对外部加速和旋转稳健的平面外感测陀螺仪

摘要

一种陀螺仪，其包含位于装置平面中的驱动部分、杠杆臂以及检测质量。使所述杠杆臂基于所述驱动部分的沿着所述装置平面中的第一轴线的反相运动围绕锚固点旋转，并且所述杠杆臂联接至所述检测质量以使所述检测质量在所述装置平面中沿着垂直于所述第一轴线的轴线反相地运动。响应于施加至所述检测质量的科里奥利力，所述杠杆臂旋转离开平面并且所述检测质量相对于感测电极运动。所述检测质量的相对于所述感测电极的运动被用来测量角速度。

权利要求

1.一种陀螺仪，包括：

两个第一驱动质量，所述两个第一驱动质量以第一反相驱动运动进行运动；

两个第一杠杆臂；

两个第一驱动解耦器，其中，所述两个第一驱动解耦器中的每一个将所述两个第一驱动质量中的相应一个第一驱动质量联接至所述两个第一杠杆臂中的相应一个第一杠杆臂并且定位在所述相应一个第一驱动质量和所述相应一个第一杠杆臂之间，以致使所述相应一个第一杠杆臂响应于所述相应一个第一驱动质量的驱动运动而旋转；

两个第一检测质量；

四个第一检测质量联接器，其中，所述第一检测质量联接器中的两个将所述两个第一杠杆臂中的一个联接至所述两个第一检测质量中的每一个，所述第一检测质量联接器中的另外两个将所述两个第一杠杆臂中的另一个联接至所述两个第一检测质量中的每一个，并且，所述两个第一检测质量响应于所述第一反相驱动运动而反相地运动；

两个第二驱动质量，所述两个第二驱动质量以第二反相驱动运动进行运动；

两个第二杠杆臂；

两个第二驱动解耦器，其中，所述两个第二驱动解耦器中的每一个将所述两个第二驱动质量中的相应一个第二驱动质量联接至所述两个第二杠杆臂中的相应一个第二杠杆臂并且定位在所述相应一个第二驱动质量和所述相应一个第二杠杆臂之间，以致使所述相应一个第二杠杆臂响应于所述相应一个第二驱动质量的驱动运动而旋转；

两个第二检测质量；

四个第二检测质量联接器，其中，所述第二检测质量联接器中的两个将所述第二杠杆臂中的一个联接至所述两个第二检测质量中的每一个，其中，所述第二检测质量联接器中的另外两个将所述两个第二杠杆臂中的另一个联接至所述两个第二检测质量中的每一个，并且，所述两个第二检测质量响应于所述第二反相驱动运动而反相地运动；以及耦合器弹簧，所述耦合器弹簧位于所述两个第一检测质量中的一个与所述两个第二检测质量中的一个之间。

2.根据权利要求1所述的陀螺仪，其中，通过所述耦合器弹簧联接的检测质量彼此同相地运动。

3.根据权利要求2所述的陀螺仪，其中，所述两个第一检测质量中的另一个与所述两个第二检测质量中的另一个彼此同相地运动。

4.根据权利要求1所述的陀螺仪，其中，所述第一驱动质量、所述第二驱动质量、所述第一杠杆臂、所述第二杠杆臂、所述第一检测质量以及所述第二检测质量中的每一者均位于装置平面内。

5.根据权利要求4所述的陀螺仪，其中，所述第一驱动解耦器允许所述第一杠杆臂响应于所述第一检测质量上的科里奥利力而运动离开所述装置平面，并且其中，所述第二驱动解耦器允许所述第二杠杆臂响应于所述第二检测质量上的科里奥利力而运动离开所述装置平面。

6.根据权利要求4所述的陀螺仪，其中，所述第一反相驱动运动与所述第二反相驱动运动沿着所述装置平面中的相同的驱动轴线。

7.根据权利要求6所述的陀螺仪，其中，响应于围绕所述装置平面中的并且垂直于所述驱动轴线的轴线的旋转，所述第一检测质量中的一个以及所述第二检测质量中的一个沿垂直于所述装置平面的第一方向运动，并且其中，所述第一检测质量中的另一个以及所述第二检测质量中的另一个响应于所述旋转沿垂直于所述装置平面的第二方向运动，并且其中，沿所述第一方向的运动与沿所述第二方向的运动为反相的。

8.根据权利要求7所述的陀螺仪，其中，该陀螺仪进一步包括多个感测电极，所述感测电极位于平行于所述装置平面的感测平面中并且平行于所述第一检测质量和第二检测质量中的一个或多个延伸。

9.根据权利要求8所述的陀螺仪，其中，该陀螺仪进一步包括基于检测质量的相对于所述感测电极的运动确定角速度。

10.根据权利要求1所述的陀螺仪，其中，所述两个第一驱动质量中的一个和所述两个第二驱动质量中的一个彼此同相地运动，并且其中，所述两个第一驱动质量中的另一个和所述两个第二驱动质量中的另一个彼此同相地运动。

11.根据权利要求1所述的陀螺仪，其中，所述第一驱动质量位于所述两个第一杠杆臂之间并且所述第二驱动质量位于所述两个第二杠杆臂之间。

12.根据权利要求11所述的陀螺仪，其中，所述第一驱动质量位于所述两个第一检测质量之间并且所述第二驱动质量位于所述两个第二检测质量之间。

13.根据权利要求1所述的陀螺仪，其中，所述两个第一检测质量和所述两个第二检测质量中的每一个在所述陀螺仪的装置平面内具有大致相同的区域。

14.根据权利要求13所述的陀螺仪，其中，所述两个第一杠杆臂和所述两个第二杠杆臂中的每一个在所述装置平面内具有大致相同的区域。

15.根据权利要求1所述的陀螺仪，其中，所述两个第一检测质量中的一个邻近于所述两个第二检测质量中的一个定位。

16.根据权利要求15所述的陀螺仪，其中，所述陀螺仪关于位于所述陀螺仪的装置平面中的第一对称线对称，所述第一对称线在相邻的检测质量之间并且平行于所述相邻的检测质量。

17.根据权利要求16所述的陀螺仪，其中，所述陀螺仪关于所述装置平面中的并且垂直于所述第一对称线的第二对称线对称。

18.根据权利要求1所述的陀螺仪，其中，所述陀螺仪的驱动运动和感测运动中的每一种运动为平衡的。

19.一种陀螺仪，包括：

位于装置平面中的两个驱动质量，其中，所述两个驱动质量分离并且沿第一轴线以反相驱动运动进行运动；

位于所述装置平面中的两个杠杆臂；

位于所述装置平面中的两个驱动解耦器，其中，所述两个驱动解耦器中的每一个将所述两个驱动质量中的相应一个驱动质量联接至所述两个杠杆臂中的相应一个杠杆臂并且位于所述相应一个驱动质量和所述相应一个杠杆臂之间，以致使所述相应一个杠杆臂响应于所述相应一个驱动质量的驱动运动而旋转；

位于所述装置平面中的两个检测质量；

位于所述装置平面中的四个检测质量联接器，其中，所述四个检测质量联接器中的两个将所述两个杠杆臂中的一个联接至所述两个检测质量中的每一个，其中，所述四个检测质量联接器中的另外两个将所述两个杠杆臂中的另一个联接至所述两个检测质量中的每一个，其中，所述两个检测质量响应于所述反相驱动运动而沿着垂直于所述第一轴线的第二轴线在所述装置平面中反相地运动；以及位于与所述装置平面平行的平面中的一个或多个感测电极，其中，响应于围绕测量轴线的旋转，所述两个杠杆臂围绕所述驱动解耦器旋转离开所述装置平面，其中，响应于所述旋转，所述两个检测质量相对于所述一个或多个感测电极运动离开所述装置平面，并且其中，基于所述两个检测质量相对于所述一个或多个感测电极的运动确定角速度。

20.一种陀螺仪，包括：

位于装置平面中的两个驱动质量，其中，所述两个驱动质量分离并且以反相驱动运动进行运动；

位于所述装置平面中的两个杠杆臂，其中，所述两个杠杆臂中的每一个联接至所述两个驱动质量中的一个，并且其中，所述两个杠杆臂响应于所述反相驱动运动而在所述装置平面中旋转；

位于所述装置平面中的两个检测质量；

位于所述装置平面中的两个驱动解耦器，其中，所述两个驱动解耦器中的每一个将所述两个驱动质量中的相应一个驱动质量联接至所述两个杠杆臂中的相应一个杠杆臂并且定位在所述相应一个驱动质量和所述相应一个杠杆臂之间；

位于所述装置平面中的四个检测质量联接器，其中，所述四个检测质量联接器中的两个将所述两个杠杆臂中的一个联接至所述两个检测质量中的每一个，其中，所述四个检测质量联接器中的另外两个将所述两个杠杆臂中的另一个联接至所述两个检测质量中的每一个，其中，所述两个检测质量响应于所述反相驱动运动而在所述装置平面中反相地运动；

以及

位于与所述装置平面平行的平面中的一个或多个感测电极，其中，响应于围绕测量轴线的旋转，所述两个杠杆臂沿垂直于所述测量轴线的轴线旋转离开所述装置平面，其中，响应于所述旋转，所述两个检测质量相对于所述一个或多个感测电极运动离开所述装置平面，其中，离开所述装置平面的线性加速度不会引起所述两个检测质量的差动运动，并且其中，基于所述两个检测质量相对于所述一个或多个感测电极的运动而确定角速度。

说明书

对外部加速和旋转稳健的平面外感测陀螺仪

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求于2017年4月4日提交的美国申请第15/479,079号的权益，所述美国申请被通过引用全文并入本文中。

背景技术

[0003] 比如智能电话、智能手表、平板电脑、汽车、空中无人机、电器、飞机、运动辅助设备、以及游戏控制器的许多物品可以在它们的运行期间利用运动感测器。在许多应用中，可以独立地或一起分析各种类型的运动感测器(比如加速度计和陀螺仪)，以便针对特定的应用确定各种各样的信息。例如，陀螺仪和加速度计可以被用于游戏应用(例如，智能电话或游戏控制器)中以捕获使用者的复杂的运动，无人机和其它飞机可以基于陀螺仪测量确定取向(例如，滚转、俯仰以及偏航)，并且车辆可以利用测量来确定方向(例如，用于航位推测法)以及安全性(例如，以识别打滑或翻滚状况)。

[0004] 比如加速度计、陀螺仪、压力感测器、以及麦克风的许多感测器被实施为微机电系统(MEMS)感测器。感测器的微机械构件使用硅制造技术制造，并且那些微机械构件基于特定的微机械构件的设计响应于由感测器测量的某些外部刺激而响应(例如，运动)。例如，可以通过测量感测器的运动的微机械构件与固定的构件之间的相对距离而测量微机械构件对外部刺激的响应。

[0005] 在MEMS陀螺仪的情况下，使某些微机械构件以驱动频率振动。许多构件通常通过许多弹簧物理地连接，所述弹簧中的每一个被设计成允许沿某些方向的运动同时限制沿其它方向的运动。当以驱动频率振动的质量由于旋转而沿着垂直于驱动轴线的轴线经受科里奥利(Coriolis)力时，它将沿着该科里奥利轴线(例如，“感测”轴线或“科里奥利”轴线)运动，如果弹簧或其它结构特征不阻止这样的运动的话。该科里奥利力与旋转的角速度成比例。因此可以基于质量(或者在某些应用中，通过额外的弹簧连接的额外的检测质量)沿感测方向的运动而感测该运动，例如，基于陀螺仪的运动的感测质量与固定的构件之间的相对距离。

[0006] MEMS陀螺仪被实施于可能经历除角速度之外的许多其它力的装置中。例如，陀螺仪还可能经历由于线性加速度和角加速度而引起的力。这些力可能被施加于MEMS陀螺仪的构件(比如驱动和检测质量)上，从而引起被不适当地理解为由于科里奥利力引起的运动或者改变由于科里奥利力而引起的运动。

发明内容

[0007] 在本公开的一个实施例中，示例性陀螺仪包括以第一反相驱动运动而运动的两个第一驱动部分，两个第一杠杆臂，以及两个第一驱动解耦器，其中所述两个第一驱动解耦器中的每一个将所述第一驱动部分中的一个联接至所述第一杠杆臂中的一个，并且所述两个第一杠杆臂响应于所述第一反相驱动运动而旋转。所述陀螺仪还包括两个第一检测质量以及四个第一检测质量联接器，其中所述第一检测质量联接器中的两个将所述两个第一杠杆臂中的一个联接至所述两个第一检测质量中的每一个，所述第一检测质量联接器中的另外两个将所述两个第一杠杆臂中的另一个联接至所述两个第一检测质量中的每一个，并且所述两个第一检测质量响应于所述第一反相驱动运动而反相地运动。所述陀螺仪还包括以第二反相驱动运动运动的两个第二驱动部分，两个第二杠杆臂，以及两个第二驱动解耦器，其中所述两个第二驱动解耦器中的每一个将所述第二驱动部分中的一个联接至所述第二杠杆臂中的一个，并且所述两个第二杠杆臂响应于所述第二反相驱动运动而旋转。所述陀螺仪还包括两个第二检测质量以及四个第二检测质量联接器，其中所述第二检测质量联接器中的两个将所述第二杠杆臂中的一个联接至所述两个第二检测质量中的每一个，所述第二检测质量联接器中的另外两个将所述两个第二杠杆臂中的另一个联接至所述两个第二检测质量中的每一个，并且所述两个第二检测质量响应于所述第二反相驱动运动而反相地运动。

[0008] 在本公开的一个实施例中，示例性陀螺仪包括位于装置平面中的两个驱动部分，其中所述两个驱动部分分离并且沿着第一轴线以反相驱动运动运动；位于所述装置平面中的两个杠杆臂；以及位于所述装置平面中的两个驱动解耦器，其中所述两个第一驱动解耦器中的每一个将所述驱动部分中的一个联接至所述杠杆臂中的一个，并且所述两个杠杆臂响应于所述反相驱动运动而在所述装置平面中旋转。所述陀螺仪还包括位于所述装置平面中的两个检测质量以及位于所述装置平面中的四个检测质量联接器，其中所述检测质量联接器中的两个将所述两个杠杆臂中的一个联接至所述两个第一检测质量中的每一个，所述检测质量联接器中的另外两个将所述两个杠杆臂中的另一个联接至所述两个检测质量中的每一个，所述两个第一检测质量响应于所述第一反相驱动运动而沿着垂直于所述第一轴线的第二轴线在所述装置平面中反相地运动。所述陀螺仪还包括位于与所述装置平面平行的平面中的一个或多个感测电极，其中响应于围绕测量轴线的旋转，所述两个杠杆臂围绕所述驱动解耦器旋转离开所述装置平面，其中响应于所述旋转，所述两个检测质量相对于所述一个或多个感测电极运动离开所述装置平面，并且基于所述两个检测质量的相对于所述一个或多个感测电极的运动确定角速度。

[0009] 在本公开的一个实施例中，示例性陀螺仪包括位于装置平面中的两个驱动部分，其中所述两个驱动部分分离并且以反相驱动运动运动；以及位于所述装置平面中的两个杠杆臂，其中所述杠杆臂中的每一个联接至所述两个驱动部分中的一个，并且所述两个杠杆臂响应于所述反相驱动运动而在所述装置平面中旋转。所述陀螺仪还包括位于所述装置平面中的两个检测质量以及位于所述装置平面中的四个检测质量联接器，其中所述检测质量联接器中的两个将所述两个杠杆臂中的一个联接至所述两个第一检测质量中的每一个，所述检测质量联接器中的另外两个将所述两个杠杆臂中的另一个联接至所述两个检测质量中的每一个，所述两个第一检测质量响应于所述第一反相驱动运动而在所述装置平面中反相地运动。所述陀螺仪还包括位于与所述装置平面平行的平面中的一个或多个感测电极，其中响应于围绕测量轴线的旋转，所述两个杠杆臂沿垂直于所述测量轴线的轴线旋转离开所述装置平面，其中响应于所述旋转，所述两个检测质量相对于所述一个或多个感测电极运动离开所述装置平面，其中离开所述装置平面的线性加速度不会引起所述两个检测质量的差动运动，并且基于所述两个检测质量的相对于所述一个或多个感测电极的运动确定角速度。

附图说明

[0010] 当结合附图考虑以下具体描述时，本公开的上述和其它特征，它的特性以及各种优点将更加显而易见，其中：

[0011] 图1示出根据本公开的实施例的示例说明性运动处理系统；

[0012] 图2示出根据本公开的实施例的示例说明性陀螺仪设计；

[0013] 图3示出根据本公开的实施例的原理图，其示出图2的陀螺仪响应于驱动运动的响应；

[0014] 图4A示出根据本公开的实施例的原理图，其示出图2的陀螺仪响应于围绕滚转轴线的角速度的平面外感测响应的俯视图；

[0015] 图4B示出根据本公开的实施例的原理图，其示出图2的陀螺仪响应于围绕滚转轴线的角速度的平面外感测响应的立体图；

[0016] 图5示出根据本公开的某些实施例的示例性陀螺仪设计；以及

[0017] 图6示出根据本公开的实施例的平面外感测MEMS陀螺仪装置的示例说明性MEMS装置层。

具体实施方式

[0018] 陀螺仪可以被制造成具有MEMS层和基质层的MEMS陀螺仪。MEMS层包含可运动的弹簧-质量系统，其可以例如从锚固件或框架悬挂在基质层之上，所述锚固件或框架从基质层延伸至MEMS层中，并且MEMS层的弹簧-质量系统附接至所述锚固件或框架。在示例性陀螺仪中，MEMS层可以位于x-y平面中，所述x-y平面可以垂直于z-轴。比如附接至锚固件和弹簧质量系统的互补的驱动梳这样的驱动系统可以使弹簧质量系统基于弹簧质量系统的各个构件的构造以及它们的相对定位和构造运动。

[0019] 陀螺仪的检测质量系统可以包含检测质量，其被联接并且设计成响应于科里奥利力垂直于检测质量的驱动方向以及垂直于旋转轴线运动，陀螺仪感测围绕所述旋转轴线的角速度。对于示例性陀螺仪，其在x-y平面中被驱动并且其感测围绕x-轴或y-轴中的一个的角速度(例如，根据陀螺仪的相对于x-y平面中的x-轴和y-轴的相对定位)，检测质量可以响应于由围绕感测轴线的旋转所引起的科里奥利力而沿着z-轴垂直于x-y平面运动。

[0020] 弹簧质量系统可以被设计成使得陀螺仪响应于外力(比如沿任何方向的线性加速度，围绕除了正在被感测的轴线之外的轴线的角速度，或角加速度)为稳健的(例如，陀螺仪对围绕感测轴线的旋转的感测响应大致上不被修改)。可以平衡陀螺仪的驱动模式和/或感测模式，以使得两种模式都不在陀螺仪构件或锚固件上施加线性扭矩或角扭矩。以这种方式，由驱动模式和感测模式生成的能量不被传递(例如，不泄漏)至锚固件，从而使得能够实现高谐振器品质因数。平衡的驱动模式和感测模式还可以防止外部线性力或角向力(亦即，除了期望的驱动运动以及对所测量的角速度的感测响应之外)耦合至弹簧质量系统。

[0021] 在一个实施例中，使驱动结构与感测模式分离，以使得驱动系统(例如，驱动梳)在感测模式中不运动。而且，感测器的共模以及差模可以强耦合，这可以引起共模与差模之间的频率差，其显著地大于差模频率除以品质因数。这种强耦合可以补偿制造或其它工艺中的变化，从而形成驱动模式和感测模式的平衡的运行而无论这样的变化如何。示例性陀螺仪可以具有的驱动模式和感测模式被构造成使得与这些模式相关联的频率在系统的较低的运行模式中，这可以进一步限制振动或其它外力耦合至系统的运行模式。

[0022] 在一个实施例中，反相地驱动多个驱动质量。每个驱动质量为驱动系统的一部分，所述驱动系统可以包含另外的构件，以将驱动质量的驱动运动传递至检测质量系统的检测质量。在一个实施例中，每个驱动质量可以通过一个或多个驱动解耦弹簧联接至检测质量，驱动解耦弹簧使驱动质量相对于彼此分离且与弹簧质量系统的其它构件分离。比如杠杆臂这样的一个或多个构件可以联接至驱动解耦弹簧，以便传递驱动运动以引起检测质量的期望的运动。响应于由围绕测量轴线的旋转所引起的科里奥利力，检测质量和杠杆臂可以通过运动离开x-y平面而做出响应。检测质量中的一个或多个可以进一步联接至另一个检测质量，以维持陀螺仪的稳健的且耦合的运行。

[0023] 图1示出根据本公开的某些实施例的示例性运动处理系统10。虽然在图1中示出特定的构件，但是应当理解的是，可以按照不同的应用和系统的需要使用感测器、处理构件、存储器、以及其它电路的任何合适的组合。在如本文中所描述的实施例中，运动处理系统可以包含至少MEMS陀螺仪12以及支持电路，比如处理电路14和存储器16。在某些实施例中，可以在运动处理系统10内包含一个或多个额外的感测器18(例如，额外的MEMS陀螺仪、MEMS加速度计、MEMS麦克风、MEMS压力感测器、以及指南针)以提供集成式运动处理单元(“MPU”)(例如，包含3个MEMS陀螺仪感测轴线，3个MEMS加速度计感测轴线，麦克风，压力感测器，以及指南针)。

[0024] 处理电路14可以包含基于运动处理系统10的要求提供必要的处理的一个或多个构件。在某些实施例中，处理电路14可以包含硬件控制逻辑，其可以集成于比如陀螺仪12这样的感测器的芯片内(例如，MEMS陀螺仪的基质或盖上，或者芯片的邻近于陀螺仪的部分上)，以控制陀螺仪12的运行以及执行陀螺仪12的处理的一些方面。在某些实施例中，陀螺仪12可以包含一个或多个寄存器，其容许修改硬件控制逻辑的运行的一些方面(例如，通过修改寄存器的值)。其它感测器18可以以类似的方式运行。在某些实施例中，处理电路14还可以包含比如微处理器这样的处理器，其执行软件指令，例如，存储于存储器16中的软件指令。微处理器可以通过与硬件控制逻辑相互作用而控制陀螺仪12的运行，以及处理从陀螺仪12接收的测量信号。微处理器可以以类似的方式与其它感测器相互作用。

[0025] 虽然在某些实施例(图1中未示出)中，陀螺仪12或其它感测器18可以直接地与外部电路通信(例如，经由串行总线或直接地连接至感测器输出端和控制输入端)，但是在一个实施例中，处理电路14可以处理从陀螺仪12和其它感测器18接收的数据并且经由通信接口20(例如，SPI或I2C总线，或者在汽车应用中，控制器局域网(CAN)总线或局域互连网(LIN)总线)与外部构件通信。处理电路14可以将从陀螺仪12和其它感测器18接收的信号转换成适当的测量单元(例如，基于通过通信总线20通信的其它计算单元所提供的设置)，以及执行更复杂的处理以确定比如取向或欧拉角这样的测量，以及在某些实施例中，根据感测器数据确定是否正在发生特定的活动(例如，行走、跑步、制动、打滑、滚转、等等)。

[0026] 在某些实施例中，可以在可以被称为感测器融合的过程中基于来自多个陀螺仪12和感测器18的数据确定某些类型的信息。通过组合来自各种感测器的信息，可以准确地确定在各种应用中有用的信息，比如图像稳定、导航系统、汽车控制和安全、航位推测、遥控和游戏装置、活动感测器、三维摄像机、工业自动化、以及许多其它应用。

[0027] MEMS陀螺仪通常可以具有多个微机械构件，其被用来测量围绕轴线的旋转(例如，俯仰、滚转和/或偏航)。微机械构件可以包含位于陀螺仪的MEMS装置平面中的多个质量、梳、电极、杠杆、臂、弹簧、以及其它类似构件(例如，作为悬挂式弹簧-质量系统)。通常通过比如驱动电极或驱动梳这样的静电驱动系统使微机械构件中的一个或多个振动。使构件(例如，驱动质量)沿驱动轴线以驱动频率振动。尽管可以测量来自驱动质量的旋转，但是在许多陀螺仪中，许多质量(例如，科里奥利质量、检测质量、感测质量、等等)通过弹簧和质量(例如，杠杆臂、联接质量、等等)联接至彼此，所述弹簧和质量常常基于弹簧的设计(例如，弹簧刚性、扭力弹簧、等等)和放置限制质量的沿某些方向的运动自由度。

[0028] 在一个实施例中，可以通过驱动运动使检测质量沿着感测驱动轴线运动。悬挂式弹簧-质量系统的弹簧和质量的设计可以被构造成使得限制检测质量和其它构件主要沿仅仅某些方向运动。可以限制驱动质量在MEMS装置平面内主要沿着驱动轴线运动。在滚转或俯仰感测器的示例性实施例(其中驱动沿着感测驱动轴线在MEMS装置平面内运动的检测质量)中，检测质量以及联接至其的其它构件(例如，如本文中所描述的杠杆臂)可以响应于围绕测量轴线的旋转而运动离开平面(例如，响应于垂直于测量轴线和感测驱动轴线的科里奥利力，响应于围绕测量轴线的旋转)。检测质量是否响应于围绕滚转轴线/x-轴(亦即，测量轴线为x-轴)或俯仰轴线/y-轴(亦即，测量轴线为y-轴)的旋转取决于感测器设计以及感测器相对于x-轴和y-轴的取向。

[0029] 比如感测电极这样的感测元件可以位于与MEMS装置平面平行的平面中，比如位于由陀螺仪的下面的CMOS基质层所形成的基质的表面上。每个检测质量以及它的相应的感测电极可以形成电容器，其电容基于每个检测质量与它的相关联的感测电极之间的相对距离而变化。在多个检测质量相对于感测电极差动地运动(例如，每个检测质量与响应于科里奥利力相对于感测电极沿相反方向运动的一个或多个其它检测质量相关联)的悬挂式弹簧-质量系统中，检测质量中的一个将运动靠近它的相关联的电极(导致电容的增加)，而差动的检测质量将运动远离它的相关联的电极(导致电容的减小)。可以比较和分析代表电容的信号以基于角速度与测量的差动电容之间的已知的比例因子确定围绕测量旋转轴线的角速度。

[0030] 在不存在围绕测量旋转轴线的角速度的情况下，检测质量不应当相对于感测电极运动，以使得与每个检测质量/感测电极对相关联的电容值不改变并且大致相同。因此，如本文中所描述的示例性陀螺仪可以具有弹簧/质量构造，分离的驱动，以及耦合的感测模式，以使得检测质量不响应于外力(比如围绕除了测量旋转轴线之外的轴线的角速度，线性加速度，或角加速度)。类似地，如本文中所描述的陀螺仪可以防止这样的外力耦合至检测质量的响应于科里奥利力的运动，例如，以使得外力不被耦合至用来测量围绕测量旋转轴线的角速度的平面外运动。

[0031] 以这种方式，可以相对于外部线性加速度和角加速度平衡示例性滚转率或俯仰率感测器(例如，基于感测器取向的滚转或俯仰)的质量的运动，以使得外部加速度和角加速度的影响不在检测质量的运动中显现。在示例性实施例中，可以基于驱动质量的驱动运动、驱动质量之间的联接、检测质量之间的联接或其任何合适的组合获得陀螺仪设计的平衡。本文中提供的示例性陀螺仪设计可以不在驱动模式或感测模式中的任一个中施加线性扭矩或角扭矩。结果，能量可能不会通过锚固件泄漏，这可以使得能够实现不依赖于模具附接的谐振器品质因数。

[0032] 图2示出根据本公开的实施例的示例说明性陀螺仪设计。尽管图2的陀螺仪可以包含任何合适的构件，但是在示例性实施例中，图2的陀螺仪可以包含驱动质量202a、202b、202c以及202d；杠杆臂212a、212b、212c以及212d；检测质量216a、216b、216c以及216d；以及如本文中所描述的许多锚固件、弹簧以及致动器。这些构件中的每一个可以定位(例如，悬挂)于MEMS装置平面内，所述MEMS装置平面限定该平面中的x-轴和y-轴，以及垂直于该平面的z-轴。基质可以定位于与MEMS装置平面平行(例如，在MEMS装置平面下方)的平面中，并且在某些实施例中，所述基质可以包含感测元件(例如，静电感测电极，图2中未示出)，基质层内的CMOS电路，以及从基质延伸至MEMS装置平面中的各种锚固构件，以提供用于悬挂和操作MEMS陀螺仪的锚固件、致动器、感测电极、和/或其它构件。

[0033] 如本文中所描述的，驱动质量202a、202b、202c以及202d中的每一个可以具有沿相应的驱动方向施加于驱动质量上的相应的驱动运动。尽管可以根据本公开使用任何合适的致动方法，但是在一个实施例中，可以通过相应的静电致动器204a、204b、204c以及204d使驱动质量沿驱动方向运动。在图2中所示的示例性实施例中，静电致动器204a、204b、204c以及204d可以锚固至基质并从那里延伸至MEMS装置平面中。静电致动器可以相对于驱动质量定位，以使得驱动质量(其可在MEMS装置平面内运动)沿着驱动轴线沿驱动方向而相应于MEMS装置平面进行振荡。尽管可以根据本公开使用任何合适的静电致动，但是在一个实施例中，每个驱动质量以及它的相关联的致动器可以形成梳状驱动器，其中相互交叉的梳齿从每个驱动质量以及它的相关联的致动器延伸。尽管未在图2中示出，但是驱动质量202a、202b、202c以及202d可以各自通过弹簧悬挂在相应的锚固件上，所述弹簧沿着驱动轴线(例如，x-轴)为柔性的并且沿着其它轴线为刚性的，以便于驱动质量沿着驱动轴线运动。

[0034] 驱动质量中的每一个可以经由驱动解耦器联接至相应的杠杆臂(例如，以使得驱动质量202a经由驱动解耦器206a联接至杠杆臂212a，驱动质量202b经由驱动解耦器206b联接至杠杆臂212b，驱动质量202c经由驱动解耦器206c联接至杠杆臂212c，以及驱动质量202d经由驱动解耦器206d联接至杠杆臂212d)。在一个实施例中，每个驱动解耦器可以包括一个或多个弹簧和/或质量，其被联接和构造成使得驱动质量的驱动运动与如本文中所描述的感测运动分离。尽管驱动解耦器可以以各种方式执行该功能，但是在一个实施例中，驱动解耦器可以为弹簧，其具有扭转柔性，以容许杠杆臂和检测质量响应于由于围绕测量轴线(例如，x-轴)的旋转而引起的科里奥利力运动离开MEMS装置平面(例如，沿z-轴方向)。在一个实施例中，尽管弹簧可以沿着驱动轴线为部分地柔性的，但是弹簧可以具有足够的宽度(例如，沿着x-轴轴线)，以使得每个杠杆臂响应于它的相关联的驱动质量的相应的运动被沿着驱动轴线拉动。

[0035] 在一个实施例中，杠杆臂中的每一个可以通过被锚固和悬挂成使得在MEMS装置平面内引起平面内旋转而将沿着第一轴线(例如，图2中的x-轴)施加的驱动运动转换成沿着垂直轴的感测驱动运动。尽管合适的杠杆臂可以包含以合适的方式悬挂的多个互连的质量和弹簧以将驱动运动转换成垂直的感测驱动运动，但是在一个实施例中，每个杠杆臂可以通过弹簧悬挂在相应的锚固件上，所述弹簧在杠杆臂的大约中心处并且沿着在陀螺仪未被驱动时(例如，如图2中所示)与驱动解耦弹簧的共用轴线定位。因此，悬挂弹簧210a可以与驱动解耦弹簧206a共用轴线并且将杠杆臂212a悬挂在锚固件208a上，悬挂弹簧210b可以与驱动解耦弹簧206b共用轴线并且将杠杆臂212b悬挂在锚固件208b上，悬挂弹簧210c可以与驱动解耦弹簧206c共用轴线并且将杠杆臂212c悬挂在锚固件208c上，并且悬挂弹簧210d可以与驱动解耦弹簧206d共用轴线并且将杠杆臂212d悬挂在锚固件208d上。如本文中所描述的，杠杆臂至驱动解耦弹簧和锚固件(经由悬挂弹簧)的相应的联接可以使每个杠杆臂响应于由驱动质量经由驱动解耦弹簧施加的驱动运动在MEMS装置平面中围绕它的锚固件旋转。每个杠杆臂围绕每个相应的锚固件的旋转可以在每个杠杆臂的端部处引起运动，所述运动在MEMS装置平面中沿着y-轴。

[0036] 每个杠杆臂可以经由一个或多个联接器联接至一个或多个检测质量。在一个实施例中，每个杠杆臂可以在杠杆臂的每个端部处联接至检测质量，以使得在图2的实施例中，杠杆臂212a经由检测质量弹簧214a联接至检测质量216a并经由检测质量弹簧214b联接至检测质量216b，杠杆臂212b经由检测质量弹簧214a联接至检测质量216a并经由检测质量弹簧214b联接至检测质量216b，杠杆臂212c经由检测质量弹簧214c联接至检测质量216c并经由检测质量弹簧214d联接至检测质量216d，并且杠杆臂212d经由检测质量弹簧214c联接至检测质量216c并经由检测质量弹簧214d联接至检测质量216d。虽然来自每个驱动质量的每一驱动运动可以与其它驱动质量分离，但是在一个实施例中，可以协调这些驱动运动，以使得杠杆臂基于联接至每个检测质量的每对杠杆臂是共同地以顺时针方式旋转还是以逆时针方式旋转而使每个检测质量沿正y-方向或负y-方向运动。可以以驱动频率反相地驱动所述驱动质量，以驱动所述杠杆臂和检测质量而使其以驱动频率振荡(对于杠杆臂，是旋转地进行振荡，对于检测质量则是线性地进行振荡)。

[0037] 当检测质量被沿y-轴驱动时，它们可能由于围绕垂直于感测驱动轴线的轴线的旋转而经历科里奥利力，并且陀螺仪结构在构造方面允许检测质量的运动。在图2的示例性陀螺仪设计中，检测质量可能响应于围绕测量轴线(例如，x-轴)的旋转而经历平面外科里奥利力(例如，沿着z-轴)，其中科里奥利力的方向基于感测驱动运动的方向(例如，y-轴)以及围绕测量轴线(例如，x-轴)的旋转的方向。可以以任何合适的方式(比如静电感测、压电感测或光学感测)感测检测质量的离开MEMS装置平面的运动。在静电感测的示例性实施例中，一个或多个感测电极可以平行于检测质量定位(例如，在检测质量下方的基质上)以与检测质量形成电容器，其电容基于每个检测质量与它的相关联的感测电极之间的相对距离变化。在图2的示例性实施例中，可以不同地感测电容的变化。如本文中所描述的，基于本文中所描述的示例性陀螺仪的驱动模式和构造，一个或多个质量的远离基质的平面外运动可以对应于一个或多个检测质量中的另一个的朝向基质的平面外运动。

[0038] 图2的示例性陀螺仪可以包含两个类似的陀螺仪部分，每个陀螺仪部分包含相同数量和构造的驱动质量、杠杆臂、以及检测质量。尽管在图2中示出两个驱动质量、杠杆臂以及检测质量，但是应当理解的是，在其它实施例中，其它数量和构造的检测质量可以为可能的。在图2的示例性实施例中，每个陀螺仪部分包含相应的驱动系统(例如，包含两个驱动质量、两个驱动解耦弹簧、两个杠杆臂、以及两个悬挂弹簧)以及相应的感测系统(例如，包含两个感测弹簧和两个检测质量)。联接弹簧218可以将两个陀螺仪部分联接在一起，以使得尽管驱动质量的驱动运动彼此分离并且驱动运动与感测驱动运动和科里奥利响应二者分离，但这些陀螺仪部分的驱动感测运动和科里奥利响应相耦合。

[0039] 图3示出根据本公开的实施例的原理图，其示出图2的陀螺仪相应于驱动运动的响应。图3示出图2的陀螺仪在以驱动频率施加的两个反相驱动模式中的第一个中的驱动运动。在一个实施例中，可以反相地驱动每个驱动系统的相应的驱动质量，以使得当驱动质量中的某些沿正x-方向运动给定的距离时(例如，对于图2中所示的运动，驱动质量202b和202c)，其它驱动质量沿负x-方向运动给定的距离(例如，驱动质量202a和202d)。进一步，可以协调相应的驱动系统的驱动质量的致动，以使得驱动运动引起相应的杠杆臂和检测质量的类似的运动(例如，使得检测质量216a和216d沿着y-轴以相同的方向和距离运动，以及使得检测质量216b和216c沿着y-轴以相同的方向和距离运动)。虽然驱动质量中的每一个的运动可以分离，但是可以基于检测质量的通过相应的杠杆臂进行的共同的联接(例如，检测质量216a和216b的通过杠杆臂212a和212b的运动耦合的运动以及检测质量216c和216d的通过杠杆臂212c和212d的运动耦合的运动)以及通过陀螺仪部分之间的通过检测质量216b与216c之间的联接弹簧218进行的联接而维持感测模式中的耦合。

[0040] 在图3的实施例中，当通过致动器204a使驱动质量202a沿负x-方向运动时，通过致动器204b使驱动质量202b沿正x-方向运动，通过致动器204c使驱动质量202c沿正x-方向运动，并且通过致动器204d使驱动质量202d沿负x-方向运动。在以驱动频率进行的反相驱动运动的其它部分期间，每个质量将沿相反方向运动。图3中所示的驱动运动使杠杆臂212a和212b围绕相应的锚固件208a和208b以顺时针方式旋转，以及使杠杆臂212c和212d围绕相应的锚固件208c和208d以逆时针方式旋转。响应于与图3中所示的驱动运动相反的驱动运动，杠杆臂的旋转将围绕相应的锚固件沿相反的方向(例如，杠杆臂212a和212b的逆时针旋转以及杠杆臂212c和212d的顺时针旋转)。如图3中所示，杠杆臂212a的顺时针旋转沿正y-方向拉动检测质量216a并沿负y-方向推动检测质量216b，杠杆臂212b的顺时针旋转沿正y-方向推动检测质量216a并沿负y-方向拉动检测质量216b，杠杆臂212c的逆时针旋转沿负y-方向推动检测质量216c并沿正y-方向拉动检测质量216d，并且杠杆臂212d的逆时针旋转沿负y-方向拉动检测质量216c并沿正y-方向推动检测质量216d。驱动质量的驱动运动的相反的方向将引起检测质量的相反方向的运动。每个陀螺仪部分的检测质量中的每一个的感测驱动运动通过至杠杆臂的联接器耦合，并且陀螺仪部分之间的感测驱动运动通过联接弹簧
218耦合。

[0041] 图4A示出根据本公开的实施例的原理图，其示出图2的陀螺仪的响应于围绕滚转轴线的角速度的平面外感测响应的俯视图，而图4B示出根据本公开的实施例的原理图，其示出图2的陀螺仪的响应于围绕滚转轴线的角速度的平面外感测响应的立体图。在图4A和4B的示例性实施例中，所示运动基于图3中所示的驱动和感测驱动运动。

[0042] 图4A和4B示出感测电极220a、220b、220c以及220d，每个感测电极与检测质量216a、216b、216c以及216d中的相应的一个相关联。如关于图4A的x-轴所示出的，示出围绕陀螺仪的滚转轴线具有角速度的旋转，其中旋转轴线垂直于检测质量中的每一个的y-轴感测驱动运动。沿正z-方向的科里奥利力将由检测质量216a的旋转和正y-轴感测驱动运动产生，沿负z-方向的科里奥利力将由检测质量216b的旋转和负y-轴感测驱动运动产生，沿负z-方向的科里奥利力将由检测质量216c的旋转和负y-轴感测驱动运动产生，并且沿正z-方向的科里奥利力将由检测质量216d的旋转和正y-轴感测驱动运动产生。响应于科里奥利力和驱动模式，在感测谐振模式中沿着z-轴激发检测质量。

[0043] 如图4B中所示，这些科里奥利力在感测谐振模式中引起杠杆臂212b和212d的旋转(例如，围绕驱动解耦弹簧206a、206b、206c以及206d)以及检测质量的相对于感测电极的差动运动。尽管未在图4B中示出，检测质量216a和216b上的科里奥利力将使杠杆臂212a以与杠杆臂212b类似的方式旋转，并且检测质量216c和216d上的科里奥利力将使杠杆臂212c以与杠杆臂212d类似的方式旋转。检测质量216a与感测电极220a之间的电容将与检测质量216b与感测电极220b之间的电容的增加成比例地减小，同时检测质量216d与感测电极220d之间的电容将与检测质量216c与感测电极220c之间的电容的增加成比例地减小。由于陀螺仪部分之间的通过检测质量216b、联接器218以及检测质量216c进行的联接，陀螺仪部分的检测质量系统中的每一个的感测模式相耦合并且成比例地运动，从而进一步提高所感测的电容的准确度。

[0044] 如图4B中所示，基于驱动运动与感测运动之间的由驱动解耦弹簧206a、206b、206c以及206d提供的解耦，驱动质量202a、202b、202c以及202d可以不响应于科里奥利力。在如本文中所描述的实施例中，驱动解耦弹簧可以允许杠杆臂的围绕y-轴的扭转运动，同时进行悬挂、驱动运动，杠杆臂的旋转没有被平移至驱动质量(例如，经由驱动解耦弹簧)则防止任何非驱动运动被传递至杠杆臂和检测质量。

[0045] 图3、4A、以及4B中所描述和示出的驱动模式和感测模式可以为平衡的，以使得两者都不施加线性扭矩或角扭矩。以这种方式，能量可以不通过锚固件泄漏，这可以使得能够实现不依赖于模具附接的谐振器品质因数。在某些实施例中，这可以允许使用用于感测器安装的适当的粘合剂(例如，更软的粘合剂)，其可以减轻包装对感测器的性能的影响。由于平衡的驱动模式和平衡的感测模式，比如线性加速度、角加速度以及角速度这样的外力(亦即，围绕除了测量轴线之外的轴线)可以不被耦合至驱动质量、杠杆臂或检测质量，这可以更准确地测量围绕测量轴线的角速度。在一个实施例中，共模与差模之间的频率差可以显著地大于差模频率除以品质因数，以使得模式大致上耦合。结果，制造的非理想性或构件磨损可以对对外力的灵敏度具有有限的影响。

[0046] 图5示出根据本公开的某些实施例的示例性陀螺仪设计。与图2-4中所描述的那些元件类似的元件在图5中被类似地编号并且以类似的方式运行。如图5中所示，在一个实施例中，可以不必将驱动运动直接地施加于杠杆臂212a、212b、212c以及212d中的每一个上。例如，可以将驱动运动施加于陀螺仪部分中的每一个的杠杆臂中的一个(例如，杠杆臂212a和212c)上，而经由检测质量216a、216b、216c、以及216d、检测质量弹簧214a、214b、214c、
214d以及联接弹簧218间接地驱动其它杠杆臂(例如，212b和212d)。以这种方式，杠杆臂
212b和212d可以继续提供相应的检测质量之间的耦合并限制所述检测质量的运动(例如，基于围绕锚固件208b和208d的旋转运动)。

[0047] 尽管未在图2-5中示出，但是应当进一步理解的是，可以根据本公开提供和实施另外的设计变形。在一个实施例中，多个驱动质量可以与每个杠杆臂相关联，以便于杠杆臂的平面内和平面外旋转运动。驱动质量和锚固件可以位于相对于杠杆臂的任何合适的位置处(例如，位于杠杆臂外部的驱动质量以及位于杠杆臂之间的锚固件)，并且可以设置各种驱动解耦弹簧(例如，包含多个弹簧和或质量)以便于陀螺仪的驱动和感测运动的分离。在某些实施例中，本公开的陀螺仪可以具有单个陀螺仪部分(例如，单个驱动系统和单个感测系统)或额外的(例如，四个)陀螺仪部分。例如，陀螺仪可以包含如本文中所描述的额外的多组结构，比如图2-5的进一步联接至彼此的多个陀螺仪。示例性实施例可以将杠杆臂中的一个或多个联接至另一个陀螺仪部分的杠杆臂，或者将检测质量中的一个或多个联接至另一个陀螺仪的另外的检测质量。

[0048] 图6示出根据本发明的实施例的平面外感测MEMS陀螺仪装置的示例说明性MEMS装置层。尽管图6中的构件的编号通常可以符合图2-5中的类似的零件的编号，但是应当理解的是，图6的构件根据本公开可以以各种不同的方式构造，并且来自图6中所示出和描述的结构的合适的修改、添加、或移除可以按照如本文中所描述的内容来进行，或者按照本领域普通技术人员所理解的方式来进行。

[0049] 在一个实施例中，图6的MEMS陀螺仪可以包含多个固定的锚固部分，包含框架部分230和中心部分222。框架部分230可以为固定的并且可以围绕MEMS层的可动的构件。多个锚固件(例如，在框架部分230的四个角中的每一个处以及在框架部分230的中心水平点处)可以从下面的基质层延伸并且可以固定地附接至框架部分230的MEMS部分。在一个实施例中，框架部分可以提供这样的区域：围绕该区域与MEMS陀螺仪的其它层(例如，下面的基质层和盖层，其各自具有形成于其中的腔以容纳MEMS装置层的可动的构件)形成气密密封。中心部分222可以位于陀螺仪部分中的每一个的内部处，位于陀螺仪部分中的每一个的驱动质量之间以及陀螺仪部分中的每一个的检测质量之间。中心部分222可以经由一个或多个锚固件锚固至基质，并且在某些实施例中，可以联接至盖的或基质层的延伸至MEMS装置平面的部分。框架部分230和中心部分222中的每一个可以为MEMS装置平面的可动的结构提供额外的稳定性，并且在某些实施例中，可以用来限制可能对沿期望的(例如，驱动或感测驱动)方向的运动产生阻力的气隙，可以限制可动的MEMS构件的在期望的运动方向之外的运动，并且可以提供空间的填充物，以使得蚀刻负载不会在芯片中很大程度地变化。

[0050] 驱动质量锚固件228a/228b/228c/228d及驱动质量联接弹簧226a/226b/226c/226d可以将相应的驱动质量202a/202b/202c/202d中的每一个悬挂并附接于MEMS装置平面内。驱动质量锚固件可以固定至基质并且可以延伸至MEMS装置平面中，而驱动质量联接弹簧可以为折叠式弹簧元件，其被构造成沿着驱动轴线(例如，x-轴)为柔性的并且沿着其它轴线(例如，y-轴和z-轴)为刚性的。以这种方式，通常可以限制驱动质量除了沿驱动轴线之外进行运动，从而防止驱动运动、感测驱动运动以及感测运动的耦合。进一步，驱动质量中的每一个可以紧邻中心部分222以及来自驱动质量锚固件的延伸部定位，从而进一步限制驱动质量除了沿着驱动轴线之外进行运动。

[0051] 在图6的示例性实施例中，驱动质量202a/202b/202c/202d中的每一个具有形成于其中的两个腔，其中每个腔具有用于与位于其中的梳状驱动静电致动器接合的梳。例如，驱动质量202a在其中具有两个腔，所述两个腔中的每一个具有位于其中的多个锚固的静电致动器204a，用于使驱动质量202a沿驱动质量202a的x-轴驱动方向中的一个运动。当静电致动器204a使驱动质量202a沿第一驱动方向(例如，沿负x-方向)运动时，类似地构造的静电致动器204b可以使驱动质量202b沿正x-方向运动，类似地构造的静电致动器204c可以使驱动质量202c沿正x-方向运动，并且类似地构造的静电致动器204d可以使驱动质量202d沿负x-方向运动。当静电致动器204a使驱动质量202a沿第二驱动方向(例如，沿正x-方向)运动时，类似地构造的静电致动器204b可以使驱动质量202b沿负x-方向运动，类似地构造的静电致动器204c可以使驱动质量202c沿负x-方向运动，并且类似地构造的静电致动器204d可以使驱动质量202d沿正x-方向运动。

[0052] 在图6的示例性实施例中，驱动解耦弹簧206a/206b/206c/206d可以将驱动质量202a/202b/202c/202d中的每一个连接至相关联的杠杆臂212a/212b/212c/212d。驱动解耦弹簧中的每一个可以被构造成使得例如通过沿驱动方向维持驱动解耦弹簧的足够的纵横比而将施加于驱动质量上的驱动运动传递至杠杆臂，以使得驱动质量沿驱动方向有效地拉动杠杆臂。在一个实施例中，驱动解耦弹簧可以具有足够的扭转柔量，以使得杠杆臂的任何平面外运动(例如，响应于施加于检测质量上的平面外科里奥利力)不被耦合至驱动质量。
以这种方式，驱动运动、感测驱动运动以及感测运动可以保持分离。在一个实施例中，驱动解耦弹簧206a/206b/206c/206d中的每一个可以以足够的间隙位于相应的驱动质量锚固件
228a/228b/228c/228d的延伸部之间，以适应驱动解耦弹簧的沿驱动方向的运动以及驱动解耦弹簧的任何扭转运动。

[0053] 杠杆臂212a/212b/212c/212d中的每一个可以经由相应的悬挂弹簧210a/210b/210c/210d在杠杆臂的中心点处以及在与驱动解耦弹簧206a/206b/206c/206d的共用轴线上联接至相应的锚固件208a/208b/208c/208d。当相应的驱动解耦弹簧沿着x-轴驱动轴线沿一个方向拉动杠杆臂时，致使杠杆臂在MEMS装置平面内围绕锚固件旋转。可以协调驱动质量的相应的运动方向，以使得陀螺仪部分的驱动系统的驱动质量中的每一个沿相同(顺时针或逆时针)方向旋转。例如，当驱动解耦弹簧206a沿第一方向(例如，沿负x-方向)拉动杠杆臂212a时，杠杆臂212a将围绕锚固件208a以顺时针运动旋转。同时，驱动解耦弹簧206b沿正x-方向拉动杠杆臂212b，从而引起杠杆臂212b的顺时针旋转，驱动解耦弹簧206c沿正x-方向拉动杠杆臂212c，从而引起杠杆臂212c的逆时针旋转，并且驱动解耦弹簧206d沿负x-方向拉动杠杆臂212d，从而引起杠杆臂212d的逆时针旋转。类似地，当驱动解耦弹簧206a沿第二方向(例如，沿正x-方向)拉动杠杆臂212a时，杠杆臂212a将围绕锚固件208a以逆时针运动旋转。同时，驱动解耦弹簧206b沿负x-方向拉动杠杆臂212b，从而引起杠杆臂212b的逆时针旋转，驱动解耦弹簧206c沿负x-方向拉动杠杆臂212c，从而引起杠杆臂212c的顺时针旋转，并且驱动解耦弹簧206d沿正x-方向拉动杠杆臂212d，从而引起杠杆臂212d的顺时针旋转。除了基于控制驱动质量中的每一个的驱动方向来协调杠杆臂的相对运动之外，这些运动经由联接弹簧218耦合，该联接弹簧经由检测质量216b和216c连接两个陀螺仪部分。

[0054] 杠杆臂212a/212b/212c/212d中的每一个经由两个检测质量弹簧连接至两个检测质量(例如，杠杆臂212a经由检测质量弹簧214a连接至检测质量216a并经由检测质量弹簧214b连接至检测质量216b，杠杆臂212b经由检测质量弹簧214a连接至检测质量216a并经由检测质量弹簧214b连接至检测质量216b，杠杆臂212c经由检测质量弹簧214c连接至检测质量216c并经由检测质量弹簧214d连接至检测质量216d，并且杠杆臂212d经由检测质量弹簧
214c连接至检测质量216c并经由检测质量弹簧214d连接至检测质量216d)。检测质量弹簧中的每一个沿y-方向为相对刚性的，以使得每个杠杆臂的端部处的响应于杠杆臂的旋转的y-轴运动致使检测质量沿y-方向运动。由于每个检测质量在它的端部中的每一个处联接至相应的杠杆臂，因此进一步限制检测质量的沿仅仅y-方向的运动。

[0055] 在如本文中所描述的示例性实施例中，当杠杆臂212a和212b沿顺时针方向旋转时，这将使检测质量216a沿正y-方向运动并且使检测质量216b沿负y-方向运动。同时，杠杆臂212c和212d将沿逆时针方向旋转，从而使检测质量216c沿负y-方向运动并且使检测质量216d沿正y-方向运动。当杠杆臂212a和212b沿逆时针方向旋转时，这将使检测质量216a沿负y-方向运动并且使检测质量216b沿正y-方向运动。同时，杠杆臂212c和212d将沿顺时针方向旋转，从而使检测质量216c沿正y-方向运动并且使检测质量216d沿负y-方向运动。通过联接弹簧218进一步限制陀螺仪部分中的每一个的检测质量的运动，联接弹簧218被构造成沿y-方向为刚性的，以使得检测质量216b和216c通常应当一致地运动，这也经由杠杆臂影响检测质量216a和216d的运动。

[0056] 检测质量216a/216b/216c/216d中的每一个可以与相应的平面内驱动感测电极224a/224b/224c/224d形成感测电容器。尽管可以基于各种合适的构件(例如，杠杆臂212a/
212b/212c/212d)的测量运动以各种合适的方式(例如，压电感测、电容感测、光学感测等等)执行驱动感测，但是在一个实施例中，可以通过相应的梳齿形成驱动感测，所述梳齿从检测质量216a/216b/216c/216d沿着y-轴(例如，沿感测驱动方向)延伸并且与锚固的驱动感测电极224a/224b/224c/224d的互补的梳相互交叉。当检测质量沿着y-轴运动时，每组驱动感测电极处的差动电容将以与检测质量的沿着y-轴的运动成比例的方式变化。可以在开环或闭环反馈系统中提供这些驱动感测信号，以调节提供至驱动电极204a/204b/204c/
204d的信号，例如，以更好地平衡施加于驱动质量上的驱动运动或调节由驱动系统施加的整体运动程度。

[0057] 如本文中所描述的，当检测质量沿y-轴振荡时，围绕测量轴线(例如，围绕x-轴)的旋转可能沿着z-轴引起科里奥利力。因为陀螺仪部分中的每一个的两个检测质量总是沿相反方向运动，所以陀螺仪部分中的每一个的检测质量中的一个将沿正z-方向经历科里奥利力，而检测质量中的另一个将沿负z-方向经历科里奥利力，其中科里奥利力的相应的方向取决于检测质量的运动的y-轴方向以及围绕轴线的旋转方向。这将致使检测质量中的一个沿正z-方向运动离开平面而检测质量中的另一个沿负z-方向运动离开平面。这些力将经由附接至杠杆臂中的每一个的悬挂弹簧和驱动解耦弹簧的扭转运动使陀螺仪部分中的每一个的杠杆臂围绕y-轴旋转。在陀螺仪部分的驱动运动和/或联接弹簧连接陀螺仪部分的检测质量的实施例中，相应的陀螺仪的杠杆臂应当围绕y-轴旋转，以使得检测质量216a和216d一致地运动离开平面，并且以使得检测质量216b和216c一致地运动离开平面。

[0058] 图6还示出与相应的检测质量216a/216b/216c/216d相关联的感测电极220a/220b/220c/220d。感测电极中的每一个可以固定于陀螺仪的另一层上(例如，位于检测质量下方的平行的基质层上)。感测电极中的每一个可以与它的相关联的检测质量形成电容器，并且可以具有基于感测电极与相关联的检测质量之间的z-轴距离而变化的电容。可以确定对在相应的感测电极处感测的电容的差动测量，并且基于已知的相关性和比例因子，可以基于检测质量的运动确定角速度。

[0059] 在一个实施例中，本文中所描述的陀螺仪设计可以具有感测和驱动频率，其在系统中为最低模式。以这种方式，陀螺仪可能能够承受由于冲击、振动或其它类似原因所引起的更大的外力，比如线性加速度、角加速度或角速度(亦即，围绕除了测量轴线之外的轴线)。所设计的驱动频率和感测频率(例如，28kHz的驱动频率，27.1kHz的未减弱的感测谐振器频率，以及25.2kHz的感测频率)可以使得感测灵敏度s相对于感测间隙g的导数(亦即，ds/dg)名义上为零。结果，感测器灵敏度在陀螺仪运行寿命期间对检测间隙中的环境或其它寿命变化可以为稳健的。这种情况可以表达如下：

[0060]

[0061] 其中：

[0062] fs＝静电地减弱的感测谐振器频率；

[0063] fs0＝未减弱的感测谐振器频率；以及

[0064] fd＝驱动频率。

[0065] 如果间隙g增加，则静电减弱减小，并且驱动模式与感测模式之间的频率减小，从而使增益因子较大。较大的增益因子可能引起较大的机械振幅，这继而可能引起补偿电容的减小的较大的机械振幅。总的来说，感测器的灵敏度对于检测间隙的变化保持恒定。

[0066] 前面的描述包含根据本公开的示例性实施例。这些示例仅仅是为了示例说明的目的而不是为了限制的目的被提供。应当理解的是，本公开可以以与本文中明确地描述和示出的那些形式不同的形式实施，并且本领域普通技术人员可以实施与以下权利要求一致的各种修改、优化以及变形。

[0067] 应当理解的是，质量、弹簧、杠杆、锚固件、电极以及类似构件的构造仅仅为示例性的，并且可以以合适的方式组合来自多个附图的各种构造。将进一步理解的是，其它合适的修改、添加、移除、优化或变形可以由本领域普通技术人员实施或按照本文中所描述的实施。