具体实施方式

以下将结合附图，对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，以下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。

请参阅图1-6，本发明实施例中提供了一种MEMS加速度计，包括第一衬底2，第一衬底2上弹性连接有能与其发生相对移动的检验质量块1，检验质量块1包括相对的第一侧、第三侧，以及相对的第二侧、第四侧，第一侧、第二侧、第三侧和第四侧均设有两个移动梳齿11。

第一衬底2上还固定连接有固定梳3，固定梳3包括固定梳齿31和框架32。优选地，固定梳3包括八个框架32，每个框架32上设有一个固定梳齿31，固定梳齿31与移动梳齿11一一对应设置，每个固定梳齿31和最近的移动梳齿11组成感测梳4，感测梳4的梳齿方向均垂直于加速度计的运动方向。

本发明中MEMS加速度计的原理为：当MEMS加速度计被施加线性加速度时，弹性悬挂在第一衬底2上的检验质量块1由于惯性力作用，会与第一衬底2产生相对位移，固定梳齿31和移动梳齿11之间的间隙会改变，从而改变感测梳4的电容。测量感测梳4电容变化即可测量线性加速度。

其中，固定梳齿31为叉指式梳齿，叉指式梳齿之间的间隙从大约几微米到大约十微米之间独立选择，例如但不限于大约5微米到大约10微米。第一衬底2可以包括本领域已知的任何合适的衬底材料，例如包含硅的半导体材料或任何其他半导体材料。第一衬底2也可以包含在其上制造的集成电路。

检验质量块1通过固定件弹性连接述第一衬底2上，固定件包括两个对称设置在第一衬底2靠近检验质量块1的一侧的固定锚5，每个固定锚5的两侧均设有弹性悬架6。弹性悬架6包括支撑梁61，支撑梁61上设有若干沿加速度计运动方向间隔设置的弹性梁62。检验质量块1上设有第一安装孔12，固定锚5位于所述第一安装孔12内，弹性梁62通过连接所述固定锚5与所述第一安装孔12的孔壁以使检验质量块1悬挂在第一衬底2上。

参阅图7，在另外的实施例中，弹性悬架6的结构可以有所不同，弹性梁62的长度可以增加，以降低弹性悬架6的柔度系数。在每一个或多个弹性悬架6上的弹性梁62的数量也可以不同，根据实际情况合理设计。

参阅图1-6，第一衬底2上靠近所述检验质量块1的一侧设有四个或四个以上的止动件8，优选设置四个，相应地，检验质量块1上设有四个第二安装孔13，四个止动件8分别位于对应的第二安装孔13内。在受到冲击载荷响应时，四个止动件8可以限制检验质量块1的运动。这四个止动件8沿如图1所示的X轴、Y轴感测轴方向布置，这种布置下弹性悬架6具有最低的弹性系数。若要限制其他方向的量程，可以通过其他组的止动件8或通过更高的弹性悬架6的弹性系数来实现。

第一衬底2上靠近所述检验质量块1的一侧中央还设有阻尼器7，检验质量块1上设有第三安装孔15，阻尼器7位于第三安装孔15内，两个固定锚5分别位于阻尼器7的两侧。

阻尼器7能够允许加速度计在低压真空或惯性气体环境中正常运行，为了增加阻尼，阻尼器7的间隙需要设置得非常小。阻尼器7可选用本领域已知的任何合适的材料，例如硅、多晶硅或其他半导体材料，并且可以具有大约几微米到100微米的相同或不同的厚度，例如大约2微米到30微米。

参阅图8，在另外的实施例中，为了降低谐振品质因数，可将阻尼器7设为两个，且对称分布于第一衬底2上。相应地，检验质量块1上的第三安装孔15也有两个。也可以通过增加检验质量块1的大小以增强对惯性力的响应。

参阅图9，在另外的实施例中，该加速度计不包括阻尼器7，但检验质量块1上设有若干个贯穿的孔洞14。在制造加速度计时，需要采用表层牺牲技术。表层牺牲技术是指在形成微机械结构的空腔或可活动的微结构过程中，先在下层薄膜上用结构材料淀积所需的各种特殊结构件，再用化学刻蚀剂将此层薄膜腐蚀掉，但不损伤微结构件，然后得到上层薄膜结构（空腔或微结构件）的技术。这些孔洞14的存在能够使得在制造加速度计的过程中更为方便地去除牺牲层。

参阅图1-6，优选地，该加速度计还包括第二衬底9，第二衬底9设置于检验质量块1远离第一衬底2的一侧，第一衬底2与第二衬底9之间形成一个空腔，MEMS器件位于这个空腔中。空腔中可以为真空状态或充满其他惰性气体如氮气等。

其中，第二衬底9可以包含本领域已知的任何合适的衬底材料，例如包含硅的半导体材料或其他半导体或非半导体材料，例如玻璃、塑料、金属或陶瓷。第二衬底9也可以包含在其上制造的集成电路。

参阅图10，在另外的实施例中，固定梳3包括四个框架32，每个框架32上设有两个固定梳齿31，同一个框架32上的两个固定梳齿31与位于检验质量块1同一侧的两个移动梳齿11对应设置。

参阅图11，在另外的实施例中，固定梳3包括两个框架32，每个框架32上设有四个固定梳齿31，其中一个框架32上的四个固定梳齿31分别与第一侧的两个移动梳齿11、第二侧靠近第一侧的移动梳齿11、第四侧靠近第一侧的移动梳齿11对应设置，另一个框架32上的四个固定梳齿31分别与另外四个移动梳齿11对应设置。

本发明实施例还提供了一种信号处理方法，包括以下步骤：

将上述的MEMS加速度计外接于读出电路，读出电路包括一号读出电路、二号读出电路、三号读出电路和四号读出电路，所述一号读出电路用于获取第一侧和第三侧上相对的两个感测梳4的信号，二号读出电路用于获取第一侧和第三侧上四个感测梳4的信号，三号读出电路用于获取第一侧和第三侧上四个感测梳4以及第二侧上的两个感测梳4的信号，四号读出电路能够获取八个感测梳4的信号；

控制连接一号读出电路、二号读出电路、三号读出电路或四号读出电路，利用MEMS加速度计进行测量。

采用上述MEMS加速度计与上述信号处理方法，能够在不改变加速度计结构和信号处理方法的情况下，实时选择四个加速度量程之一的信号。相比之下，传统系统至少需要四个MEMS加速度计才能实现等效功能。

参阅图12，为方便描述，在本发明提供的实施例中，将感测梳4组合成差分电容a、b、c、d，根据本发明的非限制性示例的读出电路连接到如图1所示的MEMS器件上，则一号读出电路用于获取a的信号，二号读出电路用于获取b的信号，三号读出电路用于获取c的信号，四号读出电路用于获取d的信号。在其中一个实施例中，一号读出电路、二号读出电路、三号读出电路、四号读出电路的加速度测量量程分别为±16g、±8g、±4g、±2g。

参阅图13，整个读出电路包括交流调制电压源10、八个跨阻放大器20、四个放大器30、四个解调器40、四个低通滤波器50、单刀四掷开关60、16位模数转换器7016和数字逻辑芯片80。八个跨阻放大器20分别与八个感测梳4的输出端连接，用于放大MEMS器件收集的信号。

一号读出电路、二号读出电路、三号读出电路、四号读出电路互相并联，每个读出电路分别包括两个跨阻放大器20、一个放大器30、一个解调器40、一个低通滤波器50，且与交流调制电压源10、开关60、16位模数转换器7016和数字逻辑芯片80串联。

交流调制电压源10施加交流调制电压到检验质量块1上，用于控制检验质量块1在加速度作用下沿X轴的运动。如果沿X轴向MEMS器件施加线性加速度，则检验质量块1会受到惯性力，固定梳齿31和移动梳齿11之间的间隙会随之改变，从而改变感测梳4的电容。

在本实施例中，a中的其中一个固定梳3连接到一号读出电路中的其中一个跨阻放大器20，a中的另一个固定梳3连接到一号读出电路中的另一个跨阻放大器20。将电容转换成电压（C/U）后，信号发送至一号读出电路的放大器30的输入端，该放大器30放大并选择由于感测梳4电容变化的差异而产生的信号。一号读出电路中频率为fs的解调器40连接到该放大器30的输出端。该解调器40的输出信号被送入一号读出电路中的低通滤波器50，该低通滤波器50过滤所有交流信号并输出信号作为沿X轴±16g量程加速度的最终输出。

b中的其中一侧的两个固定梳3连接到二号读出电路中的其中一个跨阻放大器20，b中的另一侧的两个固定梳3连接到二号读出电路中的另一个跨阻放大器20。将电容转换成电压（C/U）后，信号发送至二号读出电路的放大器30的输入端，该放大器30放大并选择由于感测梳4电容变化的差异而产生的信号。二号读出电路中频率为fs的解调器40连接到该放大器30的输出端。该解调器40的输出信号被送入二号读出电路中的低通滤波器50，该低通滤波器50过滤所有交流信号并输出信号作为沿X轴±8g量程加速度的最终输出。

c中位于检验质量块1同一半边的三个固定梳3梳连接到三号读出电路中的其中一个跨阻放大器20，c中位于检验质量块1另一半边的三个固定梳3连接到三号读出电路中的另一个跨阻放大器20。将电容转换成电压（C/U）后，信号发送至三号读出电路的放大器30的输入端，该放大器30放大并选择由于感测梳4电容变化的差异而产生的信号。三号读出电路中频率为fs的解调器40连接到该放大器30的输出端。该解调器40的输出信号被送入三号读出电路中的低通滤波器50，该低通滤波器50过滤所有交流信号并输出信号作为沿X轴±4g量程加速度的最终输出。

d中位于检验质量块1同一半边的四个固定梳3梳连接到四号读出电路中的其中一个跨阻放大器20，d中位于检验质量块1另一半边的四个固定梳3连接到四号读出电路中的另一个跨阻放大器20。将电容转换成电压（C/U）后，信号发送至四号读出电路的放大器30的输入端，该放大器30放大并选择由于感测梳4电容变化的差异而产生的信号。四号读出电路中频率为fs的解调器40连接到该放大器30的输出端。该解调器40的输出信号被送入四号读出电路中的低通滤波器50，该低通滤波器50过滤所有交流信号并输出信号作为沿X轴±2g量程加速度的最终输出。

一号读出电路、二号读出电路、三号读出电路、四号读出电路的信号被送入到开关60的输入端，来自数字逻辑芯片80的控制信号切换开关60，选择所需的加速度量程±16g、±8g、±4g、±2g。开关60的输出连接到16位模数转换器7016的输入端，其中所选信号被转换为数字信号，转换后的数字信号传输到数字逻辑芯片80进行下一步处理。

上述这种将八个固定梳3分别连接到八个跨阻放大器20上的方案中，不同加速度量程±2g、±4g、±8g、±16g下，a、b、c、d的差分电容变化值几乎保持相等，如图14所示。灵敏度（比例因子）从±2g到±4g，从±4g到±8g，从±8g到±16g，变化正好两倍，如图15所示。

本发明具有完全对称的结构，感测梳4允许使用差分检测方案，既可以放大MEMS加速度计的输出信号，又可以减少由外部振动引起的误差。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。