用于避免振梁加速度计的电容馈通的谐振器电极配置的制作方法

本申请要求2019年11月7日提交的美国临时专利申请62/932,397和2019年11月7日提交的美国临时专利申请62/932,298的权益，每个申请的全部内容以引用方式并入本文。

本公开涉及振梁加速度计。

背景技术：

加速度计通过检测在惯性力下检验质量块的位移起作用。在一个示例中，加速度计可通过连接在检验质量块与支撑基部之间的谐振器的频率变化来检测检验质量块的位移。谐振器可被设计成改变与检验质量块在加速度下施加到谐振器的负载成比例的频率。谐振器可电耦合到形成振荡器的信号发生电路，该振荡器致使谐振器振动，并且在一些示例中以谐振器的谐振频率振动。

技术实现要素：

一般来讲，本公开提供了用于改善振梁加速度计(vba)的功能的技术。在一个示例中，本公开描述了用于阻尼加速度计的检验质量块运动同时实现欠阻尼谐振器的技术。在平面内微机电系统(mems)vba的示例中，该检验质量块可包含一个或多个阻尼梳，该一个或多个阻尼梳包括附接到该检验质量块的一组或多组可移动梳指。该可移动梳指可与附接到固定几何形状的锚定梳指交叉。当该mems管芯被放置到包含高于真空的压力的封装件的压力腔中时，这些阻尼梳指可为该检验质量块提供空气阻尼。在一些示例中，该mems管芯可被放置到包含约1托的压力的陶瓷封装件中。该阻尼梳的该几何形状可最小化该气隙并且最大化该可移动梳指和该锚定梳指之间的该重叠区域。本公开的该vba的谐振器的几何形状可被配置为避免空气阻尼。

在其他示例中，本公开描述了将加速度计谐振器的电容梳指配置成具有驱动电极和至少两个感测电极的离散电极的技术。本公开的技术还描述了该管芯上和该模拟电子器件板上的电信号的路由，其在被设计成产生大致相等的寄生馈通电容。该至少两个感测电极可被放置在该移动谐振器梁的相对侧上，使得相对于位移的电容变化(例如，dc/dx)的量值大致相等并且符号相反。这可导致符号也相反的感测电流并且导致馈通电流将具有相同符号。来自该谐振器的该感测输出可连接到差分前端放大器(诸如互阻抗或电荷放大器)，该差分前端放大器处理输出电流中的差异。处理输出电流中的该差异可减轻该馈通电流的影响并且消除寄生馈通电容。寄生馈通电容可导致增加的加速度计噪声和减小的偏置稳定性。

在其他示例中，本公开描述了一种振梁加速度计(vba)设备，该设备包括：谐振器，该谐振器包括：谐振器梁；驱动电极；以及第一感测电极和第二感测电极，其中：第一感测电极位于谐振器梁的第一侧上，第二感测电极位于谐振器梁的与第一侧相对的第二侧上，使得第一感测电极的相对于位移的第一电容变化(dc1/dx)的量值与第二感测电极的相对于位移的第二电容变化(dc2/dx)的量值大致相等并且符号相反；以及电信号路由，该电信号路由包括：驱动信号路径，该驱动信号路径耦合到驱动电极；第一感测信号路径，该第一感测信号路径耦合到第一感测电极；和第二感测信号路径，该第二感测信号路径耦合到第二感测电极。电信号路由被配置为产生：驱动信号路径和第一感测信号路径之间的生成第一寄生馈通电流的第一寄生电容；和驱动信号路径和第二感测信号路径之间的生成第二寄生馈通电流的第二寄生电容，使得第一寄生馈通电流和第二寄生馈通电流的量值大致相等。

在其他示例中，本公开描述了一种方法，该方法包括：由处理电路从振梁加速度计(vba)接收指示第一谐振器梁的频率和第二谐振器梁的频率的一个或多个电信号，其中vba包括：谐振器，该谐振器包括：第一谐振器梁；驱动电极；以及第一感测电极和第二感测电极，其中：第一感测电极位于谐振器梁的第一侧上，第二感测电极位于谐振器梁的与第一侧相对的第二侧上，使得第一感测电极的相对于位移的第一电容变化(dc1/dx)的量值与第二感测电极的相对于位移的第二电容变化(dc2/dx)的量值大致相等并且符号相反；以及电信号路由，该电信号路由包括：驱动信号路径，该驱动信号路径耦合到驱动电极；第一感测信号路径，该第一感测信号路径耦合到第一感测电极；和第二感测信号路径，该第二感测信号路径耦合到第二感测电极，其中电信号路由被配置为产生：驱动信号路径和第一感测信号路径之间的生成第一寄生馈通电流的第一寄生电容；和驱动信号路径和第二感测信号路径之间的生成第二寄生馈通电流的第二寄生电容，使得第一寄生馈通电流和第二寄生馈通电流的量值大致相等；以及由处理电路并基于一个或多个电信号来确定第一谐振器梁的频率和第二谐振器梁的频率；以及由该处理电路并基于该第一谐振器梁的该频率和该第二谐振器梁的该频率来计算该vba的加速度。

在其他示例中，本公开描述了用于确定加速度的系统，该系统包括：处理电路，该处理电路耦合到谐振器驱动电路并且被配置为致使谐振器驱动电路输出谐振器驱动信号；振梁加速度计(vba)设备，该vba设备包括：被配置为接收谐振器驱动信号的谐振器，该谐振器包括：谐振器梁；驱动电极；以及第一感测电极和第二感测电极，其中：第一感测电极位于谐振器梁的第一侧上，第二感测电极位于谐振器梁的与第一侧相对的第二侧上，使得第一感测电极的相对于位移的第一电容变化(dc1/dx)的量值与第二感测电极的相对于位移的第二电容变化(dc2/dx)的量值大致相等并且符号相反；以及电信号路由，该电信号路由包括：驱动信号路径，该驱动信号路径耦合到驱动电极；第一感测信号路径，该第一感测信号路径耦合到第一感测电极；和第二感测信号路径，该第二感测信号路径耦合到第二感测电极，其中电信号路由被配置为产生：驱动信号路径和第一感测信号路径之间的生成第一寄生馈通电流的第一寄生电容；和驱动信号路径和第二感测信号路径之间的生成第二寄生馈通电流的第二寄生电容，使得第一寄生馈通电流和第二寄生馈通电流的量值大致相等。

附图说明

图1是示出具有支撑挠曲件、x方向谐振器和阻尼梳的悬垂vba的概念图。

图2是示出具有支撑挠曲件并且具有x方向谐振器的悬垂vba的截面图的概念图。

图3a是示出根据本公开的一种或多种技术的包括悬垂vba的系统的框图。

图3b是示出根据本公开的一种或多种技术的加速度计系统的框图。

图4是示出用于避免寄生馈通电容对加速度计性能的影响的谐振器电极放置和电信号路由的示例的概念图。

图5a和图5b是示出被配置有单个感测电极的示例性memsvba的示意图。

图6a和图6b是示出根据本公开的一种或多种技术的被配置有两个感测电极的示例性memsvba的示意图。

图7a是示出根据本公开的一种或多种技术的具有附加质量块的第一谐振器的概念图。

图7b是示出根据本公开的一种或多种技术的图7a的包括附加质量块的第一谐振器的一部分的概念图。

图8a是示出根据本公开的一种或多种技术的形成间隙的第二谐振器的概念图。

图8b是示出根据本公开的一种或多种技术的图5a的包括间隙的第二谐振器的一部分的概念图。

图9是示出根据本公开的一种或多种技术的第一曲线图和第二曲线图的图，第一曲线图表示作为附加质量块位置的函数的二次非线性系数，第二曲线图表示作为附加质量块位置的函数的零加速度谐振频率差。

图10是示出根据本公开的一种或多种技术的用于确定vba的加速度的示例性操作的流程图。

具体实施方式

本公开的技术可被合并到各种vba中。例如，由美国专利申请16/041,244(其据此全文以引用方式并入)描述平面几何形状以及支撑基部和vba之间的单个主要机械锚定件的技术可与本公开的技术组合。

图1是示出具有支撑挠曲件并且具有x方向谐振器的悬垂vba的概念图。图1是示出锚定件14到支撑基部的vba30的顶视图，但在图1中未示出支撑基部。vba30包括在铰链挠曲件22处连接到锚定件14和谐振器连接结构16的悬垂检验质量块32，该悬垂检验质量块具有阻尼梳40以及谐振器18a和18b。图1还示出了沿着谐振器连接结构16的长轴延伸并穿过锚定件14的截面a-a'。在本公开中，谐振器连接结构16也可称为刚性锚定件连接16。

悬垂检验质量块32包括支撑挠曲件并且通过铰链挠曲件22在锚定件14处连接到谐振器连接结构16。铰链挠性件22将检验质量块悬吊在锚定件14处，并且铰链挠曲件22连接到锚定件14的点是检验质量块32的旋转中心。左谐振器18a和右谐振器18b通过谐振器连接结构16连接到同一主要锚定件14。谐振器18a和18b在距检验质量块32的旋转中心的距离r1处连接到检验质量块12。检验质量块12的质心24与检验质量块12的旋转中心的距离为r2。vba30的布置导致谐振器梁19a和19b的释放梁上的检验质量块12的惯性力以杠杆比率r2/r1放大。

在示例性图1中，vba30可被实现为平面内微机电系统(mems)vba。检验质量块32可包含一个或多个阻尼梳40，该一个或多个阻尼梳包括附接到检验质量块32的一组或多组可移动梳指42。可移动梳指42可与附接到固定几何形状(诸如锚定件46)的锚定梳指44交叉。这些阻尼梳指42和44位于与检验质量块32相同的平面中，并且可在mems管芯被放置到包含高于真空的压力的封装件中时为检验质量块32提供空气阻尼。在一些示例中，mems管芯可被放置到包含约1托的内部压力的陶瓷封装件中。压力变化可改变阻尼程度。在本公开中，“可移动梳指42”可被称为“转子梳指42”。另外，“锚定梳指44”可被称为“定子梳指44”。

在本公开中，空气阻尼可包括由滑过彼此的两个表面引起的阻尼，例如库埃特阻尼。在其他示例中，空气阻尼可包括彼此接近的两个表面，例如挤压膜阻尼。在一些示例中，一种类型的空气阻尼与其他类型的空气阻尼相比可具有更大效果，并且可取决于vba几何形状。

阻尼梳40的几何形状可最小化气隙并且最大化可移动梳指42和锚定梳指44之间的重叠区域。如图1所示，可移动梳指中的第一梳指邻近锚定梳指中的第一梳指和第二梳指。重叠部分具有总线性距离。总线性距离为第一长度和第二长度的总和。第一长度为可移动梳指中的第一梳指的第一边缘与锚定梳指中的第一梳指的第一边缘重叠的线性距离。第二长度为可移动梳指中的第一梳指的第二边缘与锚定梳指中的第二梳指的第一边缘重叠的线性距离。图1的示例示出了六个阻尼梳。然而，在其他示例中，vba可包括更多或更少的阻尼梳。更多的阻尼梳可导致较大重叠部分并因此导致较长总线性距离。较长总线性距离可导致较大阻尼。类似地，每个阻尼梳的更多指可导致较长总线性距离和较大阻尼。可移动梳指和锚定梳指可在x方向上被配置有多个宽度。更薄(例如，更纤细)的指可导致较多个指、较大总线性距离和较大阻尼。另外，可移动梳指和锚定梳指可在y方向上被配置有多个长度。更长指可导致较大总线性距离和较大阻尼。因为品质因子取决于阻尼以及vba30的质量和刚度，所以在选择阻尼梳40的几何形状时，设计者可考虑期望阻尼量以及vba30的机械和结构强度。

检验质量块32可包括一个或多个支撑挠曲件以增加检验质量块32在平面外(z)方向上的刚度。换句话讲，耦合到检验质量块32的支撑挠曲件(例如，挠曲件33)被配置为限制悬垂检验质量块相对于与检验质量块32和谐振器连接结构16平行的x-y平面的平面外运动。这些挠曲件被配置为在平面内(x和y)方向上与刚性谐振器连接结构相比或与谐振器的轴向刚度相比显著地更具柔性。例如，挠曲件33包括类似于主要锚定件14和锚定件46的连接到支撑基部(图1中未示出)的锚定部分。挠曲件33可包括连接在锚定部分33与检验质量块32之间的柔性部分36c。柔性部分36c可具有与检验质量块32的材料相同或类似的材料。一个或多个支撑挠曲件的配置可减少平面外移动，同时避免由施加到加速度计机构(例如，检验质量块32以及谐振器18a和18b)的力引起的偏置，该偏置可能由基底和加速度计机构之间的cte失配引起。

检验质量块32可包括附加支撑挠曲件，诸如具有锚定部分34a和34b以及柔性部分36a和36b的挠曲件。如上文针对挠曲件33所述，柔性部分36a和36b可具有与检验质量块32相同或相似的材料。图1中所示的锚定部分34a和34b的位置以及柔性部分36a和36b的形状和配置仅仅是用于提供支撑挠曲件以加强检验质量块32在平面外(z)方向上的移动的一种示例性技术。在其他示例中，柔性部分36a和36b可具有不同的形状，诸如直梁或s形。在其他示例中，vba30可具有更多或更少的支撑挠曲件。本公开的支撑挠曲件的锚定部分将不在检验质量块32上施加显著的力，因此vba30的机构仍将主要通过单个锚定区域(例如锚定件14)连接到支撑基部的结构。vba30的几何形状的优点可包括原本可能由玻璃基底(支撑基部)与硅机构(例如，悬垂检验质量块32)之间的热膨胀失配引起的偏置误差的减少。

使用单个主要机械锚定件14可以减少或防止可由施加到电路板、封装件和/或基底(包含加速度计机构)的外部机械力引起的偏置误差。由于这些力的来源可能不可避免(例如，基底和机构之间的热膨胀失配)，因此本公开的vba的几何结构可机械地隔离敏感部件。另一个优点可包括通过在mems机构内实现机械隔离来降低成本和复杂性，这可避免需要附加制造步骤或部件，诸如离散隔离阶段。

阻尼梳40是一种用于阻尼加速度计的检验质量块运动同时实现欠阻尼谐振器的示例性技术。振梁加速度计(vba)通过使用检验质量块来向振梁(也称为谐振器18a和18b)施加惯性力而起作用，使得所施加的加速度可被测量为振梁的谐振频率的变化。

高品质因子可提供减轻谐振器控制电子器件固有的相移的有益效果。该相移可导致频移，这最终表现为偏置误差。大品质因子(q)，即基本上欠阻尼，也可减少实现特定位移幅值所需的施加电压。然而，为了使振动整流误差(vre)最小化，检验质量块的运动可被基本上阻尼，并且在一些示例中可被临界阻尼，即在不振荡的情况下尽可能快地返回平衡。在没有足够的检验质量块阻尼的情况下，加速度计输出在存在环境振动的情况下可表现出不可接受的偏置误差。

与阻尼梳40相比，本公开的vba30的谐振器18a和18b的几何形状可被设计成避免空气阻尼。本公开的memsvba的部件的几何形状和分压可使得欠阻尼谐振器能够具有相对高的品质因数q，但阻尼检验质量块，使得当与谐振器的q相比时，检验质量块q为相对低的。例如，当与阻尼梳40的总线性距离相比时，谐振器18上的梳的减小的总线性距离可配置谐振器18的梳和阻尼梳40之间的相对q。类似地，谐振器18的锚定部分和释放部分之间的气隙以及阻尼梳40的转子梳指42和定子梳指44之间的气隙也可影响相对q。

品质因子q通常被分配给阻尼振荡器，其中q是振荡器中存储的能量与每弧度耗散的能量的比率。在过阻尼系统中，系统在不振荡的情况下返回平衡。临界阻尼系统在不振荡的情况下尽可能快地返回平衡。欠阻尼系统可振荡(与无阻尼情况相比，以减小的频率)，其中幅值逐渐减少到零。品质因子可被写为：

q＝e/[-de/dθ]

当de/dθ被写为(de/dt)/(dθ/dt)时，公式变为：

q＝e/[-de/dt/dθ/dt]。

由于de/dt为p(耗散的功率)并且dθ/dt为角频率ω，因此这可被写为：

q＝ωe/[-de/dt]＝ωe/p＝ω(存储能量/耗散功率)。

频率可被进一步描述为：ω1是欠阻尼振荡频率(略小于无阻尼频率ωo)：ω1²＝ωo²-β²。

本公开的技术可应用于例如微机电系统(mems)振梁加速度计(vba)，其表示能够实现所需的加速度计性能的多种可能方案中的一者。本公开的技术可改善vba的基本操作。在现有memsvba中，谐振器可基本上欠阻尼(其中q在100到可能100,000的范围内)，这可减小来自控制电子器件的相移对闭环谐振频率的影响。如上所讨论，欠阻尼谐振器与阻尼检验质量块的第二设计目标形成对比。这些技术可提供一种方式来实现欠阻尼谐振器(q约1000)，同时还阻尼检验质量块，这表示优于其他替代解决方案的优点。

存在针对检验质量块部分阻尼的替代解决方案，但一些替代方案具有限制性能、成本以及尺寸、重量和功率(swap)的所需组合的缺点。第一替代示例可包括在完整气氛下密封检验质量块和谐振器两者。完整气氛解决方案可用于较大设备。但谐振器的空气阻尼在尺寸按比例缩小至典型mems尺度之后变得过大。过大空气阻尼可限制静电驱动的能力并且增加设备对来自控制电子器件的相位误差的易感性。

第二替代示例可包括将检验质量块和谐振器密封在单独腔中，使得检验质量块在完整气氛下封装而谐振器在真空下封装。该替代示例可显著地使设备制造复杂化并且因此可最终增加成本。

第三替代示例可包括在真空下密封检验质量块和谐振器。第三替代方案可通过将检验质量块谐振频率设置为显著高于环境振动频率来减轻振动整流误差。遗憾的是，可用管芯尺寸和最小谐振器梁宽度尺寸可阻止该解决方案变为可行。在当前约束下，显著增加检验质量块频率可导致低缩放因子，这可最终导致较差的偏置性能。

第四示例可包括在真空下密封检验质量块和谐振器。主动抑制振动的力重新平衡致动器可减轻振动整流误差。可包括附加致动电极以抵消高频率(>100hz)下的振动，同时允许检验质量块在较低频率(<100hz)下偏转。该解决方案可以是可行的，但向机械设备和辅助电子器件两者引入附加的复杂性并且假定引入成本。

与现有技术相比，本公开的技术可提供一种方式来阻尼检验质量块，同时使谐振器为显著欠阻尼的。这种阻尼通过气体阻尼来实现，而不需要针对不同压力的单独腔。最后，本公开的技术可使得具有减小的成本和swap的导航级加速度计能够在存在环境振动的情况下保持偏置可重复性。这些技术可避免单独压力腔和/或更复杂的辅助电子器件，这两者均可导致更高的成本。

使用分压阻尼可包括将以下特征集成到vba设计中：

1.检验质量块可具有限定检验质量块与锚定几何形状之间的小气隙(通常约几微米)的大部分区域。给定足够的气体压力，该间隙可生成空气阻尼并最终减小检验质量块运动的q。

2.谐振器可仅具有有助于空气阻尼的小部分区域，这可实现相对高q谐振器。

3.mems设备可在分压下封装，该分压下结合检验质量块阻尼导致相对高q谐振器(q约100或更高)和低q检验质量块(q<100)。

在一些示例中，分压技术可在平面内memsvba内实现。如图1所示，包括与锚定梳指44交叉的多组可移动梳指42的检验质量块32可附接到加速度计的固定几何形状部分46。这些阻尼梳40的指为检验质量块32提供空气阻尼。为了最大化阻尼，可减小气隙并同时最大化梳指42和44之间的重叠区域。与阻尼梳不同，谐振器可被配置为避免空气阻尼。mems管芯被放置到包含约1托的压力的陶瓷封装件中。该分压可使得谐振器具有相对高q(约1000)，但保持检验质量块q被稍微阻尼(q约10)。

除平面内memsvba之外，相同的概念可应用于平面外memsvba。这种设备可使用检验质量块和锚定几何形状(而不是交叉梳指)之间的平行板间隙。基本概念可以是相同的，即空气阻尼将阻尼检验质量块，同时使谐振器具有相对高q。约1托的类似分压将可能导致关于典型气隙和设备几何形状的充分阻尼。

应当注意，本公开的技术可应用于通过不同致动方法操作的vba。例如，谐振器的压电致动可减轻对谐振器几何形状内的小电容气隙的需要。较大电容气隙可实现谐振器q和检验质量块q之间的甚至更大的差异。在一些示例中，vba可经由嵌入在检验质量块内的多组阻尼梳提供检验质量块阻尼，但其他几何形状和配置在理论上可实现类似的效果。在一些示例中，阻尼梳可附接到检验质量块的侧面而不是嵌入中间。对于一些设计，仅具有足够小气隙的检验质量块本身的边缘可足以提供检验质量块阻尼。

图2是示出具有支撑挠曲件并且具有x方向谐振器的悬垂vba的截面图的概念图。图2示出了沿着谐振器连接结构16的长轴向下延伸并穿过锚定件14的图1中描绘的vba30的截面a-a’。图2中参考标号与图1中参考标号相同的零件具有与上述相同的描述、特性和功能。例如，vba50包括在锚定件14处连接到谐振器连接结构16的悬垂检验质量块32(图2中未示出)。图2还示出了锚定梳26c和20c的锚定部分，以及支撑挠曲件34a和34b的锚定部分。阻尼梳40的锚定件46也可机械地连接到支撑基部36(图2中未示出)。

与上文关于图1所述的vba30一样，vba50可使用硅掩模和玻璃掩模制造，使得检验质量块32和谐振器连接结构16两者主要锚定到单个区域，例如锚定件14处。vba50的释放硅机械结构可以拴系到支撑基部36，该支撑基部可以是玻璃基底，诸如石英基底或硅基底。检验质量块32也可栓系在其他锚定区域(例如锚定部分34a和34b)处，这些锚定区域被配置为允许释放硅部分(诸如检验质量块32以及谐振器18a和18b的谐振器梁19a和19b(图2中未示出))相对于支撑基部36自由移动。

支撑基部36可包括可围绕vba30的释放部分的包封结构，诸如结构38a和38b。在一些示例中，vba30可包括下支撑基部36和上支撑件(图2中未示出)。在一些示例中，锚定部分例如锚定件14可机械地连接到下支撑基部36和上支撑件两者。支撑基部36可限定也基本上平行于x-y平面的第二平面，该第二平面不同于vba30的释放部分的平面。由vba30的释放部分(例如，谐振器梁19a-19b和检验质量块32)限定的平面可基本上平行于由支撑基部36限定的第二平面。如上文关于图1所述，检验质量块的平面与支撑基部36的平面之间的气隙可允许硅部分(诸如检验质量块)相对于基底自由移动。

谐振器连接结构16可被配置为比谐振器更具刚性。谐振器连接结构16的刚性结构连接到谐振器并且分支回到主要机械锚定件14，该主要机械锚定件连接到支撑基部36。如上所述，谐振器连接结构16的尺寸经设定以具有大于谐振器的轴向弹簧常数的硬度，并且在平面内(例如，x和y)方向上支撑谐振器。在一些示例中，谐振器连接结构16可比谐振器梁19a-19b硬一个数量级。单个主要锚定件14允许vba30的释放部分的机械连接以便以支撑基部36的不同速率或方向热膨胀，而不受可能导致偏置和不准确的支撑基部36的其他连接的约束。

支撑基部36可包括沉积到玻璃基底(图2中未示出)上的金属层，这些金属层限定将硅电极连接到引线接合焊盘的电线。在一些示例中，支撑基部36可包括支撑基部36的底表面上的接合焊盘和其他金属结构(例如，如来自36的箭头所示)，诸如导电路径37a和37b。在一些示例中，支撑基部36可包括顶表面上(例如，与底表面相对的表面上)的金属层，并且在其他示例中，支撑基部36可包括顶表面和底表面之间的中间金属层(图2中未示出)。在一些示例中，这些金属层可以采用通孔或通过支撑基部36的其他类型的连接彼此电连接。在一些示例中，电线还可由除金属之外的其他导电材料限定。如上文关于图1所述，金属层或其他导电材料可限定用于向和从vba30载送信号的电路径，诸如导电路径37a和37b。

如上文关于图1所述，一个或多个谐振器中的每个谐振器可包括具有释放梳的谐振器梁(例如，19a)和锚定梳(例如，20c和26c)。如图2所示，锚定梳和20c和26c的锚定部分从支撑基部36的平面延伸到vba30的释放部分的平面。锚定梳20c和26c的梳部分被支撑在与谐振器梁19a-19b以及检验质量块12和32相同的平面中，如上文关于图1所述。

图3a是示出根据本公开的一种或多种技术的包括悬垂vba的系统的功能框图。系统100的功能块仅是根据本公开的可包括vba的系统的一个示例。在其他示例中，功能块可被组合，或者功能可能以与图3a所示不同的方式分组。其他电路113可包括电源电路和可使用加速度计110的输出来执行各种功能(例如，惯性导航和运动感测)的其他处理电路。

系统100可包括处理电路102、谐振器驱动电路104a和104b以及加速度计110。加速度计110可包括任何vba，包括上文相对于图1至图4所述的悬垂检验质量块vba加速度计。

在图3a的示例中，谐振器驱动电路104a和104b操作地连接到加速度计110，并且可将驱动信号106a和106b发送到加速度计110以及从加速度计110接收感测信号108a和108b。在图3a的示例中，谐振器驱动电路104a可耦合到一个谐振器(例如，图1中描绘的谐振器18a)，并且谐振器驱动电路104b可耦合到第二谐振器(例如，谐振器18b)。谐振器驱动电路104a和104b可被配置为输出致使加速度计110的谐振器以每个谐振器的相应谐振频率振动的信号。在一些示例中，振动装置通过静电致动来激励和维持每个谐振器的机械运动。在一些示例中，谐振器驱动电路104a和104b可包括一个或多个振荡器电路。在一些示例中，到加速度计110的信号可沿着加速度计的支撑基部(诸如上文相对于图2所述的支撑基部36)或在该支撑基部内沿导电路径行进。来自谐振器驱动电路104a和104b的信号可提供图案化电场以致使加速度计110的谐振器保持谐振。与谐振器驱动电路104a和104b组合的处理电路102可以是上文相对于图1所述的控制电子器件的示例。

谐振器驱动电路104a可能以与来自谐振器驱动电路104b的驱动信号106b不同的频率输出驱动信号106a。图3a的示例可被配置为基于感测信号108a和108b来确定差分频率信号。谐振器驱动电路104a和104b可基于来自感测信号108a和108b的反馈回路来调整驱动信号106a和106b的输出，例如以将谐振器保持在相应的谐振频率。如上所述，根据本公开的vba可包括一个谐振器或多于两个谐振器，并且还可包括更少或附加的谐振器驱动电路。

在本公开中，“差分频率”测量可包括简单减法之外的频率的组合。在一些示例中，作为差分频率测量的一部分，第一谐振器的输出可与第二谐振器或第三谐振器的输出不同地进行加权。例如，作为确定差分频率测量的一部分，与其他谐振器相比，第一谐振器可被加权到谐振器输出的98％。在其他示例中，作为确定差分频率测量的一部分，每个谐振器的输出可被求平方值或以其他方式进行处理。在其他示例中，加权、平方值、平方根、倒数或其他处理的任何组合可以是确定差分频率测量的一部分。

如上文相对于图1和图2所述，例如在基本上平行于检验质量块的平面的方向上，悬垂质量块vba的加速度可导致悬垂检验质量块围绕平行于检验质量块的平面的铰链挠曲件的旋转。加速度计110的谐振器可被配置为响应于检验质量块的旋转而接收力，使得该力致使谐振器在检验质量块的平面中弯曲并且导致至少一个谐振器的谐振频率的相应变化。

处理电路102可与谐振器驱动电路104a和104b通信。处理电路102可包括各种信号处理功能，诸如滤波、放大和模数转换(adc)。滤波功能可包括高通、带通或其他类型的信号滤波。在一些示例中，谐振器驱动电路104a和104b还可以包括信号处理功能，诸如放大和滤波。处理电路102可将从加速度计110接收的经处理信号作为模拟信号或数字信号输出到其他电路113。处理电路102还可从其他电路113接收信号，诸如命令信号、校准信号和类似信号。

处理电路102可例如经由谐振器驱动电路104a和104b操作地连接到加速度计110。处理电路102可被配置为从加速度计110接收信号，该信号可指示加速度计110的至少一个谐振器的谐振频率的相应变化。基于谐振频率的相应变化，处理电路102可确定加速度测量。在其他示例(图3a中未示出)中，处理电路102可以是来自加速度计110的反馈回路的一部分，并且可控制驱动信号106a和106b以将谐振器的运动维持在其谐振频率。

图3b是示出根据本公开的一种或多种技术的加速度计系统101的框图。如图3b所示，加速度计系统101包括处理电路103、谐振器驱动电路105a-105b(统称为“谐振器驱动电路105”)和检验质量块组件111。检验质量块组件111包括检验质量块112、谐振器连接结构116、第一谐振器120和第二谐振器130。第一谐振器120包括第一机械梁124a和第二机械梁124b(统称为“机械梁124”)，以及第一组电极128a、第二组电极128b和第三组电极128c(统称为“电极128”)。第二谐振器130包括第三机械梁134a和第四机械梁134b(统称为“机械梁134”)，以及第四组电极138a、第五组电极138b和第六组电极138c(统称为“电极138”)。

在一些示例中，加速度计系统101可被配置为基于连接到检验质量块112的第一谐振器120和第二谐振器130中的一者或两者的所测量的振动频率来确定与物体(图3b中未示出)相关联的加速度。在一些情况下，第一谐振器120和第二谐振器130的振动分别由谐振器驱动电路105a和谐振器驱动电路105b发射的驱动信号引起。继而，第一谐振器120可输出第一组感测信号，并且第二谐振器130可输出第二组感测信号，并且处理电路103可基于第一组感测信号和第二组感测信号来确定物体的加速度。

在一些示例中，处理电路103可包括一个或多个处理器，这些处理器被配置为实现用于在加速度计系统101内执行的功能和/或处理指令。例如，处理电路103能够处理存储在存储设备中的指令。处理电路103可包括例如微处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者等效的离散或集成逻辑电路或者前述任何设备或电路的组合。因此，处理电路103可包括任何合适的结构，无论是在硬件、软件、固件，或它们的任何组合中，以执行本文赋予处理电路103的功能。

存储器(图3b中未示出)可被配置为在操作期间将信息存储在加速度计系统101内。存储器可包括计算机可读存储介质或计算机可读存储设备。在一些示例中，存储器包括短期存储器或长期存储器中的一种或多种。存储器可包括例如随机存取存储器(ram)、动态随机存取存储器(dram)、静态随机存取存储器(sram)、磁盘、光盘、闪存存储器、或者电可编程存储器(eprom)或电可擦除可编程存储器(eeprom)的形式。在一些示例中，存储器用于存储由处理电路103执行的程序指令。

在一些示例中，谐振器驱动电路105a可电耦合到第一谐振器120。谐振器驱动电路105a可将第一组驱动信号输出到第一谐振器120，使得第一谐振器120以谐振频率振动。另外，在一些示例中，谐振器驱动电路105a可从第一谐振器120接收第一组感测信号，其中第一组感测信号可指示第一谐振器120的机械振动频率。谐振器驱动电路105a可将第一组感测信号输出到处理电路103以进行分析。在一些示例中，第一组感测信号可表示数据流，使得处理电路103可实时或接近实时地确定第一谐振器120的机械振动频率。

在一些示例中，谐振器驱动电路105b可电耦合到第二谐振器130。谐振器驱动电路105b可将第二组驱动信号输出到第二谐振器130，使得第二谐振器130以谐振频率振动。另外，在一些示例中，谐振器驱动电路105b可从第二谐振器130接收第二组感测信号，其中第二组感测信号可指示第一谐振器130的机械振动频率。谐振器驱动电路105b可将第二组感测信号输出到处理电路103以进行分析。在一些示例中，第二组感测信号可表示数据流，使得处理电路103可实时或接近实时地确定第二谐振器130的机械振动频率。

检验质量块组件111可使用第一谐振器120和第二谐振器130将检验质量块112固定到谐振器连接结构116。例如，可利用铰链挠曲件114将检验质量块112沿第一方向固定到谐振器连接结构116。可利用第一谐振器120和谐振器130将检验质量块112沿第二方向固定到谐振器连接结构116。检验质量块112可被配置为围绕铰链挠曲件114枢转，从而沿第二方向向第一谐振器120和第二谐振器130施加压力。例如，如果检验质量块112朝第一谐振器120枢转，则检验质量块112向第一谐振器120施加压缩力并向第二谐振器130施加张力。如果检验质量块112朝第二谐振器130枢转，则检验质量块112向第一谐振器120施加张力并向第二谐振器130施加压缩力。

检验质量块组件111的加速度可以影响检验质量块112围绕铰链挠曲件114枢转的程度。这样，可通过检验质量块组件111的加速度来确定施加到第一谐振器120的力的大小和施加到第二谐振器130的力的大小。施加到谐振器120、130的力(例如，压缩力或张力)的量可与检验质量块组件111的加速度矢量相关，其中该加速度矢量垂直于铰链挠曲件114。

在一些示例中，施加到第一谐振器120的力的大小可与第一谐振器120响应于谐振器驱动电路105a将第一组驱动信号输出到第一谐振器120而振动的谐振频率相关。例如，第一谐振器120可包括机械梁124。这样，第一谐振器120可表示双端音叉(detf)结构，其中机械梁124中的每个机械梁响应于接收到第一组驱动信号而以谐振频率振动。电极128可生成指示第一机械梁124a的机械振动频率和第二机械梁124b的机械振动频率的电信号。例如，第一组电极128a可生成第一电信号，第二组电极128b可生成第二电信号，并且第三组电极128c可生成第三电信号。电极128可将第一电信号、第二电信号和第三电信号输出到处理电路103。

处理电路103可以确定第一电信号与第二电信号之间的差值，并且基于第一电信号与第二电信号之间的差值来确定第一机械梁124a的机械振动频率。附加地或另选地，处理电路103可以确定第二电信号与第三电信号之间的差值，并且基于第二电信号与第三电信号之间的差值来确定第二机械梁124b的机械振动频率。在一些示例中，当谐振器驱动电路105a将第一组驱动信号输出到第一谐振器120时，第一机械梁124a和第二机械梁124b的机械振动频率基本上相同。例如，第一机械梁124a的机械振动频率和第二机械梁124b的机械振动频率均可表示第一谐振器120的谐振频率，其中该谐振频率与由检验质量块112施加到第一谐振器120的力的大小相关。检验质量块112施加到第一谐振器120的力的大小可与检验质量块组件111相对于谐振器连接结构116的长轴的加速度相关。这样，处理电路103可基于所检测到的机械梁124的机械振动频率来计算检验质量块112相对于谐振器连接结构116的长轴的加速度。

在一些示例中，施加到第二谐振器130的力的大小可以与第二谐振器130响应于谐振器驱动电路105b将第二组驱动信号输出到第二谐振器130而振动的谐振频率相关。例如，第二谐振器130可包括机械梁134。这样，第二谐振器130可表示双端音叉(detf)结构，其中机械梁134的每个机械梁响应于接收到第二组驱动信号而以谐振频率振动。电极138可生成指示第三机械梁134a的机械振动频率和第四机械梁134b的机械振动频率的电信号。例如，第四组电极138a可生成第四电信号，第五组电极138b可生成第五电信号，并且第六组电极138c可生成第六电信号。电极138可将第四电信号、第五电信号和第六电信号输出到处理电路103。

处理电路103可以确定第四电信号与第五电信号之间的差值，并且基于第四电信号与第五电信号之间的差值来确定第三机械梁134a的机械振动频率。附加地或另选地，处理电路103可以确定第五电信号与第六电信号之间的差值，并且基于第五电信号与第六电信号之间的差值来确定第四机械梁134b的机械振动频率。在一些示例中，当谐振器驱动电路105b将第二组驱动信号输出到第二谐振器130时，第三机械梁134a和第四机械梁134b的机械振动频率基本上相同。例如，第三机械梁134a的机械振动频率和第四机械梁134b的机械振动频率均可表示第二谐振器130的谐振频率，其中该谐振频率与由检验质量块112施加到第二谐振器130的力的大小相关。检验质量块112施加到第二谐振器130的力的大小可与检验质量块组件111相对于谐振器连接结构116的长轴的加速度相关。这样，处理电路103可基于所检测到的机械梁134的机械振动频率来计算检验质量块112相对于谐振器连接结构116的长轴的加速度。

在一些情况下，处理电路103可基于所检测到的机械梁124的机械振动频率与所检测到的机械梁134的机械振动频率之间的差值来计算检验质量块组件111相对于谐振器连接结构116的长轴的加速度。当检验质量块组件111在沿谐振器连接结构116的长轴的第一方向上加速时，检验质量块112朝第一谐振器120枢转，使得检验质量块112将压缩力施加到第一谐振器120并将张力施加到第二谐振器130。当检验质量块组件111在沿谐振器连接结构116的长轴的第二方向上加速时，检验质量块112朝第二谐振器130枢转，使得检验质量块112将张力施加到第一谐振器120并将压缩力施加到第二谐振器130。当第一压缩力小于第二压缩力时，施加有第一压缩力的谐振器的谐振频率可大于施加有第二压缩力的谐振器的谐振频率。当第一张力大于第二张力时，施加有第一张力的谐振器的谐振频率可大于施加有第二张力的谐振器的谐振频率。

尽管加速度计系统101被示出为包括谐振器连接结构116，但在图3b中未示出的一些示例中，检验质量块112、第一谐振器120和第二谐振器130未连接到谐振器连接结构。在一些此类示例中，检验质量块112、第一谐振器120和第二谐振器130连接到基底。例如，铰链挠曲件114可将检验质量块112固定到基底，使得检验质量块112可围绕铰链挠曲件114枢转，从而在第一谐振器120和第二谐振器130上施加张力和/或压缩力。

在一些示例中，第一谐振器120的谐振频率与第二谐振器130的谐振频率之间的差值可与检验质量块组件111的加速度具有近似线性的关系。在一些示例中，谐振器120、130的谐振频率的差值与检验质量块组件111的加速度之间的关系可以不是完全线性的。例如，该关系可包括表示谐振器120、130的谐振频率的差值与检验质量块组件111的加速度之间的非线性关系的二次非线性系数(k2)。可能有利的是，二次非线性系数为零或接近于零，使得处理电路103被配置为基于谐振器120、130的谐振频率的差值与检验质量块组件111的加速度之间的关系来准确地确定检验质量块组件111的加速度。误差的一种类型是振动整流误差(vre)。vre可作为振动期间发生的零重力输出或加速度计偏置的变化。vre可由加速度计输入到输出传递函数中的非线性引起。通常，最主要的来源是二次非线性系数(k2)。为了避免vre，减轻这种二次非线性可能是有益的。

另外，可能有利的是，当检验质量块组件111的加速度为零m/s²时，第一谐振器120的谐振频率与第二谐振器130的谐振频率之间的差值不为零。与第一谐振器和第二谐振器在零加速度时的相应谐振频率的差值为零或比本文所述的系统更接近于零的系统相比，可能有利的是，当检验质量块组件111不加速时，谐振器120、130的相应谐振频率的差值不为零，以便减小第一谐振器120与第二谐振器130之间的干扰。

在一些示例中，加速度计系统101可确保二次非线性系数接近于零，并且通过在第一谐振器120上包括附加质量块来确保谐振器120、130的相应谐振频率的零加速度差值不为零。例如，第一机械梁124a和第二机械梁124b可各自包括一个或多个附加质量块，其中该一个或多个附加质量块影响第一谐振器120的谐振频率和二次非线性系数。第三机械梁134a和第四机械梁134b可各自形成一个或多个间隙，而附加质量块位于第一机械梁124a和第二机械梁124b上。在一些示例中，第一谐振器120和第二谐振器130基本上相同，不同的是第一谐振器120包括第一机械梁124a上的附加质量块和第二机械梁124b上的附加质量块，而第三机械梁134a包括对应于第一机械梁124a上的附加质量块的间隙，并且第四机械梁134b包括对应于第二机械梁124b上的附加质量块的间隙。第一谐振器120和第二谐振器130之间的此类差异可确保二次非线性系数接近于零(例如，小于5μg/g²)，并且确保谐振器120、130的相应谐振频率的零加速度差值不为零。

对于具有两个相同谐振器的vba，偶数阶非线性(例如，二次非线性、四阶非线性)是通过差分输出而标称消除的共模误差源。然而，不匹配的谐振器(诸如第一谐振器120和第二谐振器130)可能导致加速度计的k2不一定被设置为零。可能需要不匹配的谐振器，从而避免以相同的频率操作两个谐振器。以类似频率驱动两个谐振器可导致谐振器彼此干扰(机械干扰和电干扰)，这最终会降低vba的输出。谐振器120和130可确保k2为零或接近于零，并且减少使vba的输出降低的此类干扰。

尽管加速度计系统101被描述为具有两个谐振器，但在图3b中未示出的其他示例中，加速度计系统可包括少于两个谐振器或多于两个谐振器。例如，一种加速度计系统可包括一个谐振器。另一种加速度计系统可包括四个谐振器。

图4是示出用于避免寄生馈通电容对加速度计性能的影响的谐振器电极放置和电信号路由的示例的概念图。vba830是上面关于图1、图2和图4所述的vba30、vba50和vba430的示例。悬垂检验质量块832、谐振器818、谐振器梁819、挠曲件833和机械锚定件814是上文相对于图1和图4所述的检验质量块32、谐振器18a和18b、谐振器梁19a和19b、挠曲件33和机械锚定件14的示例，并且因此可具有与上述相同的描述、特性和功能。图4中的vba830的示例包括阻尼梳840。然而，在其他示例中，vba830可不具有阻尼梳840。

电子器件和vba机构两者内的电极和路由可在驱动电极和感测电极之间产生某种寄生电容。vba830的示例包括被配置为减轻vba谐振器固有的寄生电容的影响的谐振器电极，诸如驱动电极838和839。这样，如果每个驱动电极与感测电极之间的馈通电容类似，则馈通电流将彼此异相，从而得到零净电流。

控制电子器件可与谐振器驱动电极(诸如驱动电极838和839)连接以维持振梁819的运动。电子器件和vba机构两者内的电极和路由可在驱动电极和感测电极之间产生某种寄生电容。在图4的示例中，两个不同驱动电极838和839可接收相反极性的电压信号。驱动电极838和839可位于移动mems元件(例如，谐振器818)的两侧上，使得致动器可推拉以驱动谐振器818。在一些示例中，反相的驱动信号可由vba的控制电子器件内的模拟电子器件生成。这样，如果每个驱动电极与感测电极之间的馈通电容类似，则馈通电流将彼此异相，从而得到零净电流。

在一些替代示例中，诸如具有单个驱动和感测电极的配置，该寄生馈通电容可导致驱动电极和感测电极之间的馈通电流。馈通电流可与由机械谐振器的运动引起的动生电流相加。该总输出电流由前端电子器件读取并最终用于维持和感测机械振荡的频率。因此，由馈通电容引起的馈通电流可影响谐振器传递函数和vba的操作。

对于适度馈通电容，谐振器传递函数的量值和相位可能劣化，这可能导致增加的加速度计噪声。如果谐振器被驱动成过于远离机械谐振，则加速度计偏置的稳定性可能劣化，因为谐振器频率将更易受电子器件中的任何相移的影响。因此，避免该寄生馈通电容的影响可最终改善加速度计性能。

本公开的技术可包括将谐振器818的电容梳指配置成包括驱动电极838和839以及两个感测电极(感测-856和感测+858)的离散电极。感测电极(即感测-856和感测+858)可耦合到谐振器818的锚定部分。此外，管芯上和模拟电子器件板上的电信号850、852和854的路由可被配置为产生大致相等的寄生馈通电容cf+和cf-。在一些示例中，电信号中的一个或多个电信号可包括附加路由824以确保寄生馈通电容cf+和cf-大致相等。电信号850、852和854可分别连接到端子，诸如驱动820、感测-802和感测+810。

vba上的两个感测电极可放置在移动mems谐振器梁819的相对侧上，使得相对于位移的电容变化(dcs/dx)的量值大致相等并且符号相反。然后，感测电流(is+和is-)的符号将相反，但馈通电流(if+和if-)将具有相同符号。感测输出端802和810可连接到差分前端放大器(诸如互阻抗或电荷放大器)，该差分前端放大器处理输出电流中的差异。这样，馈通电流大致彼此抵消，并且可减轻影响。

可存在替代解决方案以避免馈通电容效应，但那些替代方案涉及可能增加成本的附加电子器件复杂性。一些示例性替代方案可包括使用处于机械谐振频率的一半的正弦电压来驱动谐振器。由于静电力与电压的平方成比例，因此静电致动器可能以正弦电压频率的两倍产生力。如果驱动信号的二次谐波含量较小，则该替代解决方案可消除驱动至感测电容馈通的可能性，因为驱动信号和感测信号具有不同频率。然而，该替代解决方案将可能在谐振器反馈回路内使用微控制器。添加数字微控制器将可能导致比具有模拟控制回路的加速度计显著更大且更昂贵的加速度计。

另一个替代示例可使用通过相反极性的电压来偏置的两个不同感测电极。然后，可对所得的输出电流进行差分以消除馈通电容的影响。然而，具有相反极性的感测电极可能具有需要两个大偏置电压而不是仅一个大偏置电压的缺点。

第三替代方案可使用接收反相电压信号的两个不同驱动电极。如果每个驱动电极与感测电极之间的馈通电容类似，则馈通电流将彼此异相，从而得到零净电流。该配置需要移动mems元件的两侧上的驱动电极，使得致动器可推拉以驱动谐振器。反相的驱动信号可由模拟电子器件生成并且可具有需要两个单独驱动电路的缺点。

本公开的谐振器配置技术的测量测试结果示出了模拟电子器件的开环相位响应的改善，这预期改善噪声并且在一些示例中改善偏压稳定性。与其他示例性技术相比，这些技术可以是独特的，因为在一些示例中，vba通常针对每个谐振器使用一个驱动电极和一个感测电极。给定一个驱动和一个感测的配置，不存在用于消除可能发生的任何馈通电容的装置。相反，其他示例可简单地尝试使该电容最小化。

本公开的技术的技术益处可消除或减小驱动至感测馈通电容的影响。减小的电容可改善谐振器结合电子器件的开环相位响应，这继而使得电子器件能够在机械谐振下直接驱动谐振器。在一些示例中，这些技术可使加速度计设备更容易通过电子器件中的小变化来集成，这最终放宽了对电子器件本身的要求。另外，在读出电子器件的开发之前，可能存在某种担忧，即该馈通电容将对电子器件性能有害。读出电路是可被配置为将关于由外部加速度引起的电容变化的信息转换成电压信号的电路。测试测量显示，这些馈通电流的消除可导致谐振器的开环响应的改善。

可将本公开的用于消除馈通电流的技术合并到memsvba中。每个谐振器818可具有有线连接到其对应接合焊盘的电极。每个谐振器818的输入可为单个驱动电压，而输出可被配置为两个感测电极841和842，这两个感测电极包含表示mems谐振器的物理运动的标称异相电流。

在双端音叉谐振器的示例中，每个谐振器具有在相反方向上振荡的两个移动部件。驱动电极(例如，驱动电极838和839)可供应驱动电压，该驱动电压在谐振时激发机械运动。vba830可包括图4中未示出的附加驱动电极。当两个谐振器尖齿移动远离时，正感测电极(例如，858)可产生正电流。当两个谐振器尖齿一起移动时，负感测电极(例如，856)可产生正电流。因此，感测电极被取向成具有类似量值但相反符号的dc/dx。mems管芯上的电信号850、852和854的路由可被配置为在驱动电极和感测电极之间具有类似的馈通电容。

图5a和图5b是示出被配置有单个感测电极的示例性memsvba的示意图。图5a示出了示例性单个感测电极vba的机械模型，并且图5b示出了等效电路。

在图5a的示例中，dc偏置电压vb902在质量块910处连接到mems电极，其中质量块910表示谐振器梁的质量块，而不是vba的检验质量块。质量块910通过具有弹簧常数k的弹簧916连接到附接点922，通过可变驱动电容cd912连接到附接点923，并且通过可变感测电容cs914连接到附接点924。如上文相对于例如图1所述，当用于释放区域的谐振器尖齿相对于用于锚定区域的谐振器尖齿移动时，电容可改变。

ac驱动电压vd904在附接点923处连接到驱动电极，以激励谐振器中的机械运动并且致使质量块910沿着x轴918移动。如上文相对于图4所述，电极位置和信号路由可在驱动电极和感测电极之间产生某种寄生电容，例如馈通电容cf908。在谐振器900的具有单个驱动和感测电极的示例性配置中，该寄生馈通电容cf908可导致驱动电极与感测电极之间的馈通电流，该馈通电流可由连接到vba的放大器接收。

图5b的示例中的电路950是图5a中描述的谐振器900的等效电路。谐振器900的质量块和其他部件可被建模为mems952的rlc电路。mems952包括与电感器l930和电容器c934串联连接的电阻器r932。电阻器r932的第一端子连接到ac驱动电压vd904。电阻器r932的第二端子连接到电感器l930的第一端子。电感器l930的第二端子连接到电容器c934的第一端子。电容器c934的第二端子连接到节点942，该节点还包括与馈通电容cf908、电阻器r935和电容器cblock940的连接。cblock940的另一个端子连接到可将感测信号输出到放大器的端子。偏置电压vb902通过电阻器r935连接到相同节点942。

由ac驱动电压904引起的动生电流或感测电流im958移动通过mems952。电极和电导体几何形状可导致不需要的馈通电流if956。馈通电流if956在节点942处添加到由机械谐振器的运动引起的动生电流im958，并且作为im+if(954)输出到放大器。该总输出电流可由前端电子器件读取。总电流可致使谐振器传递函数劣化，这可导致增加的加速度计噪声。如果谐振器被驱动成远离机械谐振，则附加馈通电流可使加速度计偏置的稳定性劣化。

图6a和图6b是示出被配置有两个感测电极的示例性memsvba的示意图。图6a示出了示例性单个感测电极vba的机械模型，并且图6b示出了等效电路。谐振器1000和电路1050的布置可消除不需要的馈通电流中的至少一些并且减小馈通电容的影响。

在图6a的示例中，质量块1010通过具有弹簧常数k的弹簧1016连接到附接点1022并且通过可变驱动电容cd1012连接到附接点1023。对于感测电极，质量块1010通过可变感测电容cs-1015连接到附接点1024并且通过可变感测电容cs+1014连接到附接点1025。

ac驱动电压vd1004在附接点1023处连接到驱动电极，以激励谐振器中的机械运动并且致使质量块1010沿着x轴1018移动。如上文相对于图4所述，电极位置和信号路由可在驱动电极和感测电极之间产生某种寄生电容。在谐振器1000的示例中，正馈通电容cf+1008可由包括cs+1014的驱动电路与感测电路之间的寄生电容引起。负馈通电容cf-1018可由包括cs-1015的驱动电路与感测电路之间的寄生电容引起。

如上文相对于图4所述，当谐振器尖齿移动远离时，谐振器的正感测电极(由cs+1014表示)可产生正电流。当谐振器尖齿一起移动时，负感测电极(由cs-1015表示)可产生正电流。因此，感测电极被取向成具有类似量值但相反符号的dc/dx。mems管芯上的电信号850、852和854的路由可被配置为在驱动电极与正感测电极和负感测电极之间具有类似的馈通电容，使得cf+1008和cf-1018大致相等。在本公开中大致相等意指在制造公差和测量公差内相等。制造期间的在材料、过程等中的小变化可导致小差异，使得例如cf-1018和cf+1008可大致相等而不是完全相等。来自谐振器1000的感测输出可由差分放大器1020处理，使得正馈通电流和负馈通电流可大致彼此消除。

在图6b的示例中，电路1050是图6a中描述的谐振器1000的等效电路。谐振器900的质量块和其他部件可被建模为mems1052的两个rlc电路。对于正感测分支，mems1052包括与电感器l1030和电容器c1034串联连接的电阻器r1032。电阻器r1032的第一端子连接到ac驱动电压+vd1040。电阻器r1032的第二端子连接到电感器l1030的第一端子。电感器l1030的第二端子连接到电容器c1034的第一端子。电容器c1034的第二端子连接到输出节点1042，该输出节点还包括与馈通电容cf+1008的连接。ac驱动电压+vd1040和ac驱动电压-vd1041指示驱动电压在相位上相反。尽管在电路1050的示例中描绘为两个单独ac源，但在其他示例中，单个ac源可提供驱动信号，并且模拟电路例如可输出具有相反相位的ac驱动信号。例如，上文结合图3a和图3b所述的谐振器驱动电路103a、103b、104a和104b可包括ac驱动电路，该ac驱动电路被配置为向谐振器提供具有相反相位的驱动信号。

对于负感测分支，mems1052包括与电感器l1031和电容器c1035串联连接的电阻器r1033。电阻器r1033的第一端子连接到ac驱动电压-vd1041。电阻器r1033的第二端子连接到电感器l1031的第一端子。电感器l1031的第二端子连接到电容器c1035的第一端子。电容器c1035的第二端子连接到输出节点1043，该输出节点还包括与馈通电容cf-1018的连接。

由ac驱动电压1040和1041引起的动生电流移动通过mems1052的正分支(其包括r1032，例如im+1058)并通过负分支(其包括r1033，例如im-1059)两者。电极和电导体几何形状可导致不需要的馈通电流if+1056和if-1057。在正侧上，馈通电流if+1056添加到由机械谐振器的运动引起的动生电流im+1058，并且作为im++if+1054输出到差分放大器1020的一个输入。在负侧上，馈通电流if-1057添加到动生电流im-1059并且作为im-+if+1055输出到差分放大器1020的第二输入。在公式形式中，结果可被描述为：

·正感测电流和负感测电流大致相等：im+＝-im-

·正馈通电容和负馈通电容大致相等：

·因此，差分放大器的输出为：

idiff＝im++if+-(if-+im-)＝2*im+

图7a是示出根据本公开的一种或多种技术的具有附加质量块的第一谐振器1120的概念图。第一谐振器1120可以为图1的谐振器18和图3b的第一谐振器120的示例。第一谐振器1120可包括锚定梳1122a-1122c(统称为“锚定梳1122”)、第一机械梁1124a和第二机械梁1124(统称为“机械梁1124”)。第一机械梁1124a可包括附加质量块1162a-1162d(统称为“附加质量块1162”)。第二机械梁1124b可包括附加质量块1164a-1164d(统称为“附加质量块1164”)。

在一些示例中，锚定梳1122a包括一个或多个锚定梳部分，锚定梳1122b包括一个或多个锚定梳部分，并且锚定梳1122c包括一个或多个锚定梳部分。在一些示例中，锚定梳1122a的锚定梳部分中的任一个或组合可包括第一组电极(例如，图3b的第一组电极128a)中的一个或多个电极。在一些示例中，锚定梳1122b的锚定梳部分中的任一个或组合可包括第二组电极(例如，第二组电极128a)中的一个或多个电极。在一些示例中，锚定梳1122c的锚定梳部分中的任一个或组合可包括第三组电极(例如，第三组电极128c)中的一个或多个电极。

在一些示例中，谐振器驱动电路可经由第一组电极、第二组电极和第三组电极中的任一个或组合将驱动信号传送到第一谐振器1120，使得第一谐振器1120以谐振频率振动。例如，第一机械梁1124a和第二机械梁1124b可以上述谐振频率振动。继而，第一组电极可生成第一电信号，第二组电极可生成第二电信号，并且第三组电极可生成第三电信号。第一谐振器1120可将第一电信号、第二电信号和第三电信号输出到处理电路(图7a中未示出)，该处理电路被配置为基于第一电信号、第二电信号和第三电信号来确定第一谐振器1120的谐振频率。

在一些示例中，第一谐振器1120的谐振频率可与由检验质量块(诸如图1的检验质量块32和图3b的检验质量块112)施加到第一谐振器1120的力的大小相关。例如，第一谐振器1120的第一端1182可固定到谐振器连接结构(例如，图1的谐振器连接结构16和图3b的谐振器连接结构116)，并且第一谐振器1120的第二端1184可固定到检验质量块。如果检验质量块响应于第一方向上的加速度而朝第一谐振器1120旋转，则检验质量块可以向第一谐振器1120施加压缩力。如果检验质量块响应于第二方向上的加速度而远离第一谐振器1120旋转，则检验质量块可以向第一谐振器1120施加张力。在一些示例中，如果加速度为零m/s²，则检验质量块可以不向第一谐振器1120施加力。随着检验质量块施加的压缩力响应于第一方向上加速度的增加而增加，第一谐振器1120的谐振频率可能减小，并且随着检验质量块施加的张力响应于第二方向上加速度的增加而增加，第一谐振器1120的谐振频率可能增加。这样，第一谐振器1120的谐振频率与包括第一谐振器1120的加速度计的加速度之间可能存在关系。

附加质量块1162和附加质量块1164可以影响加速度与第一谐振器1120的谐振频率之间的关系。例如，同限定加速度与不包括附加质量块1162和附加质量块1164的谐振器的谐振频率之间的关系的二次非线性系数相比，限定加速度与第一谐振器1120的谐振频率之间的关系的二次非线性系数可能更小。可能有利的是，加速度与第一谐振器1120的谐振频率之间的关系尽可能接近线性(例如，二次非线性系数尽可能小)，以便确保由第一谐振器1120生成的电信号允许处理电路准确地确定加速度。

在一些示例中，附加质量块1162a和附加质量块1162b可放置在沿第一机械梁1124a的一位置处，该位置在沿第一机械梁1124a的第一端部1156到第二端部1157的长度的25％至45％的范围内。例如，附加质量块1162a和附加质量块1162b可放置在第一端1156到第二端部1157之间的距离的35％的位置处。在一些示例中，附加质量块1162c和附加质量块1162d可放置在沿第一机械梁1124a的一位置处，该位置在沿第一机械梁1124a的第一端部1156到第二端部1157的长度的55％至75％的范围内。例如，附加质量块1162c和附加质量块1162d可放置在第一端部1156到第二端部1157之间的距离的65％的位置处。

在一些示例中，附加质量块1164a和附加质量块1164b可放置在沿第二机械梁1124b的一位置处，该位置在沿第二机械梁1124b的第一端部1158到第二端部1159的长度的25％至45％的范围内。例如，附加质量块1164a和附加质量块1164b可放置在第一端1158到第二端部1159之间的距离的35％的位置处。在一些示例中，附加质量块1164c和附加质量块1164d可放置在沿第二机械梁1124b的一位置处，该位置在沿第二机械梁1124b的第一端部1158到第二端部1159的长度的55％至75％的范围内。例如，附加质量块1164c和附加质量块1164d可放置在第一端部1158到第二端部1159之间的距离的65％的位置处。

图7b是示出根据本公开的一种或多种技术的包括附加质量块1162a和1162b的图7a的第一谐振器1120的一部分的概念图。例如，第一机械梁1124a包括主要构件1190和一组次要构件1192a-1192d(统称为“一组次要构件1192”)。如图7b所示，该组次要构件1192中的每个次要构件垂直于主要构件1190延伸。第一机械梁1124a可包括图7b中未示出的附加次要构件和附加其他部件。该组次要构件1192中的每个次要构件可以基本上相同，不同的是次要构件1192c包括附加质量块1162a和附加质量块1162b。

图8a是示出根据本公开的一种或多种技术的形成间隙的第二谐振器1230的概念图。第二谐振器1230可以为图3b的第二谐振器130的示例。第二谐振器1230可包括锚定梳1232a-1232c(统称为“锚定梳1232”)、第三机械梁1234a和第四机械梁1234b(统称为“机械梁1234”)。第三机械梁1234a可形成间隙1262a-1262d(统称为“间隙1262”)。第四机械梁1234b可形成间隙1264a-1264d(统称为“间隙1264”)。

在一些示例中，锚定梳1232a可包括一个或多个锚定梳部分，锚定梳1232b可包括一个或多个锚定梳部分，并且锚定梳可包括一个或多个锚定梳部分。在一些示例中，锚定梳1232a的锚定梳部分中的任一个或组合可包括第四组电极(例如，图3b的第四组电极138a)中的一个或多个电极。在一些示例中，锚定梳1232b的锚定梳部分中的任一个或组合可包括第五组电极(例如，第五组电极138b)中的一个或多个电极。在一些示例中，锚定梳1232c的锚定梳部分中的任一个或组合可包括第六组电极(例如，第六组电极138c)中的一个或多个电极。

在一些示例中，谐振器驱动电路可经由第四组电极、第五组电极和第六组电极中的任一个或组合将驱动信号传送到第二谐振器1230，使得第二谐振器1230以谐振频率振动。例如，第三机械梁1234a和第四机械梁1234b可以第二谐振器1230的谐振频率振动。继而，第四组电极可生成第四电信号，第五组电极可生成第五电信号，并且第六组电极可生成第六电信号。第二谐振器1230可将第四电信号、第五电信号和第六电信号输出到处理电路(图8a中未示出)，该处理电路被配置为基于第四电信号、第五电信号和第六电信号来确定第二谐振器1230的谐振频率。

在一些示例中，第二谐振器1230的谐振频率可与由检验质量块(诸如图3b的检验质量块112)施加到第二谐振器1230的力的大小相关。例如，第二谐振器1230的第一端1282可固定到检验质量块，并且第二谐振器1230的第二端1284可固定到谐振器连接结构(例如，图3b的谐振器连接结构116)。如果检验质量块响应于第一方向上的加速度而远离第二谐振器1230旋转，则检验质量块可以向第二谐振器1230施加张力。如果检验质量块响应于第二方向上的加速度而朝第二谐振器1230旋转，则检验质量块可以向第二谐振器1230施加压缩力。在一些示例中，如果加速度为零m/s²，则检验质量块可以不向第二谐振器1230施加力。随着检验质量块施加的压缩力响应于第二方向上加速度的增加而增加，第二谐振器1230的谐振频率可能减小，并且随着检验质量块施加的张力响应于第一方向上加速度的增加而增加，第二谐振器1230的谐振频率可能增加。这样，第二谐振器1230的谐振频率与包括第二谐振器1230的加速度计的加速度之间可能存在关系。

间隙1262和间隙1264可以影响加速度与第二谐振器1230的谐振频率之间的关系。例如，同限定加速度与不包括间隙1262和间隙1264的谐振器的谐振频率之间的关系的二次非线性系数相比，限定加速度与第二谐振器1230的谐振频率之间的关系的二次非线性系数可能更小。可能有利的是，加速度与第二谐振器1230的谐振频率之间的关系尽可能接近线性(例如，二次非线性系数尽可能小)，以便确保由第二谐振器1230生成的电信号允许处理电路准确地确定加速度。在一些示例中，间隙1262表示“孔”，而附加质量块1162包括在图7a至图7b的第一谐振器1120上。在一些示例中，间隙1264表示孔，而附加质量块1164包括在图7a至图7b的第一谐振器1120上。谐振器上的附加质量块的间隙或孔不同于被配置为调谐机械模式的检验质量块中的孔，如上文相对于图4所述。

在一些示例中，间隙1262a和间隙1262b可放置在沿第三机械梁1234a的一位置处，该位置在沿第三机械梁1234a的第一端部1256到第二端部1257的长度的25％至45％的范围内。例如，间隙1262a和间隙1262b可放置在第一端部1256到第二端部1257之间的距离的35％的位置处。在一些示例中，间隙1262c和间隙1262d可放置在沿第三机械梁1234a的一位置处，该位置在沿第三机械梁1234a的第一端部1256到第二端部1257的长度的55％至75％的范围内。例如，间隙1262c和间隙1262d可放置在第一端部1256到第二端部1257之间的距离的65％的位置处。

在一些示例中，间隙1264a和间隙1264b可放置在沿第四机械梁1234b的一位置处，该位置在沿第四机械梁1234b的第一端部1258到第二端部1259的长度的25％至45％的范围内。例如，间隙1264a和间隙1264b可放置在第一端部1258到第二端部1259之间的距离的35％的位置处。在一些示例中，间隙1264c和间隙1264d可放置在沿第四机械梁1234b的一位置处，该位置在沿第四机械梁1234b的第一端部1258到第二端部1259的长度的55％至75％的范围内。例如，间隙1264c和间隙1264d可放置在第一端部1258到第二端部1259之间的距离的65％的位置处。

图8b是示出根据本公开的一种或多种技术的包括间隙1262a和间隙1262b的图8a的第二谐振器1230的一部分的概念图。例如，第三机械梁1234a包括主要构件1290和一组次要构件1292a-1292d(统称为“一组次要构件1292”)。如图8b所示，该组次要构件1292中的每个次要构件垂直于主要构件1290延伸。第三机械梁1234a可包括图8b中未示出的附加次要构件和附加其他部件。该组次要构件1292中的每个次要构件可以基本上相同，不同的是次要构件1292c与次要构件1292d之间的距离大于该组次要构件1292中的任何其他一对连续次要构件之间的距离。

图9是示出根据本公开的一种或多种技术的第一曲线图1310和第二曲线图1320的图，第一曲线图表示作为附加质量块位置的函数的二次非线性系数，第二曲线图表示作为附加质量块位置的函数的零加速度谐振频率差。例如，如图7a中描绘的，“附加质量块的位置(locationofaddedmass)”可表示诸如第一机械梁1124a上的附加质量块1162a和附加质量块1162b之类的附加质量块的位置，其中该位置为第一机械梁1124a的第一端部1156延伸到第二端部1157的长度的百分比。如图6的第一曲线图610所示，当附加质量块1162a和附加质量块1162b的位置为第一机械梁1124a的长度的35％时，二次非线性系数(k2)为零。另外，如在第二曲线图1320的点1330处所见，当附加质量块1162a和附加质量块1162b的位置为第一机械梁1124a的长度的35％时，第一谐振器1120的谐振频率与第二谐振器1230的谐振频率之间的差值不为零。这样，因为二次非线性系数为零并且频率差为非零，所以附加质量块1162a和附加质量块1162b的位置为第一机械梁1124a的长度的35％可能是有利的。

在一些示例中，点1330可表示附加质量块1162a和附加质量块1162b沿第一机械梁1124a的理想位置。在一些示例中，第一谐振器1120在零加速度下的谐振频率可以在25千赫(khz)至30khz的范围内。在一些示例中，第二谐振器1230在零加速度下的谐振频率可以在25千赫(khz)至30khz的范围内。在一些示例中，当附加质量块1162a和附加质量块1162b放置在第一机械梁1124a的长度的35％时，第一谐振器1120在零加速度下的谐振频率与第二谐振器1230在零加速度下的谐振频率之间的差值可以在250赫兹(hz)至3500hz的范围内。

图10是示出根据本公开的一种或多种技术的用于确定vba的加速度的示例性操作的流程图。图7关于图3b的处理电路102、谐振器驱动电路104和检验质量块组件111进行描述。然而，图7的技术可由系统101、图3a的系统100的不同部件或者由附加或替代加速度计系统执行。

谐振器驱动电路104a可将一组驱动信号传送到第一谐振器120(1402)。谐振器驱动电路104a可电耦合到第一谐振器120。谐振器驱动电路104a可将该组驱动信号输出到第一谐振器120，使得第一谐振器120以谐振频率振动。处理电路102可经由谐振器驱动电路104a接收指示第一机械梁124a和第二机械梁124b的频率的一个或多个电信号(1404)。随后，处理电路102可基于上述一个或多个电信号来确定第一机械梁124a和第二机械梁124b的频率(1406)。第一机械梁124a的机械振动频率和第二机械梁124b的机械振动频率可表示第一谐振器120的谐振频率。第一谐振器120的谐振频率可与vba(诸如图2的vba110)的加速度相关。这样，处理电路102可基于第一机械梁124a的频率和第二机械梁124b的频率来计算vba110的加速度(1408)。

尽管关于第一谐振器120描述了上述示例性操作，但是处理电路102可以附加地或另选地确定第二谐振器130的谐振频率。在一些示例中，处理电路102可被配置为确定第一谐振器120的谐振频率与第二谐振器130的谐振频率之间的差值，并且基于谐振频率的差值来计算加速度。

在一个或多个示例中，本文所述的加速度计可利用硬件、软件、固件或它们的任何组合来实现所述功能。在软件中实现的那些功能可作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或经由计算机可读介质发送，并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包括对应于有形介质诸如数据存储介质的计算机可读存储介质，或者包括例如根据通信协议促进计算机程序从一个地方传输到另一个地方的任何介质的通信介质。这样，计算机可读介质通常可对应于：(1)非暂态的有形计算机可读存储介质，或者(2)通信介质诸如信号或载波。数据存储介质可以是可以由一个或多个计算机或一个或多个处理器访问以检索用于实现本公开中描述的技术的指令、代码和/或数据结构的任何可用介质。

指令可由加速度计内的一个或多个处理器执行或通信地耦合到该加速度计。该一个或多个处理器可例如包括一个或多个dsp、通用微处理器、专用集成电路(asic)、fpga或其他等效的集成或离散逻辑电路。因此，如本文所使用的术语“处理器”可以指任何前述结构或适用于实施本文所描述的技术的任何其他结构。此外，在一些方面中，可以在被配置成用于执行本文所述的技术的专用硬件和/或软件模块内提供本文所述的功能。而且，这些技术可以完全在一个或多个电路或逻辑元件中实现。

本公开的技术可以在包括集成电路(ic)或一组ic(例如，芯片组)的各种设备或装置中实现。在本公开中描述了各种部件、模块或单元，以强调被配置为执行所公开的技术的设备的功能方面，但是不一定需要通过不同的硬件单元来实现。相反，各种单元可与结合合适的软件和/或固件的互操作硬件单元(包括如上所述的一个或多个处理器)的集合进行组合或由其提供。

已描述了本公开的各种示例。这些实施例和其他实施例在以下权利要求的范围内。