aufweisen.
Die Kompensationsstruktur 420_C kann mit dem Anker 403_C starr verbunden sein, und kann einen oder mehrere Balken, wie z.B. die Balken 423_A und 423_B , aufweisen. Der Balken 423_A kann Kompensationskondensatoren mit den festen Elektroden 415_C und 415_D bilden. Solche Kompensationskondensatoren können ausgebildet sein, um eine Auslenkung des Ankers 403_C in einer Richtung parallel zur y-Achse abzutasten. Der Balken 423_B kann Kompensationskondensatoren mit den festen Elektroden 416_C und 416_D bilden. Solche Kompensationskondensatoren können ausgebildet sein, um eine Auslenkung des Ankers 403c in einer Richtung parallel zur x-Achse abzutasten. Die Kompensationsstruktur 420_C ist nicht notwendigerweise auf zwei Balken beschränkt. In einigen Ausführungsformen kann eine Kompensationsstruktur mindestens zwei Kompensationselektroden zum Abtasten einer Ankerauslenkung entlang der x-Achse und/oder mindestens zwei Kompensationselektroden zum Abtasten einer Ankerauslenkung entlang der x-Achse aufweisen.
Die Kompensationsstruktur 420_D kann mit dem Anker 403_D starr verbunden sein, und kann einen oder mehrere Balken, wie z.B. die Balken 424_A und 424_B , aufweisen. Der Balken 424_A kann Kompensationskondensatoren mit den festen Elektroden 417_C und 417_D bilden. Solche Kompensationskondenatoren können ausgebildet sein, um eine Auslenkung des Ankers 403_D in einer Richtung parallel zur y-Achse abzutasten. Der Balken 424_B kann Kompensationskondensatoren mit den festen Elektroden 416_A und 416_B bilden. Solche Kompensationskondensatoren können ausgebildet sein, um eine Auslenkung des Ankers 403_D in einer Richtung parallel zur x-Achse abzutasten. Die Kompensationsstruktur 420_D ist nicht notwendigerweise auf zwei Balken beschränkt. In einigen Ausführungsformen kann eine Kompensationsstruktur mindestens zwei Kompensationselektroden zum Abtasten einer Ankerauslenkung entlang der x-Achse und/oder mindestens zwei Kompensationselektroden zum Abtasten einer Ankerauslenkung entlang der y-Achse aufweisen.
Wie nachstehend beschrieben sein wird, können über die Abtastkondensatoren erlangte Abtastsignale mit Kompensationssignalen, die über die Kompensationskondensatoren erlangt wurden, kombiniert werden, um kompensierte Abtastsignale zu erzeugen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist die Prüfmasse eines MEMS-Beschleunigungsmessers des hier beschriebenen Typs mit einem Anker über eine oder mehrere Federn verbunden. Wegen der elastischen Verbindung mit dem Anker kann sich die Prüfmasse als Antwort auf Beschleunigungen in der xy-Ebene frei bewegen. Ein nicht beschränkendes Beispiel einer Feder zum Verbinden der Prüfmasse mit einem Anker ist in 5 dargestellt. Wie dargestellt, kann der Anker 504 mit der Prüfmasse 502 über die Feder 507 verbunden sein. Die Feder 507 kann einen oder mehrere Balken 508, die parallel zur y-Achse ausgerichtet sind, und einen oder mehrere Balken 509, die parallel zur x-Achse ausgerichtet sind, aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die Balken gleiche Längen aufweisen. Jedoch ist die Anmeldung in dieser Hinsicht nicht beschränkt und Balken, die verschiedene Längen aufweisen, können verwendet werden. Die Balken können ausgebildet sein, um sich als Antwort auf Beschleunigungen in der x-Achse und/oder der y-Achse zu biegen, wodurch ermöglicht wird, dass sich die Prüfmasse bewegt. Die Feder 507 kann als eine beliebige der Federn der MEMS-Beschleunigungsmesser 100, 300 und 400 dienen. Federn, die einen oder mehrere Balken, welche in einer ersten Richtung ausgerichtet sind, und einen oder mehrere Balken, die in einer zweiten Richtung ausgerichtet sind, aufweisen, können als „Mehrsegmentfeder“ bezeichnet werden.
Wie unter Bezugnahme auf 1, 2 und 4 beschrieben, können Kompensationssignale, die über Kompensationskondensatoren erlangt werden, zum Kompensieren einer Auslenkung eines oder mehrerer Anker verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann ein MEMS-Inertialsensor, wie z.B. ein Beschleunigungsmesser, des hier beschriebenen Typs mit einer Schaltung verbunden sein, die zum Kompensieren von Abtastsignalen mit Kompensationssignalen ausgebildet ist. 6 ist ein Blockdiagramm, das ein System 600 zeigt, das einen MEMS-Beschleunigungsmesser 602, eine Versorgungseinheit 604, eine Abtastschaltung 606 und eine Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Schnittstelle 608 aufweist. Der MEMS-Beschleunigungsmesser 602 kann als ein MEMS-Beschleunigungsmesser 100, 200 oder 400 dienen. In einigen Ausführungsformen können die Abtastschaltung 606 und der MEMS-Beschleunigungsmesser 602 auf demselben Substrat, wie z.B. einem Siliziumsubstrat, angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen können die Abtastschaltung 606 und der MEMS-Beschleunigungsmesser 602 auf getrennten Substraten angeordnet sein, die aneinander gebondet und/oder innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses gehäust sein können. In einigen Ausführungsformen kann der MEMS-Beschleunigungsmesser 602 ferner einen Beschleunigungsmesser aufweisen, der zum Abtasten von Out-of-Plane-Beschleunigungen, z.B. in einer Richtung senkrecht zur xy-Ebene, ausgebildet ist. Solche Out-of-Plane-Beschleunigungsmesser können eine oder mehrere Kompensationsstrukturen aufweisen, die zum Abtasten einer Auslenkung eines oder mehrerer Anker ausgebildet sind. In einigen Ausführungsformen kann der MEMS-Beschleunigungsmesser 602 ferner einen oder mehrere Winkelbeschleunigungsmesser aufweisen, die zum Abtasten einer Winkelbeschleunigung um eine, zwei oder drei Achsen ausgebildet sind.
Die Abtastschaltung 606 kann ausgebildet sein, um Abtastsignale, die über einen oder mehrere Abtastkondensatoren erlangt wurden, und Kompensationssignale, die über einen oder mehrere Kompensationskondensatoren erlangt wurden, zu empfangen. Zum Beispiel kann als Antwort auf Beschleunigungen in einer Richtung parallel zur x-Achse, die Abtastschaltung 606 ausgebildet sein, um ein Signal S_S1 zu erzeugen, das zur Schwankung ΔC_S1 der Kapazität, die mit dem Abtastkondensator C_S1 assoziiert ist, proportional ist, und ein Signal S_S2 zu erzeugen, das zur Schwankung ΔC_S2 der Kapazität, die mit dem Abtastkondensator C_S2 assoziiert ist, proportional ist. Als Antwort auf eine Auslenkung des Ankers 104 in einer Richtung parallel zur x-Achse kann außerdem die Abtastschaltung 606 ausgebildet sein, um ein Signal S_C1 zu erzeugen, das zur Schwankung ΔC_C1 der Kapazität, die mit dem Kompensationskondensator C_C1 assoziiert ist, proportional ist, und ein Signal S_C2 zu erzeugen, das zur Schwankung ΔC_C2 der Kapazität, die mit dem Kompensationskondensator C_C2 assoziiert ist, proportional ist. In einigen Ausführungsformen kann die Abtastschaltung 606 ausgebildet sein, um ein kompensiertes Abtastsignal S_comp zu erzeugen, indem S_S1 , S_S2 , S_C1 und S_C2 gemäß dem folgenden Ausdruck kombiniert werden: $S_{comp} = S_{S1} + S_{C2} - (S_{S2} + S_{C1})$
In einigen Ausführungsformen kann das kompensierte Signal derart ausgebildet sein, dass es zur Beschleunigung, die durch den MEMS-Beschleunigungsmesser erfahren wird, proportional ist, und dass es gegenüber einer Auslenkung der Anker unempfindlich ist.
In einigen Ausführungsformen können die Abtastkondensatoren und die Kompensationskondensatoren verbunden sein, um einen Kondensator bereitzustellen, der eine Schwankung (eine Änderung der Gesamtkapazität) C_T aufweist, die folgendermaßen ausgedrückt wird: $C_{T} = C_{S1} + C_{C2} - (C_{S2} + C_{C1}) .$
C_S1 , C_S2 , C_C1 und C_C2 können derart ausgebildet sein, dass in Abwesenheit einer Beschleunigung C_T = 0 gilt. Wenn eine Auslenkung bei einer gegebenen Beschleunigung auftritt, können die mit C_S1 und C_S2 assoziierten Kapazitäten um einen gleichen Betrag dC mit entgegengesetzten Polaritäten variieren, während die mit C_C1 und C_C2 assoziierten Kapazitäten im Großen und Ganzen aufgrund der Tatsache, dass die Steifigkeit der Kompensationsstruktur wesentlich größer ist als die Steifigkeit der Abtaststruktur, unverändert bleiben. Als eine Folge kann die resultierende Auslenkung der Kompensationsstruktur wesentlich kleiner sein als die Auslenkung der Abtaststruktur. In Anwesenheit einer Beschleunigung kann C_T folgendermaßen bereitgestellt werden: $C_{T} = C_{S1} + dC + C_{C2} - (C_{S2} - dC + C_{C1}) = 2 dC$
In einigen Ausführungsformen gilt C_S1 = C_S2 ≈ C_C1 = C_C2. In solchen Ausführungsformen können, wenn eine Ankerauslenkung auftritt, die mit C_S1 , C_S2 , C_C1 und C_C2 assoziierten Kapazitäten um einen gleichen Betrag δC variieren. Bei solchen Bedingungen ist C_T folgendermaßen bereitgestellt: $C_{T} = C_{S1} + δ C + C_{C2} - δ C - (C_{S2} - δ C + C_{C1} + δ C) = 0$
Folglich ist in einigen Ausführungsformen C_T gleich null, wodurch ein kompensiertes Abtastsignal bereitgestellt wird, das keine Ankerauslenkungen widerspiegelt.
Zum Vergleich wird nun ein MEMS-Beschleunigungsmesser, der nicht mit einer Kompensationsstrukturen des hier beschriebenen Typs ausgestattet ist, betrachtet. In einem solchen Fall können die Abtastkondensatoren verbunden sein, um einen Kondensator bereitzustellen, der eine Änderung der Kapazität C_TT aufweist, die folgendermaßen bereitgestellt wird: $C_{TT} = C_{S1} - C_{S2}$
Wenn eine Auslenkung bei einer gegeben Beschleunigung auftritt, können die mit C_S1 und C_S2 assoziierten Kapazitäten um einen gleichen Betrag dC, mit verschiedenen Polaritäten, variieren, was ergibt: $C_{TT} = C_{S1} + dC - (C_{S2} - dC) = 2 dC$
In diesem Fall können, wenn eine Ankerauslenkung bei einer gegebenen Beanspruchung oder Chip-Verformung auftritt, die mit C_S1 und C_S2 assoziierten Kapazitäten um einen gleichen Betrag δC variieren, was ergibt: $C_{TT} = C_{S1} + δ C - (C_{S2} - δ C) = 2 δ C$
Wegen der Empfindlichkeit gegenüber einer Beschleunigung sowie einer Ankerauslenkung können Versatzfehler auftreten.
Das System 600 kann über verdrahtete Verbindungen oder drahtlos ein kompensiertes Abtastsignal an ein externes Überwachungssystem, wie z.B. einen Rechner, ein Smartphone, ein Tablet, eine Smartwatch, eine Smartbrille oder eine beliebige andere geeignete Epfangsvorrichtung, periodisch senden. Die I/O-Schnittstelle 608 kann ausgebildet sein, um Daten über WiFi, Bluetooth, Bluetooth Low Energy (BLE), Zigbee, Thread, ANT, ANT+, IEEE 802.15.4, IEEE 802.11.ah, oder ein beliebiges anderes geeignetes drahtloses Kommunikationsprotokoll zu senden und/oder zu empfangen. Alternativ oder zusätzlich kann die I/O-Schnittstelle 608 ausgebildet sein, um Daten unter Verwendung von proprietären Verbindungsprotokollen zu senden und/oder zu empfangen. Die I/O-Schnittstelle 608 kann eine oder mehrere Antennen, wie z.B. eine Mikrostreifenleiterantenne, aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die I/O-Schnittstelle 608 mit einem Kabel verbunden sein und kann ausgebildet sein, um Signale über das Kabel zu senden und/oder zu empfangen.
Das System 600 kann unter Verwendung einer Versorgungseinheit 604 versorgt werden. Die Versorgungseinheit kann ausgebildet sein, um die Abtastschaltung 606, die I/O-Schnittstelle 608, den MEMS-Beschleunigungsmesser 602 oder eine beliebige geeignete Kombination davon zu versorgen. In einigen Ausführungsformen kann die Versorgungseinheit 604 eine oder mehrere Batterien aufweisen. Das System 600 kann in zumindest einigen Ausführungsformen hinreichend wenig Leistung aufnehmen, um einen Betrieb über längere Zeiträume auf der Grundlage von lediglich Batterieleistung zu ermöglichen. Die Batterie oder Batterien können in einigen Ausführungsformen wiederaufladbar sein. Die Versorgungseinheit 604 kann eine oder mehrere Lithium-Ionen-Batterien, Lithium-Polymer-Batterien (LiPo-Batterien), Superkondensator-basierte Batterien, Alkalibatterien, Aluminium-Ionen-Batterien, Quecksilberbatterien, Trockenzellenbatterien, Zink-Kohle-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien, Graphenbatterien oder beliebige andere geeignete Batterietypen aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Versorgungseinheit 604 eine Schaltung zum Umwandeln von Wechselstromleistung in Gleichstromleistung aufweisen. Zum Beispiel kann die Versorgungseinheit 604 Wechselstromleistung von einer Leistungsquelle, die sich außerhalb des Systems 600 befindet, wie z.B. über die I/O-Schnittstelle 608 empfangen und kann Gleichstromleistung an einige oder alle der Komponenten des Systems 600 liefern. In solchen Fällen kann die Versorgungseinheit 604 einen Gleichrichter, einen Spannungsregler, einen Gleichspannungswandler oder eine beliebige andere geeignete Vorrichtung für Leistungsumwandlung aufweisen.
Die Versorgungseinheit 604 kann in einigen Ausführungsformen Energiegewinnungskomponenten und/oder Energiespeicherkomponenten aufweisen. Energie kann aus der Umgebung gewonnen und für die Versorgung des Systems 600 bei Bedarf, was eine periodische, zufällige oder kontinuierliche Versorgung aufweisen kann, gespeichert werden. Die Art von implementierten Energiegewinnungskomponenten kann auf der Grundlage der erwarteten Umgebung des Systems 600 gewählt werden, zum Beispiel, neben anderen möglichen Überlegungen, basierend auf der erwarteten Größe und Häufigkeit der Bewegung, der das System 600 wahrscheinlich unterzogen wird, dem Betrag der Beanspruchung, mit der das System wahrscheinlich belastet wird, der Menge an Licht, der das System wahrscheinlich ausgesetzt wird, und/oder der (den) Temperatur(en), der (denen) das System wahrscheinlich ausgesetzt wird. Beispiele für geeignete Energiegewinnungstechnologien weisen thermoelektrische Energiegewinnung, magnetische Vibrationsgewinnung, Gewinnung aus elektrischer Überbelastung, photovoltaische Gewinnung, Hochfrequenzgewinnung und Gewinnung aus kinetischer Energie auf. Die Energiespeicherkomponenten können in einigen Ausführungsformen Superkondensatoren aufweisen.
Das System 600 kann in verschiedenen Situationen zum Detektieren einer Beschleunigung, einschließlich von unter anderem Sport-, Gesundheitswesen-, Militär- und Industrieanwendungen, eingesetzt werden. Einige nicht beschränkende Beispiele werden nun beschrieben. Ein System 600 kann ein tragbarer Sensor sein, der beim Überwachen von Sportbezogenen physischen Aktivitäten und Leistung, Patientengesundheit, Militärpersonaltätigkeit oder anderen für einen Benutzer interessanten Anwendungen, eingesetzt wird.
Eine solche Situation liegt bei Personenkraftwagen oder anderen Fortbewegungsmitteln, wie z.B. Booten und Flugzeugen, vor. 7 zeigt ein Beispiel, in dem ein Sensorsystem des hier beschriebenen Typs in einem Fahrzeug eingesetzt ist. Im Beispiel von 7 weist ein Fahrzeug 700 eine Steuereinheit 701 auf, die mit einem Bordcomputer 704 des Fahrzeugs durch eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung gekoppelt ist. Die Steuereinheit 701 kann das System 600 von 6 aufweisen. Das System 600 kann ein Gehäuse oder eine Einhausung aufweisen, das/die an einem geeigneten Teil des Fahrzeugs 700 angebracht ist, und kann einen MEMS-Beschleunigungsmesser des hier beschriebenen Typs aufweisen. Der MEMS-Beschleunigungsmesser kann als ein Beispiel Beschleunigungen entlang der Fahrtrichtung und/oder senkrecht zur Fahrtrichtung abtasten. Zusätzlich oder alternativ kann der MEMS-Beschleunigungsmesser ausgebildet sein, um vertikale Beschleunigungen abzutasten, wodurch zum Beispiel der Status der Aufhängungen überwacht wird. Die Steuereinheit 701 kann Leistung und Steuersignale von dem Bordcomputer 704 empfangen und kann Abtastsignale, wie z.B. kompensierte Abtastsignale des hier beschriebenen Typs, an den Bordcomputer 704 liefern. In manchen Situationen können Temperaturschwankungen innerhalb der Steuereinheit 701 eine Beanspruchung an dem darin angeordneten MEMS-Beschleunigungsmesser induzieren. Der Betrieb des Systems 600 auf die unter Bezugnahme auf 6 beschriebene Weise kann die Auswirkung einer solchen Beanspruchung mildern oder eliminieren.
Eine andere Situation stellen tragbare Vorrichtungen für Sportanwendungen, wie z.B. Tennis, dar. 8 zeigt einen Tennisspieler 801, der einen Schläger 802 hält und ein Armband 830 und ein Beinband 832 trägt. Der Schläger 802 kann eine oder mehrere daran angebrachte Vorrichtungen, wie z.B. Vorrichtungen 804 und 806, aufweisen. Solche Vorrichtungen können jeweils ein System 600 aufweisen und können ausgebildet sein, um Winkelbeschleunigungen und/oder lineare Beschleunigungen zu detektieren. Zum Beispiel kann die am Griff des Schlägers 802 montierte Vorrichtung 804 ausgebildet sein, um Beschleunigungen, die mit dem Schlägergriff assoziiert sind, abzutasten. Die am Schlägerkopf montierte Vorrichtung 806 kann ausgebildet sein, um Beschleunigungen, die mit einem beliebigen geeigneten Teil des Schlägerkopfs assoziiert sind, wie z.B. der Schlägerspitze, abzutasten. Die Vorrichtungen 804 und 806 können in einigen Ausführungsformen innerhalb des Schlägerrahmens oder -körpers eingebettet sein. In einigen Ausführungsformen können Daten, die mit Beschleunigungen, die der Schläger 802 erfährt, assoziiert sind, einen Hinweis über die Fähigkeit des Spielers, Tennis zu spielen, bereitstellen. Zum Beispiel kann eine Information, die eine Vorhandbewegung oder eine Rückhandbewegung betrifft, erlangt werden. Der Spieler 801 kann eine oder mehrere tragbare Vorrichtungen, wie z.B. ein Armband 830 und/oder ein Beinband 832, tragen. Solche tragbaren Vorrichtungen können jeweils mit einem System 600 ausgestattet sein und können ausgebildet sein, um Winkel- und/oder lineare Beschleunigungen abzutasten. Zum Beispiel kann ein an einem Armband angeordnetes System 600 ausgebildet sein, um eine Information über die Bewegung des Arms des Spielers zu liefern, während ein an einem Beinband angeordnetes System 600 ausgebildet sein kann, um eine Information über die Bewegung des Beins des Spielers bereitzustellen.
Obwohl Kompensationsstrukturen im Hinblick auf Beschleunigungsmesser beschrieben werden, ist die Anmeldung in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Kompensationsstrukturen der hier beschriebenen Typen können in Verbindung mit Gyroskopen, Resonatoren, Schaltern oder einer beliebigen anderen geeigneten MEMS-Vorrichtung verwendet werden, um eine Auslenkung eines oder mehrerer Anker abzutasten.
Aspekte der vorliegenden Anmeldung können einen oder mehrere Vorteile bieten, von denen einige vorstehend beschrieben wurden. Nun werden einige nicht beschränkende Beispiele solcher Vorteile beschrieben. Es versteht sich, dass nicht alle Aspekte und Ausführungsformen notwendigerweise alle der nun beschriebenen Vorteile bereitstellen. Außerdem sollte verstanden werden, dass Aspekte der vorliegenden Anmeldung zu den nun beschriebenen Vorteilen zusätzliche Vorteile bieten können.
Aspekte der vorliegenden Anmeldung stellen MEMS-Beschleunigungsmesser bereit, die eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber Beanspruchung, wie z.B. Häusungsbeanspruchung, aufweisen. Unter manchen Bedingungen ist eine Beanspruchung möglicherweise nicht gleichmäßig quer über das Substrat eines MEMS-Beschleunigungsmessers, wodurch verursacht wird, dass verschiedene Anker verschiedene Auslenkungen erfahren. Einige Ausführungsformen stellen einen MEMS-Inertialsensor, wie z.B. einen Beschleunigungsmesser, bereit, der eine Vielzahl von Ankern aufweist, wobei jeder Anker mit einer Kompensationsstruktur verbunden sein kann. Auf diese Weise kann die Auslenkung jedes Ankers unabhängig erfasst werden.
Die Begriffe „näherungsweise“ und „ungefähr“ können verwendet werden, um in einigen Ausführungsformen innerhalb ±20 % eines Zielwertes, in einigen Ausführungsformen innerhalb ±10 % eines Zielwertes, in einigen Ausführungsformen innerhalb ±5 % eines Zielwertes, in einigen Ausführungsformen innerhalb ±2 % eines Zielwertes zu bedeuten. Die Begriffe „näherungsweise“ und „ungefähr“ können den Zielwert aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 15/228229 [0001]

Claims

Beansprucht wird:
Mikroelektromechanisches System- Beschleunigungsmesser (MEMS), aufweisend: eine Vielzahl von Ankern, die mit einem Substrat verbunden sind, eine Prüfmasse, die mit mindestens einem ersten und einem zweiten Anker der Vielzahl von Ankern über eine oder mehrere entsprechende Federn verbunden ist, eine Vielzahl von festen Elektroden, die mit dem Substrat verbunden sind, die eine erste feste Elektrode und eine zweite feste Elektrode aufweisen, eine oder mehrere Abtastelektroden, die mit der Prüfmasse verbunden sind und die einen oder mehrere Abtastkondensatoren mit mindestens einer der Vielzahl von festen Elektroden bilden, wobei der eine oder die mehreren Abtastkondensatoren ausgebildet sind, um eine seitliche Beschleunigung der Prüfmasse abzutasten, und eine erste und eine zweite Kompensationsstruktur, die jeweils mit dem ersten und dem zweiten Anker starr verbunden sind, wobei die erste Kompensationsstruktur eine erste Kompensationselektrode aufweist, die einen ersten seitlichen Kompensationskondensator mit der ersten festen Elektrode bildet, und wobei die zweite Kompensationsstruktur eine zweite Kompensationselektrode aufweist, die einen zweiten seitlichen Kompensationskondensator mit der zweiten festen Elektrode bildet.
MEMS-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, der ferner eine dritte Kompensationsstruktur aufweist, die mit dem ersten Anker starr verbunden ist und die eine dritte Kompensationselektrode aufweist, die einen dritten seitlichen Kompensationskondensator mit einer dritten festen Elektrode der Vielzahl von festen Elektroden bildet, wobei der erste seitliche Kompensationskondensator auf eine Auslenkung des ersten Ankers in einer ersten seitlichen Richtung antwortet, und der dritte seitliche Kompensationskondensator auf eine Auslenkung des ersten Ankers in einer zweiten seitlichen Richtung, die von der ersten seitlichen Richtung verschieden ist, antwortet.
MEMS-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 2, wobei die erste seitliche Richtung und die zweite seitliche Richtung senkrecht sind.
MEMS-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, wobei jede der ersten und der zweiten festen Elektroden mit dem Substrat über einen oder mehrere Stäbe verbunden ist.
MEMS-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Abtastelektroden eine erste Abtastelektrode und eine zweite Abtastelektrode aufweisen, und wobei die erste Abtastelektrode einen ersten Abtastkondensator mit der ersten festen Elektrode bildet und die zweite Abtastelektrode einen zweiten Abtastkondensator mit der zweiten festen Elektrode bildet.
MEMS-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Abtastkondensatoren ein erster Abtastkondensator sind, und die eine oder die mehreren Abtastelektroden einen zweiten Abtastkondensator mit einer dritten festen Elektrode der Vielzahl von festen Elektroden bilden, und wobei der erste Abtastkondensator und der zweite Abtastkondensator ausgebildet sind, um ein Paar Differenzsignale zu erzeugen.
MEMS-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, wobei die erste Kompensationselektrode einen dritten seitlichen Kompensationskondensator mit einer dritten festen Elektrode der Vielzahl von festen Elektroden bildet, und wobei der erste und der dritte seitliche Kompensationskondensator ausgebildet sind, um ein Paar Differenzsignale zu erzeugen.
MEMS-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, wobei der erste seitliche Kompensationskondensator auf eine Auslenkung des ersten Ankers in einer ersten seitlichen Richtung antwortet und der zweite seitliche Kompensationskondensator auf eine Auslenkung des zweiten Ankers in der ersten seitlichen Richtung antwortet.
MEMS-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, der ferner eine Abtastschaltung aufweist, die innerhalb des Substrats angeordnet ist, wobei die Abtastschaltung ausgebildet ist, um ein Abtastsignal, das eine Schwankung der Kapazität des einen oder der mehreren Abtastkondensatoren für eine Auslenkung des ersten Ankers repräsentiert, zu kompensieren, indem das Abtastsignal mit einem Kompensationssignal, das über den ersten seitlichen Kompensationskondensator erlangt wird, kombiniert wird.
Mikroelektro-mechanisches system-Beschleunigungsmesser (MEMS), aufweisend: ein Substrat, einen ersten Anker, eine Prüfmasse, die mit dem ersten Anker über eine Feder verbunden und mit dem Substrat verbunden ist, eine Vielzahl von festen Elektroden, die mit dem Substrat verbunden sind, die eine erste feste Elektrode aufweisen, eine oder mehrere Abtastelektroden, die mit der Prüfmasse verbunden sind und die einen oder mehrere Abtastkondensatoren mit mindestens einer der Vielzahl von festen Elektroden bilden, wobei der eine oder die mehreren Abtastkondensatoren ausgebildet sind, um eine seitliche Beschleunigung der Prüfmasse abzutasten, einen zweiten Anker, der mit dem Substrat gekoppelt und nicht mit der Prüfmasse gekoppelt ist, und eine Kompensationsstruktur, die starr mit dem zweiten Anker verbunden ist und eine Kompensationselektrode aufweist, die einen seitlichen Kompensationskondensator mit der ersten festen Elektrode bildet.
MEMS-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 10, wobei der erste Anker mit dem zweiten Anker elektrisch verbunden ist.
MEMS-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 10, wobei der erste Anker in einem Abstand von dem zweiten Anker, der kleiner ist als 20 µm, angeordnet ist.
MEMS-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 10, wobei die Kompensationsstruktur eine erste Kompensationsstruktur ist, die Kompensationselektrode eine erste Kompensationselektrode ist und der seitliche Kompensationskondensator ein erster seitlicher Kompensationskondensator ist, wobei der MEMS-Beschleunigungsmesser ferner aufweist: eine zweite Kompensationsstruktur, die mit dem zweiten Anker starr verbunden ist und die eine zweite Kompensationselektrode aufweist, die einen zweiten seitlichen Kompensationskondensator mit einer zweiten festen Elektrode der Vielzahl von festen Elektroden bildet, wobei der erste seitliche Kompensationskondensator auf eine Auslenkung des zweiten Ankers in einer ersten seitlichen Richtung antwortet, und der zweite seitliche Kompensationskondensator auf eine Auslenkung des zweiten Ankers in einer zweiten seitlichen Richtung, die von der ersten seitlichen Richtung verschieden ist, antwortet.
MEMS-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 10, wobei der eine oder die mehreren Abtastkondensatoren ein erster Abtastkondensator sind, und die eine oder die mehreren Abtastelektroden einen zweiten Abtastkondensator mit einer zweiten festen Elektrode der Vielzahl von festen Elektroden bilden, und wobei der erste Abtastkondensator und der zweite Abtastkondensator ausgebildet sind, um ein Paar Differenzsignale zu erzeugen.
MEMS-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 10, wobei der Kompensationskondensator ein erster seitlicher Kompensationskondensator ist und wobei: die Kompensationselektrode einen zweiten seitlichen Kompensationskondensator mit einer zweiten festen Elektrode der Vielzahl von festen Elektroden bildet, und wobei der erste und der zweite seitliche Kompensationskondensator ausgebildet sind, um ein Paar Differenzsignale zu erzeugen.
MEMS-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 10, der ferner eine Abtastschaltung aufweist, die innerhalb des Substrats angeordnet ist, wobei die Abtastschaltung ausgebildet ist, um ein Abtastsignal, das eine Schwankung der Kapazität des einen oder der mehreren Abtastkondensatoren für eine Auslenkung des zweiten Ankers repräsentiert, zu kompensieren, indem das Abtastsignal mit einem Kompensationssignal, das über den seitlichen Kompensationskondensator erlangt wird, kombiniert wird.
Verfahren, aufweisend: Abtasten seitlicher Beschleunigungen einer Prüfmasse unter Verwendung von mindestens einem Abtastkondensator, wobei der mindestens eine Abtastkondensator eine erste Abtastelektrode, die mit der Prüfmasse verbunden ist, und eine erste feste Elektrode, die mit einem Substrat verbunden ist, aufweist, wobei die Prüfmasse mit einem ersten Anker über eine erste Feder und mit einem zweiten Anker über eine zweite Feder verbunden ist und der erste und der zweite Anker mit dem Substrat verbunden sind, Detektieren einer ersten Auslenkung des ersten Ankers unter Verwendung eines ersten seitlichen Kompensationskondensators, wobei der erste seitliche Kompensationskondensator eine erste Kompensationselektrode, die mit dem ersten Anker starr verbunden ist, und eine zweite feste Elektrode, die mit dem Substrat verbunden ist, aufweist; und Detektieren einer zweiten Auslenkung des zweiten Ankers unter Verwendung eines zweiten seitlichen Kompensationskondensators, wobei der zweite seitliche Kompensationskondensator eine zweite Kompensationselektrode, die mit dem zweiten Anker starr verbunden ist, und eine dritte feste Elektrode, die mit dem Substrat verbunden ist, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste Kompensationselektrode nicht mit dem zweiten Anker verbunden ist und die zweite Kompensationselektrode nicht mit dem ersten Anker verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste Auslenkung des ersten Ankers entlang einer ersten seitlichen Richtung ist, wobei das Verfahren ferner aufweist: Detektieren einer dritten Auslenkung des ersten Ankers entlang einer zweiten seitlichen Richtung, die von der ersten seitlichen Richtung verschieden ist, unter Verwendung eines dritten seitlichen Kompensationskondensators, wobei der dritte seitliche Kompensationskondensator eine dritte Kompensationselektrode, die starr mit dem ersten Anker verbunden ist, und eine dritte feste Elektrode, die mit dem Substrat verbunden ist, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner aufweisend: Kompensieren eines Abtastsignals unter Verwendung einer Abtastschaltung, wobei das Abtastsignal eine Schwankung der Kapazität des mindestens einen Abtastkondensators für eine Auslenkung des ersten Ankers repräsentiert, indem das Abtastsignal mit einem Kompensationssignal, das durch den ersten seitlichen Kompensationskondensator erlangt wird, kombiniert wird.