CN103542844A - 带有正交误差补偿的角速率传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有正交误差补偿的角速率传感器。角速率传感器（20）包括柔性地耦合到衬底（22）的驱动块(36)。传感块(42)悬浮于衬底（22）之上并通过柔性支撑元件(44)柔性地与驱动块(36)相连接。正交补偿电极(24)与驱动块(36)相关联以及传感电极(28)与传感块(42)相关联。驱动块(36)和传感块(42)响应于正交误差相对于传感轴(50)振荡。正交误差在正交补偿电极(24)和驱动块(36)之间产生信号误差分量(78)以及在传感电极(28)和传感块(42)之间产生信号误差分量(76)。补偿和传感电极（24、28）以相反极性耦合以便信号误差分量(78)基本上抵消信号误差分量(76)。

Description

带有正交误差补偿的角速率传感器

技术领域

本发明通常涉及微机电系统（MEMS）设备。更具体地，本发明涉及带有正交误差补偿的MEMS角速率传感器。

背景技术

近年来，微机电系统（MEMS）技术广为应用,这是因为它提供了一种制作非常小的机械结构并且通过使用传统批量半导体加工技术将这些结构集成在一个单一衬底上的方式。MEMS的一个普通应用是传感器设备的设计和制造。MEMS传感器广泛应用于各种应用中，例如汽车、惯性制导系统、家用电器、游戏设备、各种各样设备的保护系统、以及很多其它工业的、科学的和工程系统。MEMS传感器的一个例子是MEMS角速率传感器。或者被称为“陀螺仪”、“陀螺测试仪”、“振荡速率陀螺仪”、“陀螺仪传感器”、或者“偏航速率传感器”，角速率传感器感应了绕着一个或者多个轴的角速度或速率。

附图说明

结合附图并参阅详细说明以及权利要求，对本发明会有一个比较完整的理解。其中在附图中类似的参考符号表示类似的元件，以及：

图1示出根据一个实施例的角速率传感器的俯视图;

图2示出角速率传感器沿着图1中的剖面线2-2的侧视图；

图3示出表示图1中的角速率传感器的正交补偿特征的方程式表格；

图4示出根据另一个实施例的角速率传感器的俯视图;以及

图5示出图4中的角速率传感器一部分的放大视图。

具体实施方式

在振荡角速率传感器中，一个固有问题是被称为正交分量或者正交误差的不期望的干扰信号的存在。由于允许传感块绕着一个不与传感轴正交的轴振荡的制造缺陷，正交误差出现在振荡角速率传感器中。这产生了一个绕着传感轴可以与科里奥利加速度混淆并且随后与旋转速率混淆的振荡。不幸的是，正交误差会导致设备偏移误差、减小的动态范围、以及增强的噪声。一个大的正交误差甚至可以造成一个设备失灵，以使得传感器质量接触到导电电极，就可能导致与碰撞有关的损害,例如一个短路。

在一些现有技术设备中，为了补偿或以其它方式消除正交信号，可通过与正交误差有反相关系的正交补偿电极施加一个静电力。虽然应用一个静电力可以抑制正交误差造成的机械运动，但该技术需要对于正交补偿电极的相对较大电压、较大分配区域、和/或正交误差和静电补偿力之间的精确相位匹配。在其它现有技术设备中，一个消除信号可被应用于特定用途集成电路(ASIC)的前端以消除正交信号。这样一项技术可消除大正交误差，而不应用一个静电力。然而，机械正交运动仍存在，而且必须在正交误差信号和消除信号之间做出精确匹配以有效地消除正交误差。

本发明所公开的实施例包括以角速率传感器形式的微机电系统(MEMS)设备；在该角速率传感器中实施正交补偿技术。已经确定,当一个角速率传感器经历正交运动时，驱动块和传感块响应该正交运动一起运动。根据本发明所公开的实施例，正交补偿电极与驱动块相关联地被添加。正交补偿电极以反向极性与传感电极耦合。通过将正交补偿电极以反向极性与传感电极耦合，由于正交误差的电容输出将会明显减小，因此补偿了正交误差。因此，正交误差补偿在不使用静电力的情况下实现。

参照图1和图2，图1根据一个实施例，示出一个MEMS角速率传感器20的俯视图，以及图2示出角速率传感器20沿着图1中的剖面线2-2的侧视图。图2通过各种底纹和/或影线说明以更加清晰地区分在角速率传感器20的构造层内产生的不同元件。角速率传感器20的构造层中的不同元件可通过利用当前或即将出现的沉积、形成图案、蚀刻等等的表面微加工技术生产。因此，虽然在插图中应用不同的底纹和/或影线，构造层中不同元件和互连通常由相同的材料形成，例如多晶硅、单晶硅等等。

角速率传感器20的元件（下面将会讨论）可被不同地描述为“附着于”、“附着有”、“耦合到”、“固定到”或者“互连有”角速率传感器20的其它元件。然而，应了解这些术语指代MEMS角速率传感器20的特定元件的直接或间接的物理连接,该连接在其通过MEMS制造的形成图案和刻蚀过程的形成期间发生。

角速率传感器20包括衬底22、以及导电板24、26、28和30，即电极，可固定地安装到或以其它方式形成在衬底22的一个表面32上。结构34耦合到并悬浮于衬底22的表面32上。结构34位于导电板24、26、28和30上面以便导电板24、26、28和30被布置于结构34和衬底22的表面32之间。因此，导电板24、26、28和30在传感器20的俯视图中被遮盖，因此在图1中用虚线表示。结构34包括通过锚40，用柔性支撑元件38，例如弹簧，被柔性地附着于衬底22的表面32的驱动块36。结构34还包括位于穿过驱动块36延伸的口内的传感块42。传感块42通过柔性支撑元件,即扭曲部分44，附着于驱动块36。

为了操作角速率传感器20，与驱动块36连通的驱动系统（为了便于说明未显示）使得驱动块36在一个平行于衬底22的表面32在一个在本发明被称为驱动轴46的第一旋转轴周围进行机械振荡，正如通过一个双向箭头45所表示的。同样地，驱动轴垂直于表面32。在这个例子中，驱动轴是一个三维坐标系中的Z轴46。因此，Z轴46在本发明被称为与角速率传感器20有关的驱动轴46。由于扭曲部分44对这个运动的高劲度，传感块42和驱动块46在驱动轴46周围一起振荡。振荡的驱动运动45可保持不变以维持角速率传感器20的恒定敏感度。或者，振荡的频率可以被锁定到驱动块36的机械共振以最小化驱动功率。

一旦传感块42进入在驱动轴46周围的振荡45，它可以检测一个角速率，即由角速率传感器20绕着在本发明被称为输入轴的第二旋转轴旋转引起的角速率。在这个例子中，输入轴是三维坐标系中的Y轴48。因此，Y轴48在本发明被称为与角速率传感器20有关的输入轴48。随着角速率传感器20经历一个绕着输入轴48的角速率，传感块42绕着在本发明被称为传感轴的第三旋转轴振荡。在这个例子中，传感轴是三维坐标系中的X轴50。因此，X轴50在本发明被称为与角速率传感器20有关的传感轴50。尤其，一个科里奥利加速度在垂直于驱动轴46和输入轴48二者的传感轴50周围产生。科里奥利加速度导致传感块42在传感轴50周围的平面外运动，正如实线箭头51所表示的，其中平面外运动51有一个与传感器20绕着输入轴48的角旋转速率成正比的幅度。

在一个实施例中，传感轴50（即第三旋转轴）将传感块36分割成位于传感轴50的一侧的第一区域52和位于传感轴50的对侧的第二区域54。同样地，传感轴50将传感块42分割成位于传感轴50的一侧的第三区域56和位于传感轴50的对侧的第四区域58。因此，第一和第三区域52和56分别被横向布置于传感轴50的第一侧60以及第二和第四区域54和58分别被横向布置于传感轴50的第二侧62。

衬底22可包括被一个或多个绝缘层（未显示）覆盖的半导体层（未显示）。该半导体层通常是一个硅晶片；在其上面，与角速率传感器20相关联的电子元件在某些情况下通过传统制造技术也可被制造。该绝缘层可能包括玻璃、二氧化硅、氮化硅或其它兼容性材料。导电板24可形成于驱动块36的第一区域52下面的半导体层中，以及导电板26可形成于传感块42的第三区域56下面的半导体层中。类似地，导电板28可形成于传感块42的第四区域58下面的半导体层中，以及导电板30可形成于传感块42的第二区域54下面的半导体层中。

导电板24和30通过其在驱动块36下面的位置与驱动块36相关联，以及导电板26和28通过其在传感块42下面的位置与传感块42相关联。根据一个特定实施例，由于正如在上面所描述的科里奥利加速度，导电板26和28作为传感电极被实施以用于感应传感块42在传感轴50周围的传感运动51。同样地，导电板26可替换地在本发明被称为第一传感电极26（通过使用向下并向右定向的宽影线被说明）以及导电板28可替换地在本发明被称为第二传感电极28（通过使用向上并向右定向的宽影线被说明）。此外，导电板24和30作为与驱动块36相关联的正交补偿电极被实施，其目的在下面将被详细描述。同样地，导电板24可替换地在本发明被称为第一正交补偿电极24（通过使用向上并向右定向的窄影线被说明）以及导电板30可替换地在本发明被称为第二正交补偿电极30（通过使用向下并向右定向的窄影线被说明）。本发明所使用的术语“第一”、“第二”等等不指代元件在可数元件系列内的一个排序或优先地位。相反，为了清晰的讨论，术语“第一”、“第二”等等在本发明被使用以区分相似或相关的元件，例如传感电极26和28、正交补偿电极24和30等等。

导体可以形成在衬底26上面以便为导电板24、26、28和30以及传感块42提供电连接。根据一个特定实施例，第一导体64将布置于位于传感轴50的第一侧60的驱动块36的第一区域52之下的第一补偿电极24电耦合于布置于位于传感轴50的第二侧62的传感块42的第四区域58之下的第二传感电极28。此外，第二导体66将布置于位于传感轴50的第二侧62的驱动块36的第二区域54之下的第二正交补偿电极30电耦合于布置于位于传感轴50的第一侧60的传感块42的第三区域56之下的第一传感电极26。

在所说明的实施例中，正输出端子68（标示为“SMU+”）通过第一导体64和第一正交补偿电极24耦合于第二传感电极28。同样地，负输出端子70（标示为“SMU-”）通过第二导体66和第二正交补偿电极30耦合于第一传感电极26。因此，第二传感电极28可被认为是角速率传感器20的正传感极，而第一补偿电极24可被认为是角速率传感器20的负补偿极。类似地，第一传感电极26可被认为是角速率传感器20的负传感极，而第二补偿电极30可被认为是角速率传感器20的正补偿极。

为了说明的目的，第一、第二导体64和66以及正和负输出端子68和70分别地以图表的形成被表示。本领域所属技术人员将很容易地认识到在实践中，根据当前和即将出现的制造工艺，第一和第二导体64和66以及端子68和70将适当地被形成为衬底22的表面32上的轨迹和/或导电盘和/或形成于衬底22的底层内。此外，电极24、26、28和30由一种导电材料例如多晶硅形成，并且可以同时被形成为各导体，如果相同材料被选择用于这种元件。此外，电极24、26、28和30以及导体64、66、以及端子68和70被描述为附着于或以其它方式形成于衬底22的表面32。在替代实施例中，正如上述所描述的，电极24、26、28和30可在其各自的第一、第二、第三和第四区域52、54、56和58固定地附着于驱动块36或传感块42上，其中导体64和66以及端子68和70与导体24、26、28和30电连通。这样的配置可包括或不包括形成于衬底22的表面32的附加电极或导电区域（未显示）。

第一正交补偿电极24和第二传感电极28的电耦合及其在传感轴50相对两侧的各自的位置导致了电极24和28以反向极性被电耦合。类似地，第二正交补偿电极30和第一传感电极26的电耦合以及它们在传感轴50相对两侧的各自的位置导致了电极26和30以反向极性被电耦合。

通常，随着传感块42经历在传感轴50周围的平面外运动的振荡，位置变化由第一和第二传感电极26和28被感应为电容变化。在第一和第二电极26和28被感应的电容变化以传统的方式被电处理以获得角速率传感器20绕着输入轴48的角速率。然而，应想到响应正交误差，驱动块36和传感块42在传感轴50周围一起振荡。驱动块36和传感块42二者由于正交误差的运动通过箭头71被表示。该正交误差在第一和第二正交补偿电极24和30中的每一个以及第一和第二传感电极26和28中的每一个中产生信号误差分量。第一正交补偿电极24和第二传感电极28的反向极性耦合、以及第二正交补偿电极30和第一传感电极26的反向极性耦合导致了各自的误差分量的抵消。

参照图3，结合图1和图2，图3示出表示图1中的角速率传感器的正交补偿特征的方程式表格。输出信号72，例如在正输出端子68(SMU+)的电容是标示为“CR(2)”的科里奥利响应74加上在第二传感电极28标示为“QE(2)”的正交误差分量76、减去在第一正交补偿电极24标示为“QE(1)”的正交误差分量78的函数。此外，输出信号80，例如在负输出端子70(SMU-)的电容是标示为“CR(1)”的科里奥利响应82加上在第一传感电极26标示为“QE(4)”的正交误差分量84、减去在第二正交补偿电极30标示为“QE(3)”的正交误差分量86的函数。

通过第一正交补偿电极24和第二传感电极28的反向极性电耦合，在第一正交补偿电极24的正交误差分量78基本上抵消了在第二传感电极28的正交误差分量76。此外，通过第二正交补偿电极30和第一传感电极26的反向极性耦合，在第二正交补偿电极30的正交误差分量86基本上抵消了在第一传感电极26的正交误差分量84。因此，在第一和第二传感电极26和28的正交误差可以基本上被消除，而不使用更多功率密集和复杂静电力技术和/或不应用消除信号。

为了便于说明，角速率传感器20仅仅被提供有两对导电板（例如，正交补偿电极24和30以及传感电极26和28）。然而，应了解在替代实施例中，如果与驱动块相关联的正交补偿电极以反向极性耦合于传感电极，附加电极形状、大小和类型可为特定设计实施。此外，角速率传感器20包括通常是矩形的驱动块和圆形的传感块。然而，在替代实施例中，驱动块和/或传感块可以有不同形状，例如圆环、圆盘等等。

参照图4和图5，图4根据另一个实施例，示出角速率传感器90的俯视图，以及图5示出角速率传感器90的一个部分的放大视图。角速率传感器90在被配置以感应绕着Z轴46的角速率的单轴传感器中例示了正交补偿技术。因此，结合角速率传感器90，Z轴46被称为输入轴46。角速率传感器90的各种元件通过底纹或影线被说明以彼此更好的区分开。根据传统制造技术，各种元件可通过沉积、形成图案和刻蚀工艺同时形成，因此，很可能由相同材料例如多晶硅制成。

角速率传感器90包括分割开的驱动块体系，以第一驱动块92和与第一驱动块92横向布置的第二驱动块94的形式。第一和第二驱动块92和94通过锚98，用柔性支撑元件96，例如弹簧，被柔性地附着以便悬浮于衬底22的表面32上。此外，第一和第二驱动块92和94通过柔性的元件100彼此耦连。角速率传感器90还包括在位于穿过第一驱动块92延伸的口104、或凹口部分内的第一传感块102以及位于穿过第二驱动块94延伸的口108、或凹口部分内的第二传感块106。第一传感块102悬浮于衬底22的表面32上方并且通过柔性支撑元件110被连接到第一驱动块92。第二传感块106悬浮于衬底22的表面32上方并且通过柔性支撑元件112被连接到第二驱动块94。

多个第一正交补偿电极114（通过使用向右并向上定向的窄影线被说明）固定地附着于衬底22上并且与第一和第二驱动块92和94中的每一个相关联。第二正交补偿电极116（通过使用向右并向下定向的窄影线被说明）也固定地附着于衬底22上并且与第一和第二驱动块92和94中的每一个相关联。第一和第二补偿电极114和116对位于穿过第一驱动块92延伸的多个口118中的每一个中，以及第一和第二补偿电极114和116对位于穿过第二驱动块94延伸的多个口120中的每一个中。

正如在图5中更清楚地看到的，每一个口118和120包括位于口118和120相对纵向两侧的第一驱动块边缘122和第二驱动块边缘124。在每一个口118和120中，第一补偿电极114被横向离开第一驱动块边缘122布置以形成位于电极114和第一驱动块边缘122之间的间隙126。此外，在每一个口118和120内，第二补偿电极116被横向离开第二驱动块边缘124布置以形成位于电极116和第二驱动块边缘124之间的间隙128。第一和第二正交补偿电极114和116的纵长尺寸以及口118和120纵向上与驱动轴一致，即平行于驱动轴，在本实施例中是X轴50。因此，结合角速率传感器90，x轴50被称为驱动轴50。应注意口120，包括其正交补偿电极114和116，相对于口118显示为翻装（flip）对称，口118包括其正交补偿电极114和116。同样地，在图4中所说明的定向中，每一个口118的第一驱动块边缘122位于其相应的第二驱动块边缘124下面，然而每一个口120的第一驱动块边缘122位于其相应的第二驱动块边缘124上面。同样地，正交补偿电极114和116在口120中相对于其在口118中的位置是翻装关系。

第一传感电极130（通过使用向右并向上定向的宽影线被说明）固定地附着于衬底22并且与第一和第二传感块102和106中每一个相关联。第二传感电极132（通过使用向右并向下定向的宽影线被说明）也固定地附着于衬底22并且与第一和第二传感块102和106中每一个相关联。第一和第二传感电极130和132对位于穿过第一传感块102延伸的多个口134中每一个中，以及第一和第二传感电极130和132对位于穿过第二传感块106延伸的多个口136中每一个中。

正如在图5中更清楚地看到的，每一个口134和136包括位于口134和136相对纵向两侧的第一传感块边缘138和第二传感块边缘140。在每一个口134和136中，第一传感电极130被横向离开第二传感块边缘140布置以形成位于电极130和第二驱动块边缘140之间的间隙144。此外，在每一个口134和136中，第二传感电极132被横向离开第一驱动块边缘138布置以形成位于电极132和第一传感块边缘138之间的间隙142。第一和第二传感电极130和132的纵长尺寸以及口134和136纵向上与驱动轴50一致，即平行于驱动轴50。应注意口136，包括其第一和第二传感电极130和132，相对于口134显示为翻装对称，口134包括其第一和第二传感电极130和132。同样地，在图4和图5中所说明的定向中，每一个口134的第二传感块边缘140位于其相应的第一传感块边缘138上方，然而每一个口136的第二传感块边缘140位于其相应的第一传感块边缘138下方。同样地，传感电极130和132在口136中相对于其在口134中的位置是翻装关系。

导体可以在衬底22上面形成以提供相反极性的电连接。根据一个特定实施例，第一导体146将布置于第一和第二驱动块92和94中每一个中的口118和120的第一驱动块边缘122旁边的第一正交补偿电极114电耦合于布置于口134和136的第二传感块边缘140旁边的第一传感电极130。此外，第二导体148将布置于第一和第二驱动块92和94中每一个中的口118和120的第二驱动块边缘124旁边的第二正交补偿电极116电耦合于布置于口134和136的第一传感块边缘138旁边的第二传感电极132。

在所说明的实施例中，正输出端子150（标示为“SMU+”）通过第一导体146耦合于第一传感电极130和第一正交补偿电极114。同样地，负输出端子152（标示为“SMU-”）通过第二导体148耦合于第二传感电极132和第二正交补偿电极116。因此，第一传感电极130可被认为是角速率传感器90的正传感极，第一正交补偿电极114是角速率传感器90的负补偿极。此外，第二传感电极132可被认为是角速率传感器90的负传感极，第二正交补偿电极116是角速率传感器90的正补偿极。

第一正交补偿电极114和第一传感电极130的电耦合及其各自的翻装位置导致了电极114和130以反向极性电耦合。同样地，第二正交补偿电极116和第二传感电极132的电耦合及其各自的翻装位置导致了电极116和132以反向极性电耦合。

为了操作角速率传感器90，与第一和第二驱动块92和94连通的驱动系统（为了便于说明未显示）使得驱动块92和94在平行于衬底22的表面32的平面内进行机械线性振荡，正如通过相反指示箭头154所表示的。因此，第一和第二驱动块92和94沿着驱动轴50线性振荡。第一和第二驱动块92和94适当地被连接到一起和/或以其它方式适当地被驱动以在相反方向，即，反相，沿着驱动轴50运动。由于柔性支撑元件110对这个运动的高劲度，第一传感块102和第一驱动块92沿着驱动轴50一起线性振荡。同样地，由于柔性支撑元件112对这个运动的高劲度，第二传感块106和第二驱动块94沿着驱动轴50一起线性振荡。因此，第一和第二驱动块92和94相对于彼此，在相反方向，即，反相，沿着驱动轴50运动。

一旦第一传感块102和106进入沿着驱动轴50的线性振荡移动中，角速率传感器90可以检测角速率，即由角速率传感器90绕着在本发明被称为输入轴的旋转轴旋转引起的角速度。在这个例子中，输入轴是垂直于衬底22的表面32的Z轴46。因此，Z轴46在本发明被称为与角速率传感器90有关的输入轴46。随着角速率传感器90经历绕着输入轴46的角速度，第一和第二传感块102和106进入沿着在本发明被称为传感轴的第三旋转轴线性振荡运动。在这个例子中，传感轴是Y轴48。因此，Y轴48在本发明被称为与角速率传感器90有关的传感轴48。尤其，科里奥利加速度沿着垂直于驱动轴50和输入轴46二者的传感轴48发生。科里奥利加速度导致第一和第二传感块102和106沿着传感轴48的基本上线性运动，正如箭头156所表示的，其中运动156有一个与传感器90绕着输入轴46的角旋速率成比例的幅度。

应该很容易地在图5中注意到，当第一驱动块92和第一传感块102沿着传感轴48在第一方向，例如，相对于说明向上振荡时，位于第一正交补偿电极114和第一驱动边缘122之间的间隙126的宽度相对于位于第二传感块边缘140和第一传感电极130之间的间隙144的宽度减小了。同时，位于第二正交补偿电极116和第二驱动块边缘124之间的间隙128的宽度相对于位于第二传感块边缘140和第一传感电极130之间的间隙142的宽度增加了。当然，当第一驱动块92和第一传感块102沿着传感轴48在与第一方向相反的第二方向，例如，相对于说明向下振荡时，间隙126和144之间以及间隙128和142之间的这种关系与上面所描述的相反。此外，由于第二驱动块94和第二传感块104相对于第一驱动块92和第一传感块102反相移动，第二驱动块94和第二传感块106位置的变化以及间隙宽度的相应变化也将反相。

因此，随着第一和第二传感块102和106沿着传感轴48经历线性振荡运动，位置变化（即间隙宽度变化）通过第一和第二传感电极130和132被感应为电容变化。在第一和第二电极130和132感应的电容变化以传统的方式被电处理以获得角速率传感器90绕着输入轴46的角速率。

应想到第一驱动块92和第一传感块102响应于正交误差沿着传感轴48一起线性振荡。同样地，第二驱动块94和第二传感块106也沿着传感轴48响应于正交误差一起线性振荡。驱动块92和94以及传感块102和106由于正交误差的这种运动通过反向指示箭头158表示。该正交误差在每一个第一和第二正交补偿电极114和116中的每一个以及第一和第二传感电极130和132中的每一个中产生信号误差分量。第一正交补偿电极114和第一传感电极130的相反极性耦合、以及第二正交补偿电极116和第二传感电极132的相反极性耦合导致了各误差分量的抵消。

本发明所描述的实施例包括以角速率传感器形式的微机电系统(MEMS)设备；在该角速率传感器中实施了正交补偿技术。根据本发明所公开的实施例，正交补偿电极被与驱动块相关联地添加。正交补偿电极以相反极性耦合于与传感块相关联的传感电极。当角速率传感器经历正交运动时，驱动块和传感块响应该正交运动一起运动。通过将正交补偿电极以相反极性耦合于传感电极，由于驱动块的正交运动在正交补偿电极感应的正交误差信号分量基本上抵消了由于传感块的正交运动在传感块感应的正交误差信号分量。因此。由于正交误差的电容输出将会减小以补偿正交误差。因此，正交误差补偿在不使用静电力的情况下实现。

角速率传感器的一个实施例包括衬底、柔性地耦合于所述衬底的驱动块、以及悬浮于所述衬底上方并通过柔性支撑元件柔性地与驱动块相连接的传感块。第一电极与驱动块相关联以及第二电极与传感块相关联。第二电极以相反极性电耦合于第一电极以便第一电极和驱动块之间的第一误差分量基本上抵消了第二电极和传感块之间的第二误差分量。

一种补偿角速率传感器中的正交误差的方法的一个实施例，其中角速率传感器包括柔性地耦合于衬底的驱动块和悬浮于衬底之上并通过柔性支撑元件柔性地与驱动块相连接的传感块，包括布置邻近驱动块的补偿电极，布置邻近传感块的传感电极，以及以相反极性电耦合补偿电极和传感电极以便补偿电极和驱动块之间的第一误差分量基本上抵消第二电极和传感块之间的第二误差分量。根据另一个实施例，其中补偿电极是第一补偿电极，传感电极是第一传感电极，以及该方法还包括布置邻近驱动块的第二补偿电极，布置邻近所述传感块的第二传感电极，以及以相反极性电耦合第二补偿电极和第二传感电极以便第二补偿电极和驱动块之间的第三误差分量基本上抵消第二传感电极和传感块之间的第四误差分量。

虽然本发明的优选实施例被详细说明和描述，很明显对于本领域所属技术人员来说在不脱离本发明精神及附属权利要求范围的情况下可以做出各种修改。例如，驱动块和/或传感块可以有不同形状，例如圆环、圆盘、矩形等等。此外，驱动块和传感块可被排列成与所显示的不同。例如，传感块可位于中心，另一个传感块可形成外框架结构，以及驱动块可被插入到两个传感块之间。此外，虽然本发明所讨论的实施例是单轴设计，相同的技术也可被应用于多轴设计。根据本发明所描述的实施例，结构上的这种变化将仍包括与驱动块相关联的正交补偿电极以及将正交补偿电极以相反极性耦合于传感电极。因此，应该了解示例实施例只是例子，并且不旨在限制本发明的范围、适用性或配置。

Claims (20)

1.一种角速率传感器，包括：

衬底；

柔性地耦合到所述衬底的驱动块；

悬浮于所述衬底之上并通过柔性支撑元件柔性地与所述驱动块相连接的传感块；

与所述驱动块相关联的第一电极；以及

与所述传感块相关联的第二电极，所述第二电极与所述第一电极以相反极性电耦合以便所述第一电极和所述驱动块之间的第一误差分量基本上抵消所述第二电极和所述传感块之间的第二误差分量。

2.根据权利要求1所述的角速率传感器，其中:

所述驱动块和所述传感块一起被配置以便相对于驱动轴以振荡运动而运动；

所述柔性支撑元件使得所述传感块响应于绕着输入轴的角速率，相对于垂直于所述驱动轴的传感轴振荡，其中所述输入轴垂直于所述驱动轴和所述传感轴中的每一个；以及

所述驱动块和所述传感块响应于正交误差相对于所述传感轴一起振荡，所述正交误差在所述第一电极处产生所述第一误差分量以及在所述第二电极处产生所述第二误差分量。

3.根据权利要求1所述的角速率传感器，其中:

所述第一电极是正交补偿电极；以及

所述第二电极是传感电极。

4.根据权利要求1所述的角速率传感器，还包括与所述第二电极电耦合的正输出端子，其中所述第二电极是所述角速率传感器的正极以及所述第一电极是所述角速率传感器的负极。

5.根据权利要求4所述的角速率传感器，还包括：

与所述驱动块相关联的第三电极；

与所述传感块相关联的第四电极，所述第四电极与所述第三电极电耦合；以及

与所述第四电极电耦合的负输出端子，其中所述第四电极是所述角速率传感器的负极，以及所述第三电极是所述角速率传感器的正极，以便所述驱动块和所述第三电极之间的第三误差分量基本上抵消所述传感块和所述第四电极之间的第四误差分量。

6.根据权利要求1所述的角速率传感器，其中:

所述驱动块包括被平行于所述衬底的表面定向的旋转轴隔开的第一区域和第二区域；

所述传感块包括被所述旋转轴隔开的第三区域和第四区域，所述第一区域和第三区域被横向置于所述旋转轴的第一侧，以及所述第二区域和第四区域被横向置于所述旋转轴的第二侧；

所述第一电极被置于所述第一区域之下；以及

所述第二电极被置于所述第四区域之下。

7.根据权利要求6所述的角速率传感器，其中:

所述第一电极固定地附着于所述驱动块的所述第一区域或附着于所述第一区域之下的所述衬底；以及

所述第二电极固定地附着于所述传感块的所述第四区域或附着于所述传感块之下的所述衬底。

8.根据权利要求6所述角速率传感器，还包括：

与所述驱动块相关联并且被置于所述第二区域之下的第三电极；以及

与所述传感块相关联并且被置于所述第三区域之下的第四电极，所述第三电极与所述第四电极耦合，以便所述驱动块和所述第三电极之间的第三误差分量基本上抵消所述传感块和所述第四电极之间的第四误差分量。

9.根据权利要求6所述的角速率传感器，其中所述旋转轴是传感轴，以及所述驱动块和所述传感块一起被配置以便以在垂直于所述表面的驱动轴周围的所述振荡运动而运动，以及所述柔性支撑元件使得所述传感块响应于绕着垂直于所述驱动轴和所述传感轴中每一个的输入轴的角速率，在所述传感轴周围振荡。

10.根据权利要求1所述的角速率传感器，其中:

所述第一电极固定地附着于所述衬底，并且被横向离开所述驱动块的第一边缘布置以形成位于所述第一电极和所述第一边缘之间的第一间隙；以及

所述第二电极固定地附着于所述衬底，并且被横向离开所述传感块的第二边缘布置以形成位于所述第二电极和所述第二边缘之间的第二间隙；以及

所述驱动块和传感块一起被配置以便沿着驱动轴与所述衬底的表面基本上平行地运动，所述柔性支撑元件使得所述传感块响应于绕着垂直于所述衬底的所述表面的输入轴的角速率，沿着垂直于所述驱动轴的传感轴与所述衬底的所述表面基本上平行地振荡。

11.根据权利要求10所述的角速率传感器，其中:

所述第一电极和所述驱动块的所述第一边缘与所述驱动轴纵向一致；以及

所述第二电极和所述传感块的所述第二边缘与所述驱动轴纵向一致。

12.根据权利要求10所述的角速率传感器，其中：

所述第一间隙呈现第一宽度；

所述第二间隙呈现第二宽度；

所述驱动块和所述传感块响应于正交误差沿着所述传感轴一起振荡，所述正交误差在所述第一电极处产生所述第一误差分量以及在所述第二电极处产生所述第二误差分量；

当所述驱动块和所述传感块沿着所述传感轴在第一方向一起振荡时，所述第一间隙宽度增加而所述第二间隙宽度减小，以及

当所述驱动块和所述传感块在与所述第一方向相反的第二方向一起振荡时，所述第一间隙宽度减小而所述第二间隙宽度增加。

13.一种补偿角速率传感器中的正交误差的方法，所述角速率传感器包括柔性地耦合到衬底的驱动块和悬浮于所述衬底之上并通过柔性支撑元件柔性地与所述驱动块相连接的传感块，所述方法包括：

布置邻近所述驱动块的补偿电极；

布置邻近所述传感块的传感电极；以及

将所述补偿电极与所述传感电极以相反极性电耦合，以便所述补偿电极和所述驱动块之间的第一误差分量基本上抵消所述传感电极和所述传感块之间的第二误差分量。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述补偿电极是第一补偿电极，所述传感电极是第一传感电极，并且所述方法还包括：

布置邻近所述驱动块的第二补偿电极；

布置邻近所述传感块的第二传感电极；以及

将所述第二补偿电极与所述第二传感电极以相反极性电耦合，以便所述第二补偿电极和所述驱动块之间的第三误差分量基本上抵消所述第二传感电极和所述传感块之间的第四误差分量。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述角速率传感器还包括正输出端子和负输出端子，并且所述方法还包括：

将所述正输出端子与所述第一传感电极电耦合，所述第一传感电极是所述角速率传感器的正传感极，以及所述第一补偿电极是所述角速率传感器的负补偿极；以及

将所述负输出端子与所述第二传感电极电耦合，所述第二传感电极是所述角速率传感器的负传感极，以及所述第二补偿电极是所述角速率传感器的正补偿极。

16.一种角速率传感器，包括：

衬底；

柔性地耦合到所述衬底的驱动块；

悬浮于所述衬底之上并通过柔性支撑元件与所述驱动块柔性地连接的传感块，所述驱动块和传感块以相对于驱动轴的振荡运动一起运动，所述柔性支撑元件使得所述传感块响应于绕着输入轴的角速度相对于垂直于所述驱动轴的传感轴振荡，其中所述输入轴垂直于所述驱动轴和所述传感轴中的每一个；以及所述驱动块和传感块响应于正交误差相对于所述传感轴一起振荡；

与所述驱动块相关联的正交补偿电极，所述正交误差在所述正交补偿电极处产生第一误差分量；

与所述传感块相关联的传感电极，所述正交误差在所述传感电极处产生第二误差分量，所述传感电极与所述正交补偿电极以相反极性电耦合，以便所述正交补偿电极和所述驱动块之间的所述第一误差分量基本上抵消所述传感电极和所述传感块之间的所述第二误差分量；以及

与所述传感电极电耦合的正输出端子，其中所述传感电极是所述角速率传感器的正传感极，以及所述正交补偿电极是所述角速率传感器的负补偿极。

17.根据权利要求16所述的角速率传感器，其中：

所述驱动块包括被平行于所述衬底的表面定向的旋转轴隔开的第一区域和第二区域；

所述传感块包括被所述旋转轴隔开的第三区域和第四区域，所述第一区域和第三区域被横向布置于所述旋转轴的第一侧，以及所述第二区域和第四区域被横向布置于所述旋转轴的第二侧；

所述正交补偿电极被布置于所述第一区域之下；以及

所述传感电极被布置于所述第四区域之下。

18.根据权利要求17所述的角速率传感器，其中所述正交补偿电极是第一补偿电极，所述传感电极是第一传感电极，并且所述角速率传感器还包括：

第二补偿电极，与所述驱动块相关联并且被布置在所述第二区域之下，所述正交误差在所述驱动电极和所述第二补偿电极之间产生第三误差分量；

第二传感电极，与所述传感块相关联并且被布置在所述第三区域之下，所述正交误差在所述传感块和所述第二传感电极之间产生第四误差分量，所述第二补偿电极与所述第二传感电极以相反极性耦合以便所述第三误差分量基本上抵消所述第四误差分量；以及

与所述第二传感电极电耦合的负输出端子，其中所述第二传感电极是所述角速率传感器的负传感极，以及所述第二补偿电极是所述角速率传感器的正补偿极。

19.根据权利要求16所述的角速率传感器，其中：

所述正交补偿电极固定地附着到所述衬底上，并且被横向离开所述驱动块的第一边缘布置以便形成位于所述正交补偿电极和所述第一边缘之间的第一间隙；以及

所述第二电极固定地附着到所述衬底上，并且被横向离开所述传感块的第二边缘布置以便形成位于所述传感电极和所述第二边缘之间的第二间隙；以及

所述驱动块和所述传感块一起被配置以便沿着驱动轴与所述衬底的表面基本上平行地运动，所述柔性支撑元件使得所述传感块响应于绕着垂直于所述衬底的所述表面的输入轴的角速度，沿着垂直于所述驱动轴的传感轴与所述衬底的所述表面基本上平行地振荡。

20.根据权利要求19所述的角速率传感器，其中：

所述第一间隙呈现第一宽度；

所述第二间隙呈现第二宽度；

当所述驱动块和所述传感块响应于所述正交误差沿着所述传感轴在第一方向一起振荡时，所述第一间隙宽度增加而所述第二间隙宽度减小，以及

当所述驱动块和所述传感块响应于所述正交误差在与所述第一方向相反的第二方向振荡时，所述第一间隙宽度减小而所述第二间隙宽度增加。

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