【技术实现步骤摘要】
本申请涉及微机械传感器，尤其涉及一种离散差分检测的z轴mems加速度计。
技术介绍
1、加速度计是一种将加速度转换成电信号的传感器。电容式mems加速度计是基于集成电路工艺制作的特定类型的微机械加速度计，其通常具有悬浮在基片上方的可动质量块，以及与可动质量块形成检测电容的固定电极，用以感应由外部加速度引起的可动质量块的运动或位置变化。通常检测质量块面内运动的称为x轴加速度计，检测质量块面外运动的称为z轴加速度计。
2、z轴加速度计中有一类采用跷跷板结构，其可动质量由基片支撑，使得可动质量在z轴加速度下相对于基片偏转，在许多类型的加速度计中，位于可动质量下方或/和上方的固定检测电极与可动质量构成电容耦合，用来检测可动质量的这种偏转，从而检测z轴加速度。其他电气元件，如力反馈电极，也可以包括在可动质量的下方和/或上方。
3、影响加速度计准确度的重要指标之一是“零偏”，“零偏”是指当没有外部加速度存在时加速度计输出非零加速度信号，并且加速度计应输出零加速度信号。在本专利申请的背景下，零偏可以是由支撑加速度计的基片变形引起的，包括不对称变形。基片变形主要来自mems加速度计芯片与封装载体之间的力学作用。
4、在各种情况下，当使用的加速度计的特定部分（比如基片）经历内部热机械应力或吸收外力（比如振动、冲击）的作用时，基片会以不均匀的方式变形(例如，不对称)，基片变形可以改变可动质量块与一个或多个位置传感电极之间的标称距离(电容也因此改变)，从而将误差引入加速度计的测量(此处称为“零偏”)。例如，即使没有
5、跷跷板式加速度计是根据位于可动质量块上方和/或下方的差分检测电极之间的电容变化来确定z轴加速度。现有的技术方案，us6841992、us6935175、us7146856、us8079262公开了一类典型的跷跷板加速度计，由制作在基片上的关于支撑梁对称设置的传感电极和可动质量块构成变间隙差分检测电容，us9513310、cn201810650974.2、cn201710780370公开了一类双差分检测的跷跷板式加速度计，相邻跷跷板结构反向运动。
6、理想情况下，当基片没有变形，也没有外部z轴加速度存在时，可动质量块和每个底层差分检测电极之间的距离相等，因此可动质量块和每个底层差分检测电极之间的电容相等。由于每组差分检测电极的电容相等，它们相互抵消，因此加速度计输出零加速度信号(即零偏为零)。
7、一般来说，如果基片经历对称变形，则可动质量块和每个检测电极之间的电容将经历相同量的变化。通过这种方式，任何由变形引起的零偏将被抵消。然而，在基片不对称变形的情况下，或者可动质量块相对基片一侧倾斜的情况下，导致可动质量块的相对两侧的差分检测电容因此经历不同的变化量，因此加速度计的测量将出现零偏误差。
8、如何减轻基片不对称变形对跷跷板式加速度计零偏的影响，使得可动质量块两侧的差分检测电容表现出相同的变化量，以抵消(例如，减小或取消)零偏，是提升z轴跷跷板式加速度计准确度的核心。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种离散差分检测的z轴mems加速度计，以解决现有技术中加速度计使用时，零偏误差较大，准确度不高的缺陷。
2、为解决上述技术问题，本申请是采用下述技术方案实现的：
3、离散差分检测的z轴mems加速度计，包括
4、基片，所述基片上设有中心锚点；
5、第一质量块、第二质量块，所述第一质量块、第二质量块中部铰接于所述中心锚点，所述第一质量块、第二质量块同侧端可相互交叉穿过；
6、离散电极，所述离散电极设于所述中心锚点两侧的基片上并与所述第一质量块、第二质量块对应设置；
7、所述离散电极与所述第一质量块构成第一敏感单元，所述离散电极与所述第二质量块构成第二敏感单元，所述第一敏感单元、第二敏感单元互作完成离散差分检测。
8、本申请进一步的方案，所述第一质量块和所述第二质量块沿ｙ轴错位布置，并通过偏转轴铰接于所述中心锚点。
9、本申请进一步的方案，其特征在于，所述第一质量块两侧分别设有间隔、平行的左梳齿板、右梳齿板，所述第二质量块两侧分别设有间隔、平行的左梳齿板、右梳齿板，所述左梳齿板和所述右梳齿板上的梳齿同侧交替错位布置。
10、更进一步的方案，其特征在于，同侧相邻所述左梳齿板的梳齿之间的中心距和相邻所述右梳齿板的梳齿之间的中心距相同。
11、更进一步的方案，所述左梳齿板上的梳齿和所述右梳齿板上的梳齿宽度相等且小于相邻所述左梳齿板的梳齿中心距的一半。
12、更进一步的方案，所述离散电极包括两组间隔、平行设置的左梳齿电极和右梳齿电极，两组所述左梳齿电极和右梳齿电极分别设于所述中心锚点两侧的基片上，同侧所述的右梳齿电极和所述右梳齿板以及所述左梳齿电极和所述左梳齿板一一对应。
13、更进一步的方案，所述右梳齿电极宽度和所述右梳齿板的梳齿宽度相等且均小于所述右梳齿板上的梳齿中心距的一半。
14、本申请进一步的方案，所述第一质量块、第二质量块的质心均沿x轴方向偏离铰接处一定距离。
15、其中优选的，所述左梳齿板和所述右梳齿板上的梳齿沿x轴向布置。
16、其中优选的，所述左梳齿板和所述右梳齿板上的梳齿沿ｙ轴向布置。
17、与现有技术相比，本申请所达到的有益效果：
18、本申请采用铰接的第一质量块、第二质量块，即两个反向偏转的“跷跷板”将差分检测电容离散设置，离散设置是指将一对面积较大的差分检测电容拆分为面积更小、布局更紧凑的多对差分检测电容，每一对差分检测电容都紧邻着布置在尽可能小的基片局部，使得基片上任意局部的变形对离散设置的差分检测电容都产生近乎相同的电容变化量，以相互抵消，消除零偏。换句话说，采用本解决方案的z轴加速度计减轻了不对称基片变形的影响，从而使零加速度输入下差分检测电容的变化更加均匀对称，因此，零偏极大的减小。
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1.离散差分检测的Z轴MEMS加速度计，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的离散差分检测的Z轴MEMS加速度计，其特征在于，所述第一质量块（3011）和所述第二质量块（3012）沿Ｙ轴错位布置，并通过偏转轴（307）铰接于所述中心锚点（20）。
3.根据权利要求1所述的离散差分检测的Z轴MEMS加速度计，其特征在于，所述第一质量块（3011）两侧分别设有间隔、平行的左梳齿板（302ａ）、右梳齿板（302ｂ），所述第二质量块（3012）两侧分别设有间隔、平行的左梳齿板（302ａ）、右梳齿板（302ｂ），所述左梳齿板（302ａ）和所述右梳齿板（302ｂ）上的梳齿同侧交替错位布置。
4.根据权利要求3所述的离散差分检测的Z轴MEMS加速度计，其特征在于，同侧相邻所述左梳齿板（302ａ）的梳齿之间的中心距和相邻所述右梳齿板（302ｂ）的梳齿之间的中心距相同。
5.根据权利要求4所述的离散差分检测的Z轴MEMS加速度计，其特征在于，所述左梳齿板（302ａ）上的梳齿和所述右梳齿板（302ｂ）上的梳齿宽度相等且小于相邻所述左梳齿板（302ａ
6.根据权利要求4所述的离散差分检测的Z轴MEMS加速度计，其特征在于，所述离散电极（308）包括两组间隔、平行设置的左梳齿电极（308ａ）和右梳齿电极（308ｂ），两组所述左梳齿电极（308ａ）和右梳齿电极（308ｂ）分别设于所述中心锚点（20）两侧的基片（10）上，同侧所述的右梳齿电极（308ｂ）和所述右梳齿板（302ｂ）以及所述左梳齿电极（308ａ）和所述左梳齿板（302ａ）一一对应。
7.根据权利要求6所述的离散差分检测的Z轴MEMS加速度计，其特征在于，所述右梳齿电极（308ｂ）宽度和所述右梳齿板（302ｂ）的梳齿宽度相等且均小于所述右梳齿板（302ｂ）上的梳齿中心距的一半。
8.根据权利要求1任一项所述的离散差分检测的Z轴MEMS加速度计，所述第一质量块（3011）、第二质量块（3012）绕铰接处的转动惯量不相等。
9.根据权利要求2-8任一项所述的离散差分检测的Z轴MEMS加速度计，其特征在于，所述左梳齿板（302ａ）和所述右梳齿板（302ｂ）上的梳齿沿X轴向布置。
10.根据权利要求2-8任一项所述的离散差分检测的Z轴MEMS加速度计，其特征在于，所述左梳齿板（302ａ）和所述右梳齿板（302ｂ）上的梳齿沿Ｙ轴向布置。
...【技术特征摘要】
1.离散差分检测的z轴mems加速度计，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的离散差分检测的z轴mems加速度计，其特征在于，所述第一质量块（3011）和所述第二质量块（3012）沿ｙ轴错位布置，并通过偏转轴（307）铰接于所述中心锚点（20）。
3.根据权利要求1所述的离散差分检测的z轴mems加速度计，其特征在于，所述第一质量块（3011）两侧分别设有间隔、平行的左梳齿板（302ａ）、右梳齿板（302ｂ），所述第二质量块（3012）两侧分别设有间隔、平行的左梳齿板（302ａ）、右梳齿板（302ｂ），所述左梳齿板（302ａ）和所述右梳齿板（302ｂ）上的梳齿同侧交替错位布置。
4.根据权利要求3所述的离散差分检测的z轴mems加速度计，其特征在于，同侧相邻所述左梳齿板（302ａ）的梳齿之间的中心距和相邻所述右梳齿板（302ｂ）的梳齿之间的中心距相同。
5.根据权利要求4所述的离散差分检测的z轴mems加速度计，其特征在于，所述左梳齿板（302ａ）上的梳齿和所述右梳齿板（302ｂ）上的梳齿宽度相等且小于相邻所述左梳齿板（302ａ）的梳齿中心距的一半。
6.根据权利要求4所述的离散差分检...
【专利技术属性】
技术研发人员：周铭，王甫，凤瑞，商兴莲，
申请(专利权)人：华东光电集成器件研究所，
类型：发明
国别省市：
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