阅读说明：本技术 一种减小偏置漂移的多轴陀螺仪 (Multi-axis gyroscope capable of reducing bias drift ) 是由 森克·阿卡尔 布伦顿·罗丝·西蒙 散蒂帕·迈蒂 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：一种微机械陀螺仪,包括悬挂在附接到衬底上的至少一个锚上的动态质量块。动态质量块包括一第一质量块和一第二质量块；一第一驱动致动器,其被配置成在陀螺仪的旋转振荡模式下在第一方向上驱动第一质量块；以及一第二驱动致动器,其被配置成在陀螺仪的旋转振荡模式中以相反方向驱动第二质量块。(A micromachined gyroscope includes a dynamic mass suspended from at least one anchor attached to a substrate. The dynamic mass block comprises a first mass block and a second mass block; a first drive actuator configured to drive the first mass in a first direction in a rotational oscillation mode of the gyroscope; and a second drive actuator configured to drive the second mass in an opposite direction in a rotational oscillation mode of the gyroscope.)

一种减小偏置漂移的多轴陀螺仪

技术领域

本发明涉及微机械多轴陀螺仪。

背景技术

微机械陀螺仪是一种用来测量角速率的惯性感测器。多个单轴或多轴微机械系统(MEMS)陀螺仪已集成到各种系统中，如但不限于智能手机、可穿戴电子系统、增强现实虚拟现实设备、游戏机、无人机等。然而，输出偏置漂移会影响MEMS陀螺仪所产生信息的准确性和精度。这种偏置漂移的一个主要来源是陀螺仪驱动运动的能量泄漏驱动感测感测模式。

具体实施方式

微机械陀螺仪可以包括由硅制成的机械部件。这些机械结构可能包括尺寸约为几微米到几十微米厚的部件。通常，微机械陀螺仪封装在MEMS封装中，可以使用现成的封装技术和半导体微电子领域的材料来制造所述MEMS封装。例如，MEMS封装可以提供一些机械支撑、环境保护以及与其他系统组件的电气连接。然而，MEMS封装可能会受到机械和/或热应力的影响，这种机械和/或热应力会传播到封闭的陀螺仪衬底和/或其组件并使其翘曲。这种封装引起的应力或衬底应力引起的陀螺仪组件变形(例如，对于高性能陀螺仪而言)仍然是一个令人关注的问题，因为这种变形可以直接影响运行中的封闭式微机械陀螺仪的性能。

封闭式微机械陀螺仪中输出偏置漂移的一个来源是由封闭式微机械陀螺仪中的驱动运动产生的能量泄漏驱动传侧模式。这种能量可以以应力波的形式传播到衬底和封装中，然后进入印刷电路板(PCB)，与周围环境相互作用并反射，然后返回陀螺仪并在感测模式内产生响应。该响应可被检测为输出偏置。这种偏置易受印刷电路板、间歇接触和变化的热应力条件的变化的影响。

本发明涉及示例性微机械、多轴陀螺仪结构(例如，形成于器件层的X-Y平面中)，其可具有在角动量中平衡的质量块的扭转驱动运动。驱动运动角动量的平衡减少了驱动能量向衬底的泄漏，从而减少了来自周围环境的反射，从而降低了输出偏置漂移。驱动运动的角动量的平衡可以通过在以下所述陀螺仪配置的不同质量块布置中平衡相反的质量块运动来实现。

在一个例子中，三轴陀螺仪可以具有提供三轴陀螺仪工作模式的单一平面质量块设计。例如，根据本公开的原则，器件层中的平面质量块可以使用几何分布锚和一个或多个对称挠曲支承部(可称为挠曲支承部)的配置对称地悬挂在衬底(或锚定到衬底)上。在一个实施例中，平面质量块悬挂在附着于衬底的一组四个锚上。此外，挠曲可以包括X轴挠曲支承部、Y轴挠曲支承部和Z轴挠曲支承部。

这种多个几何分布的锚可以跟踪衬底变形，并且可以物理地修改陀螺仪中测量电极的平面外电容间隙，该陀螺仪测量质量块的X轴和Y轴速率(角速度)，以补偿衬底变形。例如，电极的平面外电容间隙可以在每个X和Y维度的两个锚上平均。

图1是根据本发明的原理的3自由度(3-DOF)惯性测量单元(IMU)100的示意横截面图。

IMU100包括3-DOF陀螺仪或3-DOF微机械加速度计，所述3-DOF微机械加速度计形成在芯片级封装中，所述芯片级封装包括盖晶片101、包括微机械结构(例如，微机械3-DOFIMU)的器件层105以及衬底或通孔晶片103。器件层105可以夹在盖晶片101和通孔晶片103之间，并且器件层105和盖晶片101之间的空腔可以在真空下在晶片级密封。

在一个例子中，盖晶片101可以使用例如金属粘合剂102粘合到器件层105。金属粘合剂102可以包括熔合粘合剂，例如非高温熔合粘合剂，以允许吸气剂保持长期真空，并涂覆防摩擦涂层以防止低g加速度感测器中可能发生的摩擦。在一个例子中，在器件层105的操作期间，金属粘合剂102可以在盖晶片101和器件层105之间产生热应力。在一些示例中，可以向器件层105添加一个或多个特征，以将器件层105中的微机械结构与热应力隔离，所述热应力例如为减少在微机械结构周围形成的槽的一个或多个应力。在一个例子中，通孔晶片103可以被粘合到器件层105(例如，硅-硅熔合粘合等)，以消除通孔晶片103和器件层105之间的热应力。

在一个例子中，通孔晶片103可以包括一个或多个隔离区域，例如第一隔离区域107，该第一隔离区域107例如使用一个或多个硅通孔(TSV)(例如，第一TSV 108，其使用介电材料109与通孔晶片103隔离开)与通孔晶片103的一个或其它区域隔离开TSV。在某些示例中，一个或多个隔离区域可被用作电极，以感测或驱动三轴惯性感测器的平面外操作模式，并且一个或多个TSV可被配置为提供从器件层105到IMU100外部的电连接。此外，通孔晶片103可以包括一个或多个触点，例如第一触点110，所述一个或多个触点使用介电层104选择性地与通孔晶片103的一个或多个部分隔离，并且被配置成使用突起部、丝焊或一个或其它电连接来提供通孔晶片103的隔离区域或TSV中的一个或多个到一个或多个外部元件(例如ASIC晶片)之间的电连接。

根据本发明的原理，通过将器件层105粘合到通孔晶片103的多个突出部分，例如图1的横截面图中所示的锚106a和锚106b，可以支撑或固定器件层105中的3自由度(3-DOF)陀螺仪或微机械加速度计。。通孔晶片103的多个突出部分(例如，锚106a和锚106b)可以位于与通孔晶片103的中心相当远的位置，并且器件层105可以例如熔合粘合到锚106a和锚106b(例如，消除或减少与金属疲劳相关的问题)。

在一个实施例中，四个偏心锚可以对称地位于几何正方形的角部(例如，每个锚与正方形的中心具有相同的径向距离)，以支撑通孔晶片103上器件层105中的陀螺仪或微机械加速度计。四个偏心锚可包括图1的横截面图中所示的两个锚(例如，锚106a和锚106b)和垂直于图1的平面中的两个锚(未示出)。

本文描述的3自由度(3-DOF)陀螺仪结构在X-Y平面上可以有两个质量块：一个动态质量块，可以(例如，通过驱动电极)被驱动以共振；一个静态质量块，可以用作平台。动态质量块可以连接到静态质量块，静态质量块可以连接到衬底。平台可以在对称放置的四个偏心锚的四个位置处锚定到衬底上。将平台和连接动态质量块悬挂在几何分布的四个锚上，可以有效地平均动态质量块相对于应力引起的衬底翘曲或衬底在这四个位置的弯曲的平面外位移，从而减少应力引起的不对称间隙变化。

器件层105中的3自由度(3-DOF)陀螺仪可以在器件层105中以不同的动态质量块配置来实现。根据本发明的原理，本文描述的每个动态质量块配置包括多个质量块，所述多个质量块被布置成创建在角动量中平衡的旋转振荡驱动运动。

在第一动态质量块配置中，动态质量块包括两个质量块，两个质量块上各有感测节点。第二动态质量块配置，如第一动态质量块配置，包括两个质量块。然而，在第二动态质量块配置中，仅在两个质量块中的一个上存在感测节点。在第三动态质量块配置中，有四个独立的质量块。在第四动态质量块配置中，与第三动态质量块配置一样，有四个独立的质量块，它们由外圈进一步固定在一起。外圈为四个独立的质量块中的每一个增加惯性。在本文描述的所有四种动态质量块配置中，多个质量块可以被布置成平衡质量块的驱动运动的角动量。

图2示出了根据本发明的原理具有两个质量块的第一动态质量块配置的示例陀螺仪200。图3示出可用于示例陀螺仪200的示例锚悬挂挠曲和示例中央悬挂挠曲的分解图。

可在器件层(例如，器件层105，图1)中制造的陀螺仪200包括X-Y平面中的静态质量块201和动态质量块202(包括质量块202a和质量块202b)。

静态质量块201，其可具有X形(十字形)由四个偏心锚(例如锚21)经由锚悬挂挠曲(例如挠曲22)支撑在衬底(例如晶片103)上。在实施例中，挠曲22可以包括一个或多个矩形弹性铰链22e(例如，如图3所示)。

在陀螺仪200中，动态质量块202通过陀螺仪中央悬架挠曲23悬挂在静态质量块201周围。陀螺仪中央悬架挠曲23(可以是c形梁挠曲)将动态质量块202附着到静态质量块201上，位于静态质量块201的X形四个凹处的底部。在实施例中，陀螺仪中央悬挂挠曲23可以包括一个或多个C形弹簧状元件(例如，c形梁挠曲23c)(图3)。

动态质量块202可以包括分布在陀螺仪200的四个象限(a、b、c和d)上的两个质量块202a和202b。质量块202a可以分布在例如相对的象限a和c上，其中质量块202a的部分(一半)对应于通过陀螺仪200的中心区域(中心35)的中央梁39耦合的象限a和c。质量块202b可以分布在例如相对的象限b和d上，其中质量块202b的部分(一半)对应于象限b和d，象限b和d由沿着陀螺仪200的周长(边缘37)的梁39耦合。质量块202a可以通过反相位悬架挠曲43(除了中央悬架挠曲23)松散地机械耦合到质量块202b。反相位悬挂挠曲43可以膨胀或收缩以弹性地吸收或调节质量块彼此之间的机械位移(例如，在旋转振荡模式下)。

在示例陀螺仪200中，平面外X轴感测电极27和Y轴感测电极28(其经由位于器件层105下的通孔晶片103布置)被放置在陀螺仪200的中心附近(例如，在陀螺仪200的中心35和边缘37之间的大约中间位置处)。此外，X轴和Y轴感测感测电极的质心与将静态质量块201附着到衬底上的四个锚(即锚21)与陀螺仪200的中心的径向距离大致相同。

如图2所示，陀螺仪200还包括各种平面内驱动和感测感测电极。例如，陀螺仪200包括两对驱动电极(例如，第一对驱动电极包括同相(顺时针)驱动致动器24a和逆相(逆时针)驱动致动器24b，第二对驱动电极包括同相驱动致动器25a和逆相驱动致动器25b)、一对感测感测电极(例如，驱动振荡感测电极26)和一对Z轴速率感测电极29。这些平面内电极和感测感测电极布置在从陀螺仪200的中心到陀螺仪200的外边缘(例如，边缘37)的径向距离处，该径向距离大于平面外X轴和Y轴感测感测电极距陀螺仪的中心的径向距离。

例如，驱动致动器(24a、24b)、驱动致动器(25a、25b)、驱动振荡感测电极26和Z轴速率感测电极29可以是梳指结构。梁39(其沿着陀螺仪的边缘37运行)机械地将质量块202b的象限b和d耦合在一起，还可以迫使Z轴速率感测电极29沿相同方向移动质量块202b。

在陀螺仪200中，各种平面内驱动和感测感测电极(例如驱动致动器(24a、24b)、驱动致动器(25a、25b)、驱动振荡感测电极26和Z轴速率感测电极29)例如通过锚(例如锚30)连接到衬底(例如晶片103)。

例如，可以通过使用驱动致动器(24a、24b)和驱动致动器(25a、25b)来驱动陀螺仪200的Z轴旋转振荡模式，以旋转振荡模式驱动质量块202a和质量块202b靠近彼此和远离彼此。驱动振荡感测电极26可以感测动态质量块202的振荡，并向驱动同相和反相驱动致动器(24a、24b、25a、25b)的驱动电路(未示出)提供反馈。例如，在旋转振荡模式下驱动动态质量块202(质量块202a和质量块202b)共振。

图4示出质量块202a逆时针旋转和质量块202b顺时针旋转的前半周状态的示意图。图5示出质量块202a顺时针旋转和质量块202b的逆时针旋转的后半周状态的示意图。同相驱动致动器24a、24b和反相位驱动致动器25a、25b可用于在两个半周期状态之间切换，以在Z轴旋转振动模型的反相位共振状态下，建立两个质量块相互之间的振动旋转运动。

在示例实现中，陀螺仪200中的两个质量块202a和202b中的每一个都可以具有质量分布，当其通过驱动致动器在Z轴旋转振荡模式的共振状态下以其各自的角速度驱动时，质量分布具有等效的量值位移(即，对角动量(惯性矩X角速度)的等效贡献)。在Z轴旋转振荡模式的共振状态下，两个质量块的角动量(它们以相反的方向旋转)相互平衡和(使得动态质量块配置的净角动量约为零)。

在操作中，陀螺仪200上的Z轴旋转振荡驱动器可以是高振幅驱动器。在陀螺仪200的中心的对称c梁挠曲，例如陀螺仪中央悬架挠曲23)，可以提供机械正交抵消。

此外，用于Z轴速率感测电极29的平面内差分梳状指电极可用于感测科里奥利速率响应(例如，陀螺仪的外部旋转)。

图6示出陀螺仪200的Z轴感测运动的第一半周状态的示例，图7示出陀螺仪200的Z轴感测运动的第二半周状态的示例。根据本发明的原理，由一对Z轴速率感测电极29测量的差动电容用于感测科里奥利速率响应。此外，平面外X轴速率感测电极27(X-)和27(X+)、平面外Y轴速率感测电极28(Y-)和28(Y+)可以感测科里奥利速率响应(例如，由于陀螺仪200的倾斜)。

图8以透视图示出了陀螺仪200的X轴感测运动的前半周状态的示例。利用由X轴速率感测感测电极27对测得的差动电容来测量科里奥利速率对X角速度的响应。此外，图10示出了X轴感测运动的第二个半周期状态下陀螺仪的扭转位移的横截面图。

图9以透视图示出陀螺仪200的Y轴感测运动的前半周状态的示例。利用由Y轴速率感测感测电极28对测量的差动电容来测量科里奥利速率对Y角速度的响应。

图11示出了根据本发明的原理的示例陀螺仪1100，该示例陀螺仪1100具有一第二动态质量块配置，该第二动态质量块配置具有两个质量块，其中仅一个质量块上具有感测节点感测。

陀螺仪1100可在器件层(例如，器件层105，图1)中制造，其包括X-Y平面中的动态质量块1102。动态质量块1102由两个锚(例如，锚1161a、1161b)经由陀螺仪中央悬架挠曲1123支撑在衬底(例如，晶片13)上。如图11所示，内质量块1102a可为X形，X形的臂例如从陀螺仪1100的中心延伸到陀螺仪的四个角。内质量块1102a的两部分(例如，下半部分和上半部分)由穿过陀螺仪中心区域的梁1139耦合。

在陀螺仪1100中，外质量块1102b包围并通过陀螺仪中央悬架挠曲1123悬挂在内质量块1102a上。外质量块1102b的四个部分或实质性材料部分可沿由内质量块1102a的X形形成的四个山谷中的陀螺仪的周长(例如，边缘1137)向内分布。图11示出沿着X轴(AA、CC)或Y轴(BB、DD)布置在边缘1137上的四个梯形部分AA、BB、CC和DD。外质量块1102b还可以包括沿着陀螺仪的周长或边缘(例如，边缘1137)运行的梁1139，以连接外质量块的四个梯形部分(AA、BB、CC和DD。

外质量块1102b也可以通过反相位悬架挠曲1143(除了中央悬架挠曲1123)松散地机械耦合到内质量块1102b。反相位悬挂挠曲1143可膨胀或收缩以(例如在旋转振荡下)弹性地吸收或调节内外质量块朝向彼此或远离彼此的机械位移)。

陀螺仪1100和陀螺仪200一样，还包括各种平面内驱动和感测感测电极。例如，陀螺仪1100包括两对驱动电极(例如，第一对驱动电极包括逆时针驱动致动器1124a和顺时针驱动致动器1124b，第二对驱动电极包括顺时针驱动致动器1125a和逆时针驱动致动器1125b)，一对感测电极感测(例如，驱动振荡感测电极1126)和一对Z轴速率感测电极1129。这些平面内电极和感测感测电极布置在径向距离处，该径向距离大约在陀螺仪1100的中心1135和边缘1137之间的中间位置处。

例如，图11示出了一对Z轴速率感测电极1129可以(沿着X轴)被布置，例如，在陀螺仪的中心和边缘1137之间的中间。在所示的示例中，一对Z轴速率感测电极1129耦合到外质量块1102b。

驱动致动器1124a、1124b、驱动致动器1125a、1125b、驱动振荡感测电极1126和Z轴速率感测电极1129可以是梳状指结构。在陀螺仪1100中，各种平面内驱动和感测感测电极(例如驱动致动器(1124a、1124b)、驱动致动器(1125a、1125b)、驱动振荡感测电极1126和Z轴速率感测电极1129)例如通过锚(例如，锚1130)附接到衬底(例如，晶片103)上。

例如，可以通过使用驱动致动器1124a、1124b和驱动致动器1125a、1125b以旋转振荡模式在相反方向驱动质量块1102a和质量块1102b来驱动陀螺仪1100的Z轴旋转振荡模式。驱动振荡感测电极1126可以感测动态质量块1102的振荡，并向驱动同相和反相驱动致动器1124a、1124b、1125a、1125b的驱动电路(未示出)提供反馈，以例如在旋转振荡模式下驱动动态质量块1102(质量块1102a和质量块1102b)，以共振。

在该示例陀螺仪1100中，平面外X轴速率感测电极(即电极1127(X-)和1127(X+))和平面外Y轴速率感测电极(即电极1128(Y-)和1128(Y+))(其布置在器件层105下的晶片103上)靠近陀螺仪1100的外边缘，远离陀螺仪1100的中心。这些平面外电极布置在从陀螺仪1100的中心到陀螺仪1100的外边缘(例如，边缘1137)的距离处，该距离大于平面内电极(即，驱动致动器(1124a，1124b)、驱动执致动器(1125a，1125b)、驱动振荡感测电极1126和Z轴速率感测电极1129)与陀螺仪的中心之间的距离。

如图11所示，平面外X轴速率感测电极(即电极1127(X-)和1127(X+))和平面外Y轴速率感测电极(即电极1128(Y-)和1128(Y+))可以布置在陀螺仪的边缘1137上的外质量块的四个梯形部分(AA、BB、CC和DD)下方的器件层105的晶片103上。

陀螺仪1100的Z轴旋转振荡模式可以被驱动，例如，通过使用驱动致动器1124a以逆时针方向驱动内质量块1102a，并且使用驱动致动器1124b以逆时针方向驱动外质量块1102b来实现上述驱动。驱动致动器1125a和驱动致动器1125b可用于反转旋转方向(例如，以顺时针方向驱动内质量块1102a，以逆时针方向驱动外质量块1102b)，以建立旋转振荡模式。

图12示出内质量块1102a顺时针旋转和外质量块1102b逆时针旋转的前半周状态的示意图。图13示出了内质量块1102a逆时针旋转和外质量块1102b顺时针旋转的后半周循环状态的示意图。同相和反相驱动致动器(1124a、1124b、1125a、1125b)可用于在两种状态之间切换以设置在Z轴旋转振荡模式的共振状态下，两个质量块相互靠近彼此和远离彼此的振荡旋转运动。

驱动振荡感测电极1126可以感测驱动振荡并向驱动顺时针驱动致动器和逆时针驱动致动器的驱动电路(未示出)提供反馈。

在示例实现中，陀螺仪1100中的两个质量块1102a和1102b中的每一个在响应时由驱动致动器驱动时具有等效大小位移(例如，等效角动量贡献(转动惯量X角速度)的质量分布。Z轴旋转振荡模式共振状态下的共振状态下，两个质量块的角动量(它们以相反的方向旋转)相互平衡和抵消(使得动态质量块配置的净角动量约为零)。

平面内Z轴速率感测感测电极1129、平面外X轴速率感测感测电极(即电极1127(X-)和1127(X+))和平面外Y轴速率感测感测电极(即电极1128(Y-)和1128(Y+))可用于感测陀螺仪1100的科里奥利速率响应(如使用Z轴速率感测电极29、平面外X轴速率感测感测电极(即电极27(X-)和27(X+))和平面外Y轴速率感测感测电极(即电极28(Y-)和28(Y+)来感测陀螺仪200中的科里奥利速率响应，如上所述，参考图6-10)。

图14示出了根据本发明的原理具有包括四个独立质量块的第三动态质量块配置的示例陀螺仪1400。

陀螺仪1400可以在器件层(例如，器件层105，图1)中制造，包括X-Y平面中的静态质量块1401和动态质量块1402。动态质量块1402包括独立的质量块(即质量块1402a、质量块1402b、质量块1402c和质量块1402d)。四个质量块中的每一个都可以是楔形的。例如，可为矩形(例如，正方形)的静态质量块1401可被支撑在衬底(例如，晶片103)上。

动态质量块1402通过陀螺仪中央悬架挠曲1423悬挂在静态质量块1401周围。在实施例中，挠曲22可以包括一个以上的矩形弹性铰链22e(例如，如图3所示)。

动态质量块1402中的四个质量块(即质量块1402a、质量块1402b、质量块1402c和质量块1402d)中的每一个可以经由陀螺仪中央悬架挠曲1423悬挂在方形静态质量块1401的相应侧面或面，并且可以占用陀螺仪1400的相应几何象限(例如a a a、bbb、ccc和ddd)。在其各自相应的象限内的四个质量块(即质量块1402a、质量块1402b、质量块1402c)中的每一个可以通过反相位悬架挠曲1443(除了中央悬架挠曲1423之外)松散地机械地耦合到相邻象限中质量块上。反相位悬架挠曲1443可膨胀或收缩以弹性地吸收或调节相邻质量块以使靠近彼此或远离彼此进行机械位移(例如，在旋转振荡模式下)。

陀螺仪1400与陀螺仪200和陀螺仪1100一样，还包括各种平面内驱动和感测电极。例如，陀螺仪1400包括一对驱动电极，例如，顺时针驱动致动器1424a和逆时针驱动致动器1424b(布置在陀螺仪1400的四个象限(例如，包括质量块1402a的象限aaa)之一中，一对感测电极(例如，驱动振荡感测电极1426)(布置在陀螺仪1400的相对象限)(例如，包括质量块1402c的象限ccc)。陀螺仪1400还包括布置在陀螺仪1400的其余两个象限(例如，包括质量块1402b的象限bbb和包括质量块1402d的象限ddd)中的一对Z轴速率感测电极1429。如图14所示，这些平面内电极和感测电极布置在大约在陀螺仪1400的中心1435和边缘1437之间的中间的径向距离处。

例如，平面内和感测电极(即驱动致动器(1424a、1424b)、驱动振荡感测电极1426和Z轴速率感测电极1429)可以是梳状指结构。在陀螺仪1400中，各种平面内驱动和感测电极例如通过锚(例如锚1430)连接到衬底(例如晶片103)。

例如，通过在旋转振荡模式下在相反方向上使用驱动致动器(1424a、1424b)驱动相邻的质量块(例如质量块1402a和质量块1402b、质量块1402b和质量块1402c、质量块1402c和质量块1402d)，可以驱动陀螺仪1400的Z轴旋转振荡模式。驱动振荡感测电极1426可以感测动态质量块1402的振荡，并向驱动同相和反相驱动致动器1424a、1424b的驱动电路(未示出)提供反馈，例如，以在旋转振荡模式下驱动动态质量块1402(包括四个独立的质量块-质量块1402a、质量块1402b、质量块1402c和质量块1402d)共振。

在该示例陀螺仪1400中，将平面外X轴速率感测电极(即电极1427(X-)和1427(X+))和平面外Y轴速率感测电极(即电极1428(Y-)和1428(Y+)(其经由器件层105下的晶片103布置)放置在靠近陀螺仪1100的外缘的位置，远离陀螺仪1400的中心。这些平面外电极布置在从陀螺仪1400的中心到陀螺仪1100的外边缘(例如，边缘1137)的距离处，该距离大于平面内电极(例如，驱动致动器(1424a，1124b)、驱动振荡感测电极1126和Z轴速率感测电极1429)与陀螺仪中心之间的距离。

如图14所示，例如，平面外X轴速率感测电极1427(X-)和1427(X+)、平面外Y轴速率感测电极1428(Y-)和1128(Y+)可以布置在楔形质量块(1402a、1402b、1402c和1402d)下面(在器件层105下面的晶片103上)接近陀螺仪的边缘1437。

例如，可以通过使用同相(顺时针)驱动致动器1424a和反相驱动致动器1124b来驱动陀螺仪1400的Z轴旋转振荡模式，以相反方向驱动四个独立质量块1402a、1402b、1402c和1402d的相邻对，以建立旋转振荡模式。

图15示出关于静态质量块1401的四个独立质量块1402a、1402b、1402c和1402d的第一旋转状态的示意图。如图15所示，在该第一状态中，质量块1402a和质量块1402c逆时针旋转，质量块1402c和质量块1402d顺时针旋转。图16示出关于静态质量块1401的四个独立质量块1402a、1402b、1402c和1402d的第二旋转状态的示意图。如图16所示，在该第二状态中，质量块1402a和质量块1402c顺时针旋转，质量块1402b和质量块1402d逆时针旋转。同相和反相驱动致动器1424a、1424b可用于在两种状态之间切换，以建立四个质量块的相邻对朝向彼此和远离彼此振振旋转运动，以建立Z轴旋转振荡模式的共振状态。

驱动振荡感测电极1426可以感测陀螺仪1400的驱动振荡，并向驱动同相和反相驱动致动器1424a、1424b的驱动电路(未示出)提供反馈。

在示例实现中，陀螺仪1400中的四个质量块1402a、1402b、1402c和1402d中的每一个当由驱动致动器1424a、1424b在Z轴旋转振荡模式的共振状态下以各自的角速度驱动时都可以具有等效量值位移的质量分布(例如，对角动量的等效贡献(旋转惯性X角速度)。

在Z轴旋转振荡模式的共振状态下，四个质量块(相邻的两个质量对以相反方向旋转)的角动量相互平衡或抵消(使得动态质量块配置的净角动量约为零)。

平面内Z轴速率感测电极1429、平面外X轴速率感测电极1427(X-)和1427(X+)、平面外Y轴速率感测电极1428(Y-)和1428(Y+)。可用于感测陀螺仪1400的科里奥利速率响应(例如，以类似于使用Z轴速率感测电极29的方式，平面外X轴速度感应电极27(X-)和27(X+)；平面外Y轴速度感应电极28(Y-)和28(Y+)，用于感应陀螺仪200中的科里奥利速率响应，如上文参考图6-10所述。

图17示出了根据本发明的原理具有包括四个独立质量块的第四动态质量块配置的示例陀螺仪1700。

陀螺仪1700和陀螺仪1400一样，可以包括X-Y平面中的静态质量块1401和动态质量块1702。动态质量块1702与动态质量块1402一样，包括四个楔状独立的质量块1402a、质量块1402b、质量块1402c和质量块1402d，它们通过陀螺仪中央悬架挠曲1423悬挂在静态质量块1401周围。动态质量块1702还可以包括沿着陀螺仪的周长或边缘(例如，边缘1737)运行的加固梁1741，以连接四个楔形独立的质量块(即，质量块1402a、质量块1402b、质量块1402c和质量块1402d)。加固梁1741可等效地向四个质量块中的每一个添加惯性，并可加固陀螺仪1700的一个或多个不希望的共振模式。

陀螺仪1700和陀螺仪1400一样，还包括各种平面内驱动和感测电极。例如，陀螺仪1700包括一对驱动电极，该对驱动电极包括布置在陀螺仪的四个象限(例如，包括质量块1402a的象限aaa)之一中的顺时针驱动致动器1424a和逆时针驱动致动器1424b、布置在陀螺仪的相对象限(例如，包括质量块1402c的象限ccc)中的一对感测电极(例如，驱动振荡感测电极1126)。陀螺仪1700还包括布置在陀螺仪的剩余两个象限(例如，象限bbb和象限ccc)中的一对Z轴速率感测电极1429。

对于上面讨论的陀螺仪1400，在旋转振荡模式下在相反方向上，例如，通过使用驱动驱动器1424a、1424b驱动相邻的质量块(例如质量块1402a和质量块1402b，质量块1402b和质量块1402c，质量块1402c和质量块1402d)，可以驱动陀螺仪1700的Z轴旋转振荡模式。

与在陀螺仪1400中一样，陀螺仪1700中的四个质量块1402a、1402b、1402c和1402d中的每一个通过驱动执行器驱动时可能具有等效大小位移的质量。四个质量块的角动量(相邻的两个质量块以相反的方向旋转)相互平衡或抵消。加强梁1741等效地向四个质量块中的每一个增加惯性，可以抑制陀螺仪1700的一个或多个不希望的共振模式。

图18示出了用于平衡微机械陀螺仪中质量块的角动量的示例方法1800。

方法1800包括将平面(例如，X-Y平面)中的微机械陀螺仪的动态质量块配置悬挂在衬底上，从连接到衬底(1810)的至少一个锚处。

方法1800还可以包括在动态质量块配置中提供多个质量块(1820)，提供多个驱动致动器以在陀螺仪的旋转振荡模式(例如，Z轴旋转振荡模式)下驱动多个质量块(1830)，将多个质量块的质量块分布配置为当多个质量块在旋转振荡模式的共振状态下由驱动致动器以各自的角速度驱动时，对动态质量块配置的角动量具有等效贡献(1840)，以及在旋转振荡模式中反向驱动相邻的质量块以抵消动态质量块配置的角动量(1850)。

在方法1800中，在动态质量块配置(1820)中提供多个质量块可包括向成对相邻质量块提供反相位悬架挠曲。反相位悬架挠曲(例如，在旋转振荡下)可以膨胀或收缩，以弹性地吸收或调节相邻质量块朝向彼此或远离彼此的机械位移。

还应理解，当晶体管或电阻器或陀螺仪组件等元件被称为接通、连接、电连接、耦合或电耦合到另一元件时，它可以直接接通、连接或耦合到另一元件，或可能存在一个或多个中间元件。相反，当一个元件被称为直接位于、直接连接或直接耦合到另一个元件或层时，不存在中间的元件或层。尽管在整个详细描述中可能不使用直接位于、直接连接或直接耦合的术语，但是被示为直接位于、直接连接或直接耦合的元件可以被称为直接位于、直接连接或直接耦合的元件。本申请的权利要求(如果包括)可以被修改以叙述在说明书中描述或在附图中示出的示例性关系。

如本说明书中所使用的，单数形式可以包括复数形式，除非在上下文中明确指明特定情况。空间相关术语(例如，上方、下方等)旨在包括除了图中所示的方向之外正在使用或操作的设备的不同方向。在一些实现中，上方和下方的相对术语可以分别包括垂直上方和垂直下方。在一些实现中，术语邻接可以包括横向邻接或水平邻接。

本文所描述的各种技术的实现可以在(例如，包括在)数字电子电路中，或者在计算机硬件、固件、软件中，或者在它们的组合中实现。方法的一部分也可以由专用逻辑电路(例如，fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路)来执行，并且设备可以被实现为专用逻辑电路。

可在以下一种计算系统中实现，所述计算系统包括工业电动机驱动器、太阳能逆变器、镇流器、通用半桥拓扑、辅助和/或牵引电动机逆变器驱动器、一种开关电源、车载充电器、不间断电源(UPS)、后端组件(如数据服务器)，或包括中间件组件(如应用服务器)，或包括前端组件(如一种客户端计算机，具有图形用户界面或网络浏览器，用户可以通过该网络浏览器与一个实现进行交互，或包括这种后端、中间件或前端组件的任何组合。组件可以通过数字数据通信的任何形式或介质(例如，通信网络)互连。通信网络的例子包括局域网(lan)和广域网(wan)，例如因特网。

虽然如本文所述说明了所述实现的某些特征，但是本领域技术人员现在将进行许多修改、替换、改变和等效。因此，应当理解，权利要求书(如果附加)旨在涵盖属于实现范围内的所有此类修改和变更。应当理解的是，它们只是以举例的方式提出的，而不是以限制的方式提出的，并且可以在形式和细节上作出各种改变。本文所述装置和/或方法的任何部分可以任何组合进行组合，互斥组合除外。本文描述的实现可以包括所描述的不同实现的功能、组件和/或特征的各种组合和/或子组合。