KR101901809B1 - 가속도계 상에서 자기 물질들을 이용하는 자력계 - Google Patents

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조셉 시거
진 키우
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인벤센스, 인크.
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Abstract

MEMS 디바이스는 제 1 프루프 매스, 제 1 프루프 매스의 표면 상에 부분적으로 증착된 제 1 자화된 자기 물질, 제 1 프루프 매스를 지지하기 위해 기판에 고정된 제 1 스프링, 및 제 1 프루프 매스에 결합되고 주변 가속도에 의해 야기된 제 1 프루프 매스의 움직임을 감지하도록 동작가능한 제 1 감지 요소를 포함한다. MEMS 디바이스는 제 1 프루프 매스에 결합되고 주변 자기장에 의해 야기된 제 1 프루프 매스의 움직임을 감지하도록 동작가능한 제 2 감지 요소를 더 포함한다.

Description

가속도계 상에서 자기 물질들을 이용하는 자력계{MAGNETOMETER USING MAGNETIC MATERIALS ON ACCELEROMETER}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은, 그의 개시가 완전하게 설명된 것과 같은 참조로서 본 명세서에 통합되는 시거(Seeger) 등에 의한, 발명의 명칭이 "가속도계 상에서 자기 물질들을 이용하는 자력계(Magnetometer Using Magnetic Material on Accelerometer)"인, 2013년 3월 15일에 출원된 미국 가 출원 번호 제 61/794,009 호의 우선권을 주장한다.
본 발명의 다양한 실시예는 일반적으로, 프루프 매스(proof mass)를 갖는 MEMS 디바이스에 관한 것이고 특히, 프루프 매스 상에 야기된 움직임 검출에 의해 주변 가속도 및 주변 자기장을 측정하도록 동작가능한 MEMS 디바이스에 관한 것이다.
MEMS 디바이스들은 전형적으로, 주변 가속도에 의해 야기된 프루프 매스 움직임 및 주변 자기장에 의해 야기된 프루프 매스 움직임을 측정하기 위한 센서들을 포함한다. 현재, 자기장을 측정하기 위해 이용된 자력계는 주변 가속도를 측정하기 위해 이용된 가속도계로부터 분리되고 떨어진 디바이스이다. 그러나, 제조 결함들로 인해 또는 설계에 의해, 자기장 센서는 주변 가속도에 대한 반응을 가질 수 있다. 단일 MEMS 디바이스는 주변 가속도 및 주변 자기장 둘 모두를 측정하기 위해 제안된다. 이것은 MEMS 공간(footprint) 따라서, 비용을 감소시킴으로써 더 작은 MEMS 디바이스를 야기한다.
비용 및 크기를 감소시키기 위한 노력으로 센서들의 크기 및/또는 요구된 반도체들의 수를 감소시키는 것이 분명하게 바람직하다.
따라서, 감소된 비용들 및 증가된 성능을 갖는 작은 MEMS 디바이스에 대한 필요성이 존재한다.
요약하면, 본 발명의 일 실시예는 적어도 하나의 프루프 매스를 가지는 MEMS 디바이스를 포함한다. 제 1 자화된 자기 물질은 적어도 하나의 프루프 매스의 표면 상에 부분적으로 증착된다. 제 1 스프링(spring)은 적어도 하나의 프루프 매스를 지지하기 위해 기판에 고정된다. 제 1 감지 요소는 주변 자기장 및 주변 가속도 둘 모두에 반응하고 제 2 감지 요소는 적어도 하나의 프루프 매스에 결합된다. 적어도 하나의 프루프 매스는 주변 가속도 및 주변 자기장에 반응하여 이동한다. 제 1 및 제 2 감지 요소의 구성은 신호 프로세서를 포함하고, 신호 프로세서는 주변 자기장에 반응하여 제 1 출력을 제공하도록 동작가능하다.
본 명세서에 개시된 특정한 실시예들의 본질 및 장점들의 또 다른 이해는 명세서의 나머지 부분들 및 첨부된 도면들의 참조에 의해 실현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, MEMS 디바이스를 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 가속도 및 자기장을 측정할 때의 감지 요소들의 한 쌍의 회로 구성들을 도시한 도면들.
도 3a 및 도 3b는 상이한 구성들을 야기하는 스위치들을 포함하는 회로 구성들을 도시한 도면들.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, MEMS 디바이스를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, MEMS 디바이스를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 감지 회로를 도시한 도면.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른, MEMS 디바이스들을 도시한 도면들.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른, MEMS 디바이스들을 도시한 도면.
다음 설명은 MEMS 디바이스를 설명한다. MEMS 디바이스는 아래에 논의된 바와 같이, 프루프 매스 및 주변 가속도와 주변 자기장을 측정하기 위해 이용된 2개의 감지 요소들을 갖는다.
본 발명의 특정한 실시예들 및 방법들은 제 1 프루프 매스, 제 1 프루프 매스의 표면 상에 부분적으로 증착된 제 1 자화된 자기 물질, 제 1 프루프 매스를 지지하기 위해 기판에 고정된 제 1 스프링, 및 제 1 프루프 매스에 결합되고 주변 가속도에 의해 야기된 제 1 프루프 매스의 움직임을 감지하도록 동작가능한 제 1 감지 요소를 포함하는 MEMS 디바이스를 개시한다. MEMS 디바이스는 제 1 프루프 매스에 결합되고 주변 자기장에 의해 야기된 제 1 프루프 매스의 움직임을 감지하도록 동작가능한 제 2 감지 요소를 더 포함한다. 설명된 실시예들에서, 주변 자기장은 프루프 매스 상의 증착된 자기 물질로부터 생성된 자기장과 다른 임의의 자기장을 언급한다.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른, MEMS 디바이스(10)가 도시된다. 도 1의 실시예에서, MEMS 디바이스(10)는, MEMS 디바이스(10)가 y-축 또는 z-축 가속도계 및 자력계일 수 있음이 이해될지라도 x-축 가속도계 뿐만 아니라, x-축 자력계이다. MEMS 디바이스(10)는 프루프 매스(12), 프루프 매스(14), 자화된 자기 물질(16 및 18), 감지 요소들(20 내지 26), 스프링들(28 및 29)의 쌍, 및 앵커(anchor)들(30 및 32)을 포함하도록 도시된다. 도 1에 도시된 구조들은 MEMS 디바이스의 기판 상에 형성된다. 2개의 프루프 매스들(12 및 14)은 도 1의 실시예들에서 서로의 미러 이미지들이다.
프루프 매스(12)는 그의 표면의 적어도 일부 상에 증착된 자화된 자기 물질(16)을 갖고, 유사하게 프루프 매스(14)는 그의 표면의 적어도 일부 상에 증착된 자화된 자기 물질(18)을 갖는다. 프루프 매스(12)에 결합된 감지 요소들(20 및 22)이 도시되고 프루프 매스(14)에 결합된 감지 요소들(24 및 26)이 도시된다. 스프링들(28 및 29)은 앵커들(30 및 32)에 연결되고 앵커들은 기판에 고정되며, 상기 기판은 도 1에 도시된 구조들 아래에 놓인다. 프루프 매스들(12 및 14) 각각에 대해, 스프링은 앵커에 걸리고(suspended) 프루프 매스는 스프링에 걸린다.
도 1의 실시예에서, 자기 물질(16)은 양의 y-축 방향을 따라 자화되고 유사하게, 자기 물질(18)은 양의 y-축 방향을 따라 자화된다. 다른 실시예들에서, 자기 물질들(16 및 18)이 상이한 방향으로 자화될 수 있음이 고려된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 자화된 자기 물질들(16 및 18) 각각은 도 1에 도시된 바와 같이, 반드시 고체 부분이 아니고 오히려 더 작은 부분들로 형성된다. 일부 실시예들에서, 자기 물질(16 및 18)은 단일 지속 부분으로 구성된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 자화된 자기 물질들(16 및 18) 각각은 코발트(Co), 철(Fe), 및 니켈(Ni) 또는 그들의 조합으로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 감지 요소들(20 내지 26) 각각은 가변 커패시터이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 감지 요소들(20 내지 26) 각각은 압전저항(piezoresistor) 감지 요소, 압전(piezoelectric) 감지 요소 또는 광학 감지 요소이다. 뒤따를 실시예들 및 논의들에서, 감지 요소들(20 내지 26)은 커패시터들인 것으로 가정된다. 동일한 논의들 및 실시예들이 커패시터들이 아닌 감지 요소들(20 내지 26)을 갖는 실시예들에 적용됨이 이해된다.
주변 양의 x-축 가속도 하에서, 반시계 방향 토크(τa1)는 프루프 매스(12)에 부과된다. 프루프 매스(12)는 반시계 방향으로 회전하고 감지 요소(20)는 증가하며 감지 요소(22)는 감소한다.
주변 양의 x-축 가속도 하에서, 시계 방향 토크(τa2)는 프루프 매스(14)에 부과된다. 프루프 매스(14)는 시계 방향으로 회전하고 감지 요소(24)는 증가하며 감지 요소(26)는 감소한다. 대안적으로, 프루프 매스들(12 또는 14) 중 하나는 프루프 매스와 독립적으로 가속도 및 자기장을 측정하기 위해 2개의 감지 요소들을 갖고 이용될 수 있다.
주변 자기장을 측정할 때, 주변 자기장(By)은 음의 x-축 방향으로(좌측으로) 도 1의 MEMS 디바이스(10)에 적용되고, 이는 토크(τm=VMy×Bx)로 하여금 프루프 매스들(12 및 14)에 적용되도록 한다. "τm"는 토크를 표현하고, "V"는 자기 물질(16 및 18)의 부피를 표현하고, "Mx"는 물질의 잔류 자기이고, "By"는 y-축을 따라 적용된 장이며, "×"는 벡터 교차 곱을 표현한다. 이들 토크들로 인한 프루프 매스들(12 및 14)의 움직임은 감지 요소들(20 내지 26)에 의해 검출되지만, 그들의 반응은 가속도의 반응과 상이하다. 주변 자기장 하에서, 반시계방향 토크(τm1)는 프루프 매스(12)에 인가된다. 프루프 매스(12)는 반시계 방향으로 회전하고 감지 요소(20)는 증가하며 감지 요소(22)는 감소한다. 주변 자기장 하에서, 반시계방향 토크(τm2)는 프루프 매스(14)에 인가된다. 프루프 매스(14)는 반시계 방향으로 회전하고 감지 요소(24)는 증가하며 감지 요소(26)는 감소한다. 프루프 매스들(12 및 14)의 자기장을 검출하기 위한 감지 요소들(20 내지 26)의 회로 구성은 도 2a에 도시되는 구성(가속도를 측정하기 위한)으로부터 도 2b에 도시되는 구성(자기장을 측정하기 위한)으로 변경된다.
감지는 이제 도 1, 도 2a, 및 도 2b에 관하여 논의된다.
도 2a 및 도 2b는 감지 요소들이 평행 판 전극들 또는 선형 콤 핑거(comb finger)들과 같은 가변 커패시터들인, 외부 가속도 및 외부 자기장을 측정하기 위한 감지 요소들(20 내지 26)의 한 쌍의 회로 구성들을 보여준다. 도 2a는, MEMS 디바이스(10)가 프루프 매스들(12 및 14)의 가속도를 측정하고 있을 때의 이들 감지 요소들의 회로 구성(200a)을 보여주고 도 2b는, MEMS 디바이스(10)가 프루프 매스들(12 및 14)의 자기장을 측정하고 있을 때의 이들 감지 요소들의 회로 구성(200b)을 보여준다. 감지 요소들(20 내지 26)은 도 2a 및 도 2b 각각에서 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 형태로 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 외부 x-축 가속도를 감지하기 위해, 감지 요소들(20 내지 26)은 도 2a에 도시된 바와 같이 휘트스톤 브리지 구성으로 연결된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 전압 차(Vin)는 2개의 프루프 매스들(12 및 14)에 걸쳐 인가되고 출력 전압은 V0이다. 출력 전압(V0)은 외부 가속도에 의해 야기된 프루프 매스들(12 및 14)의 움직임에 의해 야기된 감지 요소들(20 내지 26)의 커패시턴스(capacitance)들의 변화로 인해 변화한다.
본 발명의 일 실시예에서, 외부 x-축 자기장을 감지하기 위해, 감지 요소들(20 내지 26)은 도 2b에 도시된 바와 같이 휘트스톤 브리지 구성으로 연결된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 전압 차(Vin)는 2개의 프루프 매스들(12 및 14)에 걸쳐 인가되고 출력 전압은 V0이다. 출력 전압(V0)은 외부 자기장에 의해 야기된 프루프 매스들(12 및 14)의 움직임에 의해 야기된 감지 요소들(20 내지 26)의 커패시턴스들의 변화로 인해 변화한다.
본 발명의 일 실시예에서, Vin은 교류, DC의 조합 또는 AC 및 DC의 조합일 수 있다. 일 대안적인 실시예에서, V0으로 표시된 단자들은 차동 트랜스커패시턴스 증폭기에 연결될 수 있다. 이 실시예에서, 증폭기의 출력은 감지 요소들(20 내지 26)의 커패시턴스 변화에 비례한다. 또 다른 실시예에서, 구동 전압(Vo)은 감지 요소들(20 내지 26)에 인가될 수 있고 출력 신호는 도 2a에서 Vin으로 표시된 프루프 매스 노드들로부터 검출될 수 있다. 이 실시예에서, 출력 전압은 프루프 매스(12 및/또는 14)로부터 직접적으로 측정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 스위치는 감지 요소들(20 내지 26)의 도 2a 및 도 2b의 구성들 사이를 스위칭하기 위해 이용될 수 있다. 이 방식으로, 증폭기에 연결될 때, 도 1의 MEMS 디바이스(10)는 스위치 설정에 의존하여 가속도 및 자기장을 검출하기 위해 이용될 수 있다. 스위치들의 또 다른 논의는 도 3a 및 도 3b에 관하여 아래에 뒤따른다. 대안적으로, 스위치, 따라서 감지 요소들(20 내지 26)의 구성은 가속도 감지와 자기장 감지 사이를 주기적으로 스위칭하기 위해 제어될 수 있고, 따라서 감지 신호들 둘 모두를 제공한다.
도 1의 MEMS 디바이스(10)를 90도 회전시킴으로써, y-축 가속도 및 y-축 자기장이 검출될 수 있다.
도 3a에 도시된 회로(300a) 및 도 3b에 도시된 회로(300b)는 감지 요소들(20 내지 26)의 상이한 구성들을 선택하는 스위치들을 포함하는 도 2a의 회로(200a) 및 도 2b의 회로(200b)의 구성들이다. 이들 도면들은 도 3a에서, 외부 가속도를 감지하는 것으로부터 도 3b에서, 외부 자기장을 감지하는 것으로의 감지 요소들(20 내지 26)의 구성들을 변경시키는 스위치들(302 및 304)을 보여준다.
도 3a에서, 위치(A)에서의 스위치(302)의 설정은 감지 요소들(20 및 24)의 결합을 야기하고 또한, 위치(A)에서의 스위치(304)의 설정은 감지 요소들(26 및 22)의 결합을 야기한다. 양의 펄스들은 감지 요소들(20 및 24)을 구동시키는 306에서 인가되는 반면에, 음의 펄스들은 감지 요소들(22 및 26)을 구동시키는 308에서 인가된다. 반면에, 도 3b에서, 위치(B)에서의 스위치(302)의 설정은 감지 요소들(22 및 24)의 결합을 야기하고 또한, 위치(B)에서의 스위치(304)의 설정은 감지 요소들(20 및 26)의 결합을 야기한다. 양의 펄스들은 이제 감지 요소들(20 및 26)을 구동시키는 306에서 인가되는 반면에, 음의 펄스들은 감지 요소들(22 및 24)을 구동시키는 308에서 인가된다. 스위치들(302 및 304)은 MEMS 디바이스(10)와 같은 칩 상에서 형성된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, MEMS 디바이스(400)를 보여준다. MEMS 디바이스(400)는 또한, z-축 자력계로서 이용될 수 있는 z-축 가속도계이다. 도 4에서, 프루프 매스들(402 및 404)은, 각각의 프루프 매스의 표면의 일부 상에 증착된, 자화된 자기 물질들(406 및 408)을 각각 갖도록 도시된다. 자화된 자기 물질들(406 및 408)은 각각 +y 방향을 따라 자화된다. 프루프 매스(402)는 스프링들(416)의 쌍을 갖는 앵커들(414)에 연결되고 프루프 매스(404)는 스프링들(410)의 쌍을 갖는 앵커들(412)에 연결된다. 프루프 매스들은 스프링들 및 앵커들을 통해 기판에 걸린다.
도 1의 예와 마찬가지로, 4개의 감지 요소들(20 내지 26)은 프루프 매스들(402 및 404) 아래에 위치되고, 2개의 감지 요소들(20 및 22)은 프루프 매스(402) 아래에 증착되며 2개의 감지 요소들(24 및 26)은 프루프 매스(404) 아래에 증착된다. 이 점에 있어서, 스프링들(410)의 쌍은 프루프 매스(402)를 지지하고 스프링들(416)의 쌍은 프루프 매스(404)를 지지한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 프루프 매스들(402 및 404) 각각은 축(430)에 관해 매스 비대칭을 갖는다.
외부 +z 가속도 하에서, 프루프 매스(402)는 프루프 매스(402)로 하여금 음의 RX 방향으로 축(430)에 관해 회전하게 하는 음의 RX 토크(τa1)를 경험할 것이다. 외부 +z 가속도 하에서, 프루프 매스(404)는 프루프 매스(404)로 하여금 양의 RX 방향으로 축(430)에 관해 회전하게 하는 양의 RX 토크(τa1)를 경험할 것이다. 음의 RX 토크(τa1) 및 양의 RX 토크(τa1)로 인한 움직임들은 도 2a에서의 회로 구성을 이용하여 프루프 매스들(402 및 404) 하에서 감지 요소들(20 내지 26)에 의해 검출된다.
외부 음의 z-축 자기장(Bz) 하에서, MEMS 디바이스(400)의 자기 물질(406)은 프루프 매스(402)로 하여금 양의 RX 방향으로 축(430)에 관해 회전하도록 하는 프루프 매스(402)에 대한 토크(τm1=VMy×Bz)를 야기하는 것과 상호작용한다. 외부 음의 z-축 자기장(Bz) 하에서, MEMS 디바이스(400)의 자기 물질(408)은 프루프 매스(404)로 하여금 양의 RX 방향으로 축(430)에 관해 회전하도록 하는 프루프 매스(404)에 대한 토크(τm2=VMy×Bz)를 야기하는 것과 상호작용한다. 자기 토크들(τm1 및τm2)로 인한 움직임들은 도 2b에서의 회로 구성을 이용하여 프루프 매스들(402 및 404) 하에서 감지 요소들(20 내지 26)에 의해 검출된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, MEMS 디바이스(500)를 보여준다. 도 5의 MEMS 디바이스(500)는 자가-테스트 코일들(502 및 504)을 생성하는 자기장의 쌍을 부가로 갖추고 도 1의 MEMS 디바이스(10)와 유사하다. 자기 자가-테스트 코일(502)은 자화된 자기 물질(16) 하에서 구성되고 자기 자가-테스트 코일(606)은 자화된 자기 물질(18) 하에서 도시된다. 코일들(502 및 504) 각각은 전도성 와이어의 코일이다. 전류가 도 5에서 화살표들로 도시된 바와 같이, 금속 와이어 즉, 코일들(502 또는 504)을 통해 흐를 때, 음의 x-축 자기장은 자화된 자기 물질(16 및 18)의 위치에서 생성된다. 자화된 자기 물질들(16 및 18)은 MEMS 디바이스(500)의 자가-테스트 동안 이용된다.
자기 자가-테스트는 제조 및 이용 둘 모두 동안에 유용하다. z-축 자력계들에 대해, 흐름 전류는 z-지향된 자기장을 생성하기 위해 이용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 감지 회로(600)를 보여준다. 회로(600)는 커패시터 브리지(602), 커패시턴스-전압 증폭기(604), 아날로그-디지털 변환기(ADC), 및 디지털 전자장치(608)를 포함하도록 도시된다. 증폭기(604)에 결합된 브리지(602)가 도시되고, ADC(606)에 결합된 증폭기(604)가 도시되며, 상기 ADC(606)는 출력을 디지털 전자장치(608)에 제공하도록 도시된다.
브리지(602)는 도 3a의 스위치들을 갖는 회로 구성과 유사하다.
동작 시에, 이상(out-of-phase) 전압 펄스들은 306 및 308에서 브리지(602)에 입력으로서 제공된다. 회로(300a 및 300b)와 유사한, 브리지(602)의 출력은 증폭기(604)에 의해 전압으로 변환되고 증폭기(604)의 출력은 아날로그 형태로부터 디지털 형태로 변환된다. 결과로 발생하는 디지털 신호 즉, ADC(606)에 의한 디지털 출력은 가속도 및 자기장 둘 모두에 대한 값들을 생성하기 위해 디지털 전자장치(608)에 의해 프로세싱된다.
본 발명의 일 대안적인 실시예에서, 증폭기(604)는 차동 트랜스-커패시턴스 증폭기이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, MEMS 디바이스(700)를 보여준다. MEMS 디바이스(700)는 y-축 가속도계이고 또한, x-축 자력계 및 z-축 자력계로서 이용될 수 있다. MEMS 디바이스(700)는 그것의 측들의 2개의 표면 상에 증착된 자화된 자기 물질(706)을 갖는 프루프 매스(702)를 포함하도록 도시된다.
MEMS 디바이스(700)는 또한, 스프링(710) 및 앵커(712)를 포함하도록 도시된다. 앵커(712)는 도 7에 도시된 구조들 아래에 있는 기판에 연결된다. 스프링(710)은 앵커(712)에 걸리고 프루프 매스(702)는 스프링(710)에 걸린다. 도시된 단일 스프링은 또한, 2개 이상의 스프링들로 대체될 수 있다. 자화된 자기 물질들(706)의 자화는 양의 y 축에 따른다.
양의 y 방향으로의 가속도 하에서, 프루프 매스(702)는 음의 y 방향으로의 프루프 매스(702)의 선형 움직임을 야기하는 음의 y 방향으로의 힘을 경험한다. 음의 y 변위에 대해, 감지 요소들(20 내지 26, 714, 및 716)이 커패시터들인 경우에, 커패시터들(20 및 22)에서 커패시턴스가 증가하고 커패시터들(24 및 26)에서 커패시턴스가 감소한다. 가속도를 감지하기 위해, 도 2a에서와 같은 브리지 구성에서 상승(positive-going) 커패시터들은 커패시터들(24 및 26)이고, 브리지에서 하강 커패시터들은 커패시터들(20 및 22)이다.
양의 x-축 자기장 하에서, 프루프 매스(702)는 프루프 매스(702)로 하여금 시계 방향으로 면내(in-plane) 회전하도록 하는 음의 z-축 토크를 경험한다. 프루프 매스(702)의 시계방향 회전에 대해, 도 2b에서의 브리지와 같이 커패시터들(20 및 26)에서 커패시턴스가 감소하고 커패시터들(22 및 24)에서 커패시턴스가 증가한다.
양의 z-축 자기장 하에서, 프루프 매스(702)는 프루프 매스(702)로 하여금 양의 RX 움직임으로 축(720) 주위를 면외(out-of-plane) 회전하도록 하는 양의 x-축 토크를 경험한다. 이 회전은 프루프 매스(702)의 상부로 하여금 위로 이동하도록 하고 프루프 매스(702)의 하부로 하여금 아래로 이동하도록 하여, 커패시터(714)로 하여금 감소하고 커패시터(716)로 하여금 증가하도록 한다.
도 7에서, 자기 물질(706)이 MEMS의 상부 상에 증착되면, 그것은 y-축 주변 가속도 하에서, 프루프 매스(702)가 잘못된 주변 z-축 자기 신호를 야기하는 RY 축으로 회전하도록 회전 중심에 관해 매스의 불균형을 생성한다. 이 원하지 않는 움직임을 제거하기 위해, 신호 프로세서들은 주변 z-축 자기장으로부터 반응을 결정하기 위해 y-축 주변 가속도로부터의 커패시터들(20 내지 26)의 반응을 커패시터들(714 및 716)과 조합한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, MEMS 디바이스(800)를 보여주고 x-축 자력계를 갖는 y-축 가속도계이다. MEMS 디바이스(800)는 프루프 매스(802), 자화된 자기 물질들(812), 앵커(808), 스프링(804) 및 감지 요소들(20 내지 26)을 포함하도록 도시된다.
자화된 자기 물질(812)은 프루프 매스(802) 위에 부분적으로 증착된다. 앵커(808)는 기판에 연결되고 스프링(804)은 프루프 매스(802)를, 기판으로부터 프루프 매스를 거는 앵커(808)에 연결시킨다. 감지 요소들(20 및 22)은, 그들이 프루프 매스(802)의 y-축 움직임에 민감하게 하고 명목상으로 RZ 움직임 및 프루프 매스(802)의 모든 다른 움직임들을 거절하도록 프루프 매스(802)의 가운데에 실질적으로 위치된다. 감지 요소들(24 및 26)은, 그들이 프루프 매스(802)의 RZ 움직임에 민감하게 하고 명목상으로 y-축 및 프루프 매스(802)의 모든 다른 움직임들을 거절하도록 위치된다.
MEMS 디바이스(800)가 외부 y-축 가속도를 겪을 때, 프루프 매스(802)는 음의 y-축 힘을 경험하고 음의 y 방향으로 이동한다. 프루프 매스(802)의 y-축 움직임은 커패시터들(20 및 22)로 검출되는 반면에, 커패시터들(24 및 26)은 명목상으로 변경되지 않은 채로 남아 있다.
MEMS 디바이스(800)에서, 자화된 자기 물질들(812)의 자화는 양의 y-축에 따른다. 외부 x-축 자기장 하에서, 프루프 매스는 프루프 매스(802)로 하여금 음의 RZ 방향(시계 방향)으로 면내 회전하도록 하는 음의 RZ 토크를 경험할 것이다. 움직임은 커패시터들(24 및 26)로 검출되는 반면에, 커패시터들(20 및 22)은 명목상으로 변경되지 않은 채로 남아 있다.
MEMS 디바이스(800)는 동시 주변 자기장 및 주변 가속도 감지를 허용하고, 이는 데이터 출력 레이트를 증가시킨다. 여기서, 감지 요소들이 구동되고 센서의 출력은 앵커(808)를 통해 프루프 매스(802)에 연결된 단일 포인트(point)이다. 단일 출력에서 2개의 신호들을 구별하기 위해, 감지 요소들은 상이한 주파수들로 구동된다. 단일 출력 포인트는 주변 가속도 및 주변 자기장으로부터 반응을 분리하기 위해 2개의 주파수들로 복조된다. 커패시터들(20 및 22)은 주변 가속도 반응을 결정하기 위해 주파수(1)로 단일 출력 포인트에서 여기되고 복조되며 커패시터들(24 및 26)은 주변 자기장에 대한 반응을 결정하기 위해 주파수(2)로 단일 출력 포인트에서 여기되고 복조된다.
MEMS 디바이스(800)에서, 제작 변형들로 인해, 회전 중심으로 하여금 매스 중심과 오정렬되도록 할 수 있다. 이 결함은 다음의 불완전한 효과를 가질 것이다. MEMS 디바이스(800)가 주변 y-축 가속도를 겪을 때, 프루프 매스(802)는 음의 y-축 힘 및 RZ 토크를 경험할 것이다. 결과로 발생하는 것은 y-축 변환 및 RZ 회전이다. 움직임은 커패시터들(20 내지 26)로 검출될 것이다. MEMS 디바이스(800)가 주변 x-축 자기장을 겪을 때, 프루프 매스(802)는 음의 RZ 토크 및 y 축 힘을 경험할 것이다. 결과로 발생하는 것은 음의 RZ 회전 및 y-축 움직임이다. 움직임은 커패시터들(20 내지 26)로 검출될 것이다.
MEMS 디바이스(800)에서, 회전 중심은 매스 중심과 오정렬될 수 있는데, 이는 제작 변형들 또는 고의적으로 설계됨에 기인한다. 아래의 방법은 이 오정렬이 실험적으로 결정되고 그것을 보상하기 위해 신호 프로세서를 이용하는 방법을 설명한다. 신호 프로세서는 주변 가속도 및 주변 자기장으로부터 반응을 추출하기 위해 커패시터들(20 내지 26)로부터의 반응을 이용한다. 센서의 출력은 다음 수학식에 의해 설명될 수 있다.
프루프 매스의 RZ 움직임에 대한 차동 커패시턴스 변화(δCRZ)
δCRZ=C24-C26이고,
프루프 매스의 y 축 움직임에 대한 차동 커패시턴스 변화(δCY)
δCY=C22-C20이다.
주변 자기장(Mx -축) 및 주변 가속도(Ay-축)로부터 반응을 추출하기 위해, 4개의 수량(quantity)들(A, B, C 및 D)이 아래의 수학식으로부터 요구된다.
Mx -축=A*δCRZ+B*δCY
Ay-축=C*δCRZ+D*δCY
계수들(A, B, C 및 D)을 추출하기 위해, 디바이스는 820으로 도시된 정전기 또는 자기 자가 테스트를 이용하여 여기된다. 먼저, 디바이스는 공지된 크기를 갖는 회전 RZ-축 모달(modal) 주파수에서 자가-테스트로 공명한다. 수량(A)은 δCRZ의 반응을 측정함으로써 결정될 수 있다. 수량(B)은 δCY의 반응을 측정함으로써 결정될 수 있다. 둘째, 디바이스는 공지된 크기를 갖는 변환 Y-축 모달 주파수에서 자가-테스트로 공명한다. 수량(C)은 δCRZ의 반응을 측정함으로써 결정될 수 있다. 수량(D)은 δCY의 반응을 측정함으로써 결정될 수 있다. 일단 수량들(A, B, C 및 D)이 공지되면, 신호 프로세서는 커패시터들(22 내지 26)을 조합하고 주변 자기장 및 주변 가속도의 반응을 출력할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, MEMS 디바이스(900)를 보여준다. MEMS 디바이스(900)는 3-축 가속도계 및 3-축 자력계의 단일 구조 조합이다. MEMS 디바이스(900)는 프루프 매스들(902 및 904), 앵커(912), 자화된 자기 물질(906 및 910), 감지 요소들(20 내지 26, 922, 924, 20' 내지 26', 926, 및 928), 및 스프링들(918 및 916)을 포함하도록 도시된다.
앵커(912)는 기판에 단단하게 연결되고 프레임(930)에 단단하게 걸리고 있다. 프루프 매스(902)는 스프링(916)에 의해 프레임(930)에 연결된다. 프루프 매스(904)는 스프링(918)에 의해 프레임(930)에 연결된다. 프루프 매스(902)는 프루프 매스(904)에 대해 실질적으로 90도 회전된다. 프루프 매스(904)는 4개의 면내 감지 요소들(20 내지 26)을 갖고, 2개의 면외 감지 요소들(922 및 924)을 갖는다. 프루프 매스(902)는 4개의 면내 감지 요소들(20' 내지 26')을 갖고 2개의 면외 감지 요소들(926 및 928)을 갖는다.
자기 물질(906)은 프루프 매스(902) 상에 부분적으로 증착되고 x-축을 따라 자화된다. 자기 물질(910)은 프루프 매스(904) 상에 부분적으로 증착되고 y-축을 따라 자화된다.
프루프 매스(904)는 x-축에 관해 불균형이고 양의 y-축에 대해 더 무거워서 외부 양의 z-축 가속도가 프루프 매스(904)의 음의 RX 회전을 야기하게 한다. 프루프 매스(902)는 y-축에 관해 불균형이고 음의 x-축에 대해 더 무거워서 외부 양의 z-축 가속도가 프루프 매스(902)의 양의 RY 회전을 야기하게 한다.
6개의 입력들의 검출은 감지 요소들의 정확한 조합을 선택함으로써 행해진다.
Figure 112015099137065-pct00001
양의 x 방향의 외부 가속도 하에서, 프루프 매스(902)는 음의 x-축으로 이동하고 감지 요소들(24' 및 26')의 커패시턴스들이 감소하는 동안 감지 요소들(20' 및 22')의 커패시턴스들은 증가한다.
Figure 112015099137065-pct00002
양의 y 방향의 외부 가속도 하에서, 프루프 매스(904)는 음의 y-축으로 이동하고 감지 요소들(24 및 26)의 커패시턴스들이 감소하는 동안 감지 요소들(20 및 22)의 커패시턴스들은 증가한다.
Figure 112015099137065-pct00003
양의 z 방향의 외부 가속도 하에서, 프루프 매스(904)는 양의 RX 움직임으로 이동하고 프루프 매스(902)는 양의 RX 움직임으로 이동하며 감지 요소들(922 및 928)의 커패시턴스들이 감소하는 동안 감지 요소들(926 및 924)의 커패시턴스들은 증가한다.
Figure 112015099137065-pct00004
양의 x 방향의 외부 자기장 하에서, 프루프 매스(904)는 음의 RZ(시계방향) 움직임으로 회전하고 감지 요소들(20 및 26)의 커패시턴스들이 감소하는 동안 감지 요소들(22 및 24)의 커패시턴스들은 증가한다.
Figure 112015099137065-pct00005
양의 y 방향의 외부 자기장 하에서, 프루프 매스(902)는 양의 RZ(반시계방향) 움직임으로 회전하고 감지 요소들(22' 및 24')의 커패시턴스들이 감소하는 동안 감지 요소들(20' 및 26')의 커패시턴스들은 증가한다.
Figure 112015099137065-pct00006
양의 z 방향의 외부 자기장 하에서, 프루프 매스(904)는 양의 RX 움직임으로 회전하고 프루프 매스(902)는 양의 RY 움직임으로 회전하며 감지 요소들(924 및 928)의 커패시턴스들이 감소하는 동안 감지 요소들(922 및 926')의 커패시턴스들은 증가한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, MEMS 디바이스(1000)를 보여준다. 도 10의 MEMS 디바이스(1000)는 프루프 매스(404)로부터 자기 물질(408)이 제거된 채로 도 4의 MEMS 디바이스(400)와 유사하다.
z-축 주변 가속도 하에서의 MEMS 디바이스(1000)는 MEMS 디바이스(400)와 같게 반응한다. 주변 z-축 자기장 하에서의 MEMS 디바이스(1000)는 MEMS 디바이스(400)와 상이하게 거동한다. MEMS 디바이스(1000)에서의 단지 프루프 매스(406)는 주변 자기장에 반응하고 MEMS 디바이스(1000)에서의 프루프 매스(404)는 반응하지 않는다. 신호 프로세서는 커패시터들(24 내지 26) 또는 커패시터들(22 내지 26)의 반응을 조합함으로써 주변 z-축 가속도 반응을 결정할 수 있고 주변 z-축 자기 반응은 커패시터들(20 내지 26)의 반응을 조합함으로써 결정된다.
설명이 그의 특정한 실시예들에 대해 설명되었을지라도, 이들 특정 실시예들은 단지 예시적이고, 제한적이지 않다.
본 명세서에서의 설명에서 이용된 바와 같이 그리고 뒤따르는 청구항들에 걸쳐, "a", "an", 및 "the"는 문맥이 명백하게 다르게 구술하지 않으면, 복수 참조들을 포함한다. 또한, 본 명세서에서의 설명에서 이용된 바와 같이 그리고 뒤따르는 청구항들에 걸쳐, "~에(in)"의 의미는 문맥이 명백하게 다르게 구술하지 않으면, "~에(in)" 및 "~상에(on)"를 포함한다.
따라서, 특정한 실시예들이 본 명세서에서 설명되었을지라도, 수정, 다양한 변경들, 및 대체들의 래티튜드(latitude)들은 상기 개시들에서 의도되고, 일부 인스턴스(instance)들에서, 특정한 실시예들의 일부 특징들이 설명된 바와 같은 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않고 다른 특징들의 대응하는 이용 없이 이용될 것임이 이해될 것이다. 따라서, 많은 수정들이 특정한 상황 또는 자료(material)를 기본적인 범위 및 사상에 적응시키기 위해 행해질 수 있다.
10, 400, 500, 700, 800, 900, 1000: MEMS 디바이스
12, 14, 402, 404, 702, 802, 902, 904: 프루프 매스
16, 18, 406, 408, 706, 812, 906, 910: 자화된 자기 물질
20 내지 26, 20' 내지 26', 714, 716, 922, 924, 926, 928: 감지 요소
28, 29, 410, 416, 710, 804, 916, 918: 스프링
30, 32, 412, 414, 712, 808, 912: 앵커
200a, 200b, 300a, 300b: 회로 302, 304: 스위치
430: 축 502, 504: 자가-테스트 코일
606: 자기 자가-테스트 코일 600: 감지 회로
602: 커패시터 브리지 604: 커패시턴스-전압 증폭기
606: 아날로그-디지털 변환기 608: 디지털 전자장치
930: 프레임

Claims (48)

  1. MEMS 디바이스에 있어서:
    제 1 축에 따른 주변 가속도에 반응하여 제 1 방향으로 이동하고, 제 2 축에 따른 주변 자기장에 반응하여 제 2 방향에 관해 회전하는 적어도 하나의 프루프 매스(proof mass);
    상기 적어도 하나의 프루프 매스의 표면 상에 부분적으로 증착된 제 1 자화된 자기 물질;
    상기 적어도 하나의 프루프 매스를 지지하기 위해 기판에 고정된 제 1 스프링(spring);
    상기 적어도 하나의 프루프 매스에 결합되고, 상기 제 1 방향으로의 상기 적어도 하나의 프루프 매스의 움직임에 반응하고, 상기 제 2 방향에 관한 상기 적어도 하나의 프루프 매스의 회전에 반응하는, 제 1 감지 요소;
    상기 적어도 하나의 프루프 매스에 결합되고, 상기 제 1 방향으로의 상기 적어도 하나의 프루프 매스의 상기 움직임에 반응하고, 상기 제 2 방향에 관한 상기 적어도 하나의 프루프 매스의 상기 회전에 반응하는, 제 2 감지 요소; 및
    상기 제 2 축에 따라 주변 자기장에 반응하여 제 1 출력을 생성하도록 동작가능하고 상기 제 1 및 제 2 감지 요소들에 결합된 신호 프로세서를 포함하는, MEMS 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 프로세서는 또한 상기 제 1 방향에 따른 주변 가속도에 대한 제 2 반응을 출력하는, MEMS 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감지 요소는 제 1 커패시터이고 상기 제 2 감지 요소는 제 2 커패시터인, MEMS 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감지 요소 및 상기 제 2 감지 요소는 차동 커패시터들인, MEMS 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 2 스프링을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 프루프 매스는 제 1 프루프 매스 및 제 2 프루프 매스를 포함하며,
    상기 제 2 스프링은 상기 제 2 프루프 매스를 지지하기 위해 상기 기판에 고정되는, MEMS 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 감지 요소는 상기 제 1 프루프 매스에 결합되고 상기 제 2 감지 요소는 상기 제 2 프루프 매스에 결합되는, MEMS 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 프루프 매스는 주변 가속도 및 주변 자기장에 반응하여 이동하는, MEMS 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 프루프 매스는 주변 가속도에 반응하여 이동하는, MEMS 디바이스.
  9. 제 6 항에 있어서,
    자기 물질은, 상기 제 1 및 제 2 프루프 매스들이 주변 가속도 및 주변 자기장 둘 모두에 반응하도록 상기 제 1 및 제 2 프루프 매스 상에 증착되는, MEMS 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프루프 매스의 회전의 중심은 상기 적어도 하나의 프루프 매스의 매스의 중심과 정렬되지 않은, MEMS 디바이스.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프루프 매스의 회전의 중심은 제조 결함으로 인해 상기 적어도 하나의 프루프 매스의 매스의 중심과 정렬되지 않는, MEMS 디바이스.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감지 요소 및 상기 제 2 감지 요소는 상기 기판에 평행한 평면에서 상기 적어도 하나의 프루프 매스의 움직임에 반응하는, MEMS 디바이스.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프루프 매스에 결합된 제 3 감지 요소를 더 포함하는, MEMS 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 신호 프로세서는 또한 제 2 방향에 따른 주변 가속도에 반응하여 상기 제 3 감지 요소에 결합되는, MEMS 디바이스.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 신호 프로세서는 또한 제 2 축에 따른 주변 자기장에 반응하여 상기 제 3 감지 요소에 결합되는, MEMS 디바이스.
  16. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호 프로세서는 상기 주변 가속도의 감지와 상기 주변 자기장의 감지 사이의 스위칭을 허용하도록 동작가능한 제 1 스위치를 더 포함하는, MEMS 디바이스.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 주변 가속도의 제 2 방향의 감지에 기초하여 상기 신호 프로세서의 변화를 허용하도록 동작가능한 제 2 스위치를 더 포함하는, MEMS 디바이스.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 주변 자기장의 제 2 축의 감지에 기초하여 상기 신호 프로세서의 변화를 허용하도록 동작가능한 제 2 스위치를 더 포함하는, MEMS 디바이스.
  19. 제 4 항에 있어서,
    상기 차동 커패시터들은 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge) 구성으로 연결되는, MEMS 디바이스.
  20. ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 MEMS 디바이스를 테스트하기 위한 자기장을 생성하기 위해 전류를 전달하는 자가-테스트 코일들을 더 포함하는, MEMS 디바이스.
  21. ◈청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 감지 요소들은 각각 압전저항(piezoresistor) 감지 요소들인, MEMS 디바이스.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2, 감지 요소들은 각각 압전(piezoelectric) 감지 요소들인, MEMS 디바이스.
  23. ◈청구항 23은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 감지 요소들은 각각 광학 감지 요소들인, MEMS 디바이스.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 MEMS 디바이스에 대해 직교로 위치되는 제 2 MEMS 디바이스를 더 포함하고, 주변 가속도의 3개의 축들 및 주변 자기장의 3개의 축들이 측정되는, MEMS 디바이스.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 자화된 자기 물질은 강자성 물질 또는 비-강자성 물질의 교번 층들을 포함하는, MEMS 디바이스.
  26. 제 1 항에 있어서,
    정전기력을 상기 적어도 하나의 프루프 매스 상에 인가하도록 구성된 자가-테스트 전극을 더 포함하는, MEMS 디바이스.
  27. MEMS 디바이스에 있어서:
    제 1 축에 따른 주변 가속도에 반응하여 제 1 방향으로 이동하고, 제 2 축에 따른 주변 자기장에 반응하여 제 2 방향에 관해 회전하는 적어도 하나의 프루프 매스;
    상기 적어도 하나의 프루프 매스의 표면 상에 부분적으로 증착된 제 1 자화된 자기 물질;
    상기 적어도 하나의 프루프 매스를 지지하기 위해 기판에 고정된 제 1 스프링;
    상기 적어도 하나의 프루프 매스에 결합되고, 상기 제 1 방향으로의 상기 적어도 하나의 프루프 매스의 움직임에 반응하는, 상기 제 1 감지 요소; 및
    상기 적어도 하나의 프루프 매스에 결합되고, 상기 제 2 축에 관한 상기 적어도 하나의 프루프 매스의 회전에 반응하는, 상기 제 2 감지 요소를 포함하는, MEMS 디바이스.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 감지 요소들은 서로 직교하는, MEMS 디바이스.
  29. 제 27 항에 있어서,
    정전기력을 상기 적어도 하나의 프루프 매스 상에 인가하기 위한 자가-테스트 전극을 더 포함하는, MEMS 디바이스.
  30. 제 27 항에 있어서,
    제 1 구동 주파수로 상기 제 1 감지 요소를 구동하도록 동작가능한 제 1 복조기 및 제 2 구동 주파수로 상기 제 2 감지 요소를 구동하도록 동작가능한 제 2 복조기를 가지는 신호 프로세싱 회로로서, 상기 제 2 구동 주파수는 상기 제 1 구동 주파수와 실질적으로 상이한, 상기 신호 프로세싱 회로를 더 포함하고,
    상기 주변 가속도 및 주변 자기장은 상기 제 1 및 제 2 구동 주파수들에서의 주파수 복조를 이용하여 실질적으로 동시에 감지되는, MEMS 디바이스.
  31. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 1 자화된 자기 물질은 강 자기 물질 및 연 자기 물질의 교번 층들을 포함하는, MEMS 디바이스.
  32. ◈청구항 32은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    MEMS 디바이스에 의해 자기장을 검출하는 방법에 있어서:
    제 1 축에 따른 주변 가속도에 반응하여 제 1 방향으로 이동하고, 제 2 축에 따른 주변 자기장에 반응하여 제 2 방향에 관해 회전하는 제 1 프루프 매스를 제공하는 단계;
    제 1 축에 따른 주변 가속도에 반응하여 제 3 방향으로 이동하는 제 2 프루프 매스를 제공하는 단계;
    상기 제 1 프루프 매스의 움직임을 감지하는 단계;
    상기 제 2 프루프 매스의 움직임을 감지하는 단계; 및
    주변 자기장을 결정하기 위해 상기 제 1 프루프 매스 및 제 2 프루프 매스의 감지된 움직임을 조합하는 단계를 포함하는, 자기장을 검출하는 방법.
  33. ◈청구항 33은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 32 항에 있어서,
    상기 제 2 프루프 매스 상에 자화된 자기 물질을 제공하는 단계를 포함하는, 자기장을 검출하는 방법.
  34. ◈청구항 34은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 32 항에 있어서,
    상기 조합하는 단계는 주변 가속도 또는 주변 자기장에 비례하는 신호를 출력하기 위해 상기 제 1 프루프 매스를 감지하고 상기 제 2 프루프 매스를 감지하는 것 사이를 스위칭하는 단계를 포함하는, 자기장을 검출하는 방법.
  35. ◈청구항 35은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 32 항에 있어서,
    주변 자기장에 비례하는 신호를 출력하기 위해 제 1 및 제 2 감지 요소들을 조합하기 위한 신호 프로세서의 계수들을 검출하는 방법을 더 포함하고, 상기 계수들을 검출하는 방법은:
    제 1 자가-테스트가 공지된 크기를 갖는 고유 주파수로 상기 제 1 프루프 매스를 공명시키는 단계;
    상기 제 1 감지 요소의 반응을 측정하는 단계;
    제 2 자가-테스트가 공지된 크기를 갖는 고유 주파수로 상기 제 2 프루프 매스를 공명시키는 단계;
    상기 제 2 감지 요소의 반응을 측정하는 단계; 및
    상기 계수들을 결정하기 위해 상기 제 1 및 제 2 감지 요소로부터 상기 측정된 반응을 이용하는 단계를 포함하는, 자기장을 검출하는 방법.
  36. ◈청구항 36은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 32 항에 있어서,
    주변 자기장 및 주변 가속도에 반응하여 상기 제 1 프루프 매스 및 상기 제 2 프루프 매스의 이동 시에,
    제 1 감지 요소를 감지하는 단계로서, 상기 제 1 감지 요소는 주변 가속도에 반응하고 주파수(1)를 이용하여 상기 제 1 프루프 매스에서 구동되며 복조되는, 상기 제 1 감지 요소를 감지하는 단계; 및
    주변 자기장에 반응하고 주파수(2)를 이용하여 상기 제 2 프루프 매스에서 구동되며 복조되는 제 2 감지 요소를 감지하는 단계를 더 포함하는, 자기장을 검출하는 방법.
  37. ◈청구항 37은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 32 항에 있어서,
    주변 자기장 및 주변 가속도에 반응하여 상기 제 1 프루프 매스 및 상기 제 2 프루프 매스의 이동 시에,
    제 1 감지 요소를 감지하는 단계로서, 상기 제 1 감지 요소는 주변 가속도 및 주변 자기장에 반응하고 주파수(1)를 이용하여 상기 제 1 프루프 매스에서 구동되며 복조되는, 상기 제 1 감지 요소를 감지하는 단계;
    주변 자기장 및 주변 가속도에 반응하고 주파수(2)를 이용하여 상기 제 2 프루프 매스에서 구동되며 복조되는 제 2 감지 요소를 감지하는 단계; 및
    주변 가속도로 인한 반응들을 출력하기 위해 신호 프로세서에 의해, 상기 제 1 감지 요소의 복조된 반응들 및 상기 제 2 감지 요소의 복조된 반응들을 조합하는 단계를 더 포함하는, 자기장을 검출하는 방법.
  38. ◈청구항 38은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 32 항에 있어서,
    주변 자기장 및 주변 가속도에 반응하여 상기 제 1 프루프 매스 및 상기 제 2 프루프 매스의 이동 시에,
    제 1 감지 요소를 감지하는 단계로서, 상기 제 1 감지 요소는 주변 가속도 및 주변 자기장에 반응하고 주파수(1)를 이용하여 상기 제 1 프루프 매스에서 구동되며 복조되는, 상기 제 1 감지 요소를 감지하는 단계;
    주변 자기장 및 주변 가속도에 반응하고 주파수(2)를 이용하여 상기 제 2 프루프 매스에서 구동되며 복조되는 제 2 감지 요소를 감지하는 단계; 및
    주변 자기장으로 인한 반응을 출력하기 위해 신호 프로세서에 의해 상기 제 1 감지 요소의 복조된 반응 및 상기 제 2 감지 요소의 복조된 반응을 조합하는 단계를 더 포함하는, 자기장을 검출하는 방법.
  39. ◈청구항 39은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    MEMS 디바이스에 의해 자기장을 검출하는 방법에 있어서:
    자기장에 반응하여 제 1 축에 관해 회전하고 가속도에 반응하여 제 1 방향에 따라 이동하는 프루프 매스를 제공하는 단계;
    제 1 감지 요소로 제 1 축에 따른 상기 프루프 매스의 회전 및 제 2 감지 요소로 제 1 방향에 따른 상기 프루프 매스의 움직임을 감지하는 단계; 및
    상기 제 1 감지 요소의 출력 및 상기 제 2 감지 요소의 출력을 조합함으로써 상기 자기장에 비례하는 신호를 출력하기 위해 신호 프로세서를 이용하는 단계를 포함하는, 자기장을 검출하는 방법.
  40. ◈청구항 40은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 39 항에 있어서,
    주변 자기장에 비례하는 신호를 출력하기 위해 제 1 및 제 2 감지 요소들을 조합하기 위한 상기 신호 프로세서의 계수들을 검출하는 단계로서, 자가-테스트는 공지된 크기를 갖는 고유 주파수로 상기 프루프 매스를 공명시키는, 상기 신호 프로세서의 계수들을 검출하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 감지 요소들의 반응을 측정하는 단계; 및 상기 제 1 및 제 2 감지 요소들로부터의 상기 측정된 반응을 이용하여 상기 계수들을 결정하는 단계를 더 포함하는, 자기장을 검출하는 방법.
  41. ◈청구항 41은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 39 항에 있어서,
    자화된 자기 물질을 상기 프루프 매스 상에 제공하는 단계를 포함하는, 자기장을 검출하는 방법.
  42. ◈청구항 42은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 40 항에 있어서,
    상기 조합하는 것은:
    제 1 주파수로 제 1 신호를 생성하는 단계로서, 상기 제 1 신호는 제 1 방향으로 프루프 매스의 움직임에 비례하는, 상기 제 1 신호를 생성하는 단계;
    제 2 주파수로 제 2 신호를 생성하는 단계로서, 상기 제 2 신호는 제 2 방향으로 프루프 매스의 움직임에 비례하는, 상기 제 2 신호를 생성하는 단계; 및
    제 1 주파수에서의 상기 제 1 신호 및 제 2 주파수에서의 상기 제 2 신호를 변조하는 단계를 더 포함하는, 자기장을 검출하는 방법.
  43. ◈청구항 43은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 39 항에 있어서,
    상기 프루프 매스의 회전의 중심은 상기 프루프 매스의 매스의 중심과 정렬되지 않은, 자기장을 검출하는 방법.
  44. ◈청구항 44은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 39 항에 있어서,
    상기 프루프 매스의 회전의 중심은 제조 결함으로 인해 상기 프루프 매스의 매스의 중심과 정렬되지 않은, 자기장을 검출하는 방법.
  45. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감지 요소 및 상기 제 2 감지 요소는 상기 기판에 수직인 상기 적어도 하나의 프루프 매스의 움직임에 반응하는, MEMS 디바이스.
  46. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감지 요소는 상기 기판에 수직인 상기 적어도 하나의 프루프 매스의 움직임에 반응하고, 상기 제 2 감지 요소는 상기 기판에 평행한 평면에서 상기 적어도 하나의 프루프 매스의 움직임에 반응하는, MEMS 디바이스.
  47. ◈청구항 47은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 자화된 자기 물질은 코발트(Co), 철(Fe), 및 니켈(Ni)의 임의의 조합을 포함하는, MEMS 디바이스.
  48. ◈청구항 48은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 자화된 자기 물질은 강 자기 물질로 형성되는, MEMS 디바이스.
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