本公开涉及具有多个移动质量块的微机电系统(MEMS)装置。
背景技术：
陀螺仪(有时简称为“gyros”)是对旋转敏感的装置，因此可用于检测旋转。微机电系统(MEMS)陀螺仪典型地包括可移动主体，有时称为“检测质量块”，电信号被施加在该移动体上以产生主要沿特定轴的运动。这被称为驱动检测质量块，并且驱动检测质量块的轴有时被称为“驱动轴”。当陀螺仪旋转时，检测质量块会沿着与驱动轴不同的轴进行移动，有时也称为传感轴。对于一些MEMS陀螺仪，旋转会使检测质量块沿感应轴线性移动。对于其他人，旋转会导致检测质量块旋转。检测质量块沿传感轴的运动被检测，提供陀螺仪所经历的旋转的指示。
一些MEMS陀螺仪包括机械耦合在一起的多个检测质量块。检测质量块可以耦合在一起，试图提供同步运动，同时抑制传感轴或驱动轴上的不希望的运动。
技术实现要素：
微机械惯性装置呈现为具有通过联接器耦合在一起的多个线性移动质量块，当耦合的质量块呈现线性反相运动时，联接器以线性方式移动。一些所述的联接器是弯曲的，并提供了耦合的质量块的两个运动自由度。一些这样的联接器位于耦合的质量块之间。在耦合的质量块的线性反相运动期间，使用布置成在线性相反方向上移动的多个联接器提供动量平衡操作。
在某些实施方案中，提供具有多个耦合的质量块的微机电系统(MEMS)装置，包括：第一和第二检测质量块，均配置为线性移动；和联接器，将所述第一和第二检测质量块耦合在一起并配置为当所述第一和第二检测质量块以线性反相运动移动时线性移动。
在某些实施方案中，提供同步质量块微机电系统(MEMS)陀螺仪，包括：第一、第二、第三和第四检测质量块，以平面检测质量块布置方式布置并耦合在一起。同步质量块MEMS陀螺仪还包括：弯曲联接器，设置在所述第一、第二、第三和第四检测质量块之间并与所述第一、第二、第三和第四检测质量块耦合，使得所述第一、第二、第三和第四检测质量块当所述联接器线性移动时呈现线性反相运动。
在某些实施方案中，提供一种操作具有多个耦合的质量块的微机电系统(MEMS)装置的方法，该方法包括：以反相运动线性移动第一检测质量块和第二检测质量块；和在所述第一和第二检测质量块以反相运动线性移动时，线性平移耦合所述第一和第二检测质量块的第一联接器。
在某些实施方案中，提供同步质量块陀螺仪，包括：设置在同一平面内的第一、第二、第三和第四检测质量块；弯曲联接器，与所述四个检测质量块在平面内并位于所述四个检测质量块之间，并将所述四个检测质量块以强制四个检测质量块线性反相运动的方式在一起。弯曲联接器包括在第一和第二检测质量块之间延伸的第一梁和在第二和第三检测质量块之间延伸的第二梁。第一梁和第二梁至少部分地由单向弹簧耦合在一起，该单向弹簧将第一梁的线性运动与第二梁的线性运动分离。
附图说明
将参考以下附图来描述本申请的各个方面和实施例。应该理解的是，附图不一定按比例绘制。出现在多个图中的项目在它们出现的所有图中用相同的参考数字表示。
图1根据非限制性实施方案描述具有线性移动耦合装置的质量块的联接器的平面多质量块微机电系统(MEMS)装置。
图2A根据非限制性实施方案以框图形式描述图1的装置的质量块在第一操作模式下的线性反相运动的示例。
图2B根据非限制性实施方案以框图形式描述图1的装置的质量块在第二操作模式下的线性反相运动的示例。
图3A是图1的装置的细节，描述耦合四个检测质量块并提供两个运动自由度的内部联接器。
图3B描述图3A的装置在第一操作状态期间的变形，其中检测质量块展现出沿x方向的线性反相运动。
图3C描述图3A的装置在第二操作状态期间的变形，其中检测质量块展现出沿y方向的线性反相运动。
图4A-4B描述与图3A-3B中示出的那些装置不同的图1的装置的不同细节的变形的两种不同状态，示出除了图3A-3B中所示的内部联接器之外的平衡联接器。
图5描述图1的装置的一个象限的细节，示出了该装置的对称性。
图6A-6C描述提供两个运动自由度的平面弯曲内联接器的可选配置。
图7描述图1的替代装置，其中枢转连杆直接耦合检测质量块。
图8根据非限制性实施方案示描述图1的替代装置，其中线性移动的联接器以不同的方式耦合枢转连杆。
图9根据本申请的非限制性实施方案描述可以采用本文描述的类型的MEMS装置的汽车。
具体实施方式
本申请的方面提供了运动传递和耦合机构，其被配置为允许或加强惯性微机电系统(MEMS)装置的耦合质量块之间的线性反相运动。在一些实施方案中，运动传递和耦合机构允许两个自由度(2DOF)。
根据本申请的方面，联接器放置在一个MEMS装置的四个检测质量块之间。联接器在两个解耦自由度上线性运动，并在两个不同的方向上实现四个耦合检测质量块的线性反相运动。联接器可以由与检测质量块相同的材料层制成，因此在至少一些情况下可以是平面联接器。联接器可以包括至少一个弯曲部分，以及一个或多个线性移动的栅栏梁。联接器在两个自由度上的线性运动可以通过弯曲部分来解耦。
根据本申请的方面，两个或更多个线性移动联接器在MEMS装置中结合使用以提供动量平衡操作，同时实现耦合质量块的线性反相运动。在某些情况下，联接器之一可以是位于耦合的检测质量块之间的内部联接器，并且一个或多个附加联接器可以位于耦合的检测质量块的外围或外部。联接器可以具有基本相同的质量块，但是可以构造成相反的方向线性移动，从而提供动量平衡操作。
各种MEMS装置可以实现在此描述的线性移动运动传递和耦合机构。例如，谐振器、陀螺仪和加速计可以使用在此描述的联接器。MEMS装置可以包括两个耦合的质量块、四个耦合质量块或其他合适数量的耦合质量块。作为非限制性示例，具有四个耦合质量块的同步质量块陀螺仪可以利用这里描述的各种类型的线性移动运动传递和耦合机构。根据本申请的一个实施例，一种同步质量块陀螺仪包括位于四个检测质量块之间并联接在一起的内部联接器。内联接器由与检测质量块相同的材料层构成，并以两个分离的运动方向线性运动，实现了耦合检测质量块的线性反相运动。内联接器因此可以在陀螺仪的驱动和感测两种操作模式中实施线性反相运动。在检测质量块排列的外围设置多个附加的线性移动联接器，以提供动量平衡操作。
图1示出了具有多个质量块的MEMS装置100，所述多个质量块通过联接器耦合在一起，所述联接器被配置为在耦合的质量块的线性反相运动期间线性移动。作为非限制性示例，MEMS装置100可以是同步质量块陀螺仪。
MEMS装置100包括四个检测质量块102a、102b、102c和102d。四个检测质量块102a-102d中的每一个通过两个系统106连接到四个梭104。在该非限制性示例中，枢转枢转连杆108与每个所示梭84相关联。枢转枢转连杆被配置成围绕枢轴点110在xy平面内枢转。MEMI装置100还包括三种类型的线性移动联接器112、114和116。联接器112位于两者之间并且联接在一起全部四个检测质量块102a-102d。联接器114连在一起两个相邻的检测质量块。例如，联接器114中的一个将检测质量块102a和102b连接在一起。在这个非限制性示例中，联接器116各自耦合到单个检测质量块。MEMS装置100包括联接器112的单个实例，联接器114的四个实例以及联接器116的四个实例。
联接器112、114和116全部强制执行检测质量块102a-102d的线性反相运动，这可以被认为是MEMS装置100的主要操作模式，并且都允许两个自由度(DOF)的议案。在该非限制性例子中，联接器112、114和116都允许在x方向和y方向上运动。
检测质量块102a-102d可以具有任何合适的尺寸和形状，并且可以由任何合适的材料形成。在一些实施方案中，检测质量块102a-102d基本上是矩形的，并且在一些实施例中基本上是正方形的。它们可以由硅或其他合适的材料形成。在至少一些实施例中，检测质量块102a-102d可以是基本相同的。
梭104是可移动的，并且也是可选的。可以包括它们以通过抵抗与期望运动正交的运动来抑制驱动力的错位和/或传感力的错位(假定MEMS装置100是陀螺仪)。但是，并不是所有的实施例都包括这种梭子。一些实施例包括检测质量块，枢转枢转连杆和线性移动联接器，但是没有梭子。在这样的实施例中，检测质量块可以直接联接到枢转枢转连杆。而且，梭子可以采取各种形式，并且图1所示的形式是非限制性的例子。下面结合图7描述一个替代方案。
如图1所示，检测质量块102a-102d通过系链106连接到梭104，系链106可以采取任何合适的形式，例如直弯曲梁。作为替代方案，系链106可以被系链折叠。耦合到检测质量块的系统106可以具有合适的配置，以允许检测质量块在两个方向上运动，例如沿着x方向和y方向。
包括枢转枢转连杆108以减少或完全消除正交，并且可以被认为是正交抑制机构的一个示例。正交是检测质量块在与驱动运动正交的方向上的运动，理想情况下与Coriolis响应相差90°。典型地，正交是不希望的，因为陀螺仪可能不能区分由正交产生的电信号和由旋转产生的电信号，因此陀螺仪在检测旋转时的精度可能受到正交的负面影响。
每个示出的枢转枢转连杆108包括通过连接器111连接的两个部分109a和109b。枢转枢转连杆108的两个部分109a和109b可以具有基本相等的长度。当连接器111是直的时，枢转枢转连杆的两个部段109a和109b与连接器111结合形成基本刚性的杆。当梭从给定的枢转枢转连杆线性移开时，枢转枢转连杆可弯曲(或弯曲)，因为连接器111可弯曲。枢转枢转连杆108可以响应于梭104被驱动以及响应于由于遇到Coriolis而移动的梭104而围绕枢转点110枢转。然而，连接器111可抵抗扭转和/或剪切，从而防止枢转枢转连杆的倾斜并防止梭104(和连接到其的质量块)的旋转。枢转枢转连杆108通过禁止梭子(和与其连接的质量块)的不希望的旋转或倾斜而减小或防止陀螺仪完全正交运动，同时允许期望的线性运动。
联接器112、114和116以线性方式移动以允许或加强检测质量块102a-102d的线性反相运动。检测质量块的线性反相运动在图2A和2B中以简化的框图形式示出。为了解释的目的，假设MEMS装置100是陀螺仪，并且x轴表示驱动检测质量块102a-102d的驱动轴线，其中y轴表示检测质量块102a-102d响应于与MEMS装置100在页面平面中的旋转相关联的Coriolis力而沿其移动的检测轴。
图2A以框图形式示出了检测质量块102a-102d的驱动操作模式的反相运动的示例，根据非限制性实施方案。如图所示，检测质量块102a-102d的运动是反相的，因为四个质量块中的任何一个质量块的运动与两个直接相邻质量块的运动方向相反。在所示的非限制性示例中，检测质量块102a和102d沿x方向线性移动，而检测质量块102b和102c沿负x方向线性移动。运动可能是同步的，其中一个检测质量块的运动可能导致其他运动。
图2B以框图的形式示出了检测质量块102a-102d在感测模式下的反相运动的例子，根据非限制性实施方案。所示的运动再一次是反相的。在该非限制性例子中，检测质量块102a和102d在负y方向上线性移动，而检测质量块102b和102c在y方向上线性移动。此外，运动可能是同步的，因为其中一个检测质量块的运动可能导致其他运动。
尽管图2A-2B示出了检测质量块在上下和左右方向上的线性运动，但是应当理解，这种运动的任何组合可以由MEMS装置来实现。例如，除了其它可能性之外，检测质量块的运动可以沿着对角线方向(例如，与x和y轴成45度)。例如，驱动轴可以与x轴成45°，并且感应轴可以与x轴成135°。其他方向是可能的。而且，虽然图2A被描述为涉及驱动操作模式并且图2B是感测模式，但是应该理解，驱动方向和感测方向可以颠倒。一般来说，应该理解的是，图2A-2B仅仅表示可以由具有四个可移动质量块的MEMS装置来实现的线性反相运动的示例，并且运动的方向和驱动和感测模式的指定可以采取各种形式。
联接器112和114优先考虑检测质量块102a-102d的反相运动，同时拒绝检测质量块的共模和旋转运动等杂散模式。这样，MEMS装置可能对线性加速度和角加速度基本不敏感或不受影响，从而提供MEMS装置作为陀螺仪的更精确的操作。联接器112和114可以通过对MEMS装置的模式进行模式排序来实施线性反相运动，使得那些易受外力影响的模式的频率明显高于期望的操作模式。以这种方式，杂散模式可能被拒绝。
再次参照图1，联接器112被放置在四个检测质量块102a-102d之间并联接。下面结合图3A进一步详细描述联接器112的结构。联接器112包括在四个锚之间包括多个梁的内弯曲(或“柔性”或“可弯曲”)部分，有效地形成弯曲正方形。这些梁在连接杆的方向上(例如，图3A中的杆306a-306d)是柔性的并且在正交方向上是刚性的。联接器112进一步包括四个从弯曲正方形的相应侧向外延伸的杆，所述四个杆在联接方向上基本上是刚性的，并且在正交方向上是柔性的。如将在下面结合图3A-3C进一步描述的那样，联接器112被配置为在正交方向上解耦线性运动，在这种情况下为x和y方向。也就是说，联接器沿x方向的运动不会引起联接器112沿y方向的运动，反之亦然。联接器112还独立地传递向外延伸的杆之间的运动，使得一个杆的线性运动沿相同的方向传递到相邻的杆，而不影响正交方向上的其他杆。虽然弯曲正方形有利于两个自由度的运动解耦，但是运动传递是通过包括质量块的联接器112的中心部分和在弯曲正方形内部形成内弯曲交叉的附加的八个弯曲部来实现的。类似于弯曲正方形，内部弯曲十字也有利于两个自由度的运动的解耦。
在所示的非限制性示例中，联接器112的四个基本上刚性的杆连接到枢转枢转连杆108。更具体地，在所示的示例中，联接器112的四个刚性杆中的每一个连接到两个枢转枢转连杆108中的每一个的一个区段。但是，联接器112的其它构造及其与检测质量块的连接是可能的，并且在下面进一步描述。
联接器114实际上是联接器112的一半，并且定位成联接两个检测质量块。它可以被认为是外部(或“外部”)联接器，因为它位于四个检测质量块102a-102d的布置的外围。有一个联接器114耦合检测质量块102a和102b，另一个联接器114耦合检测质量块102b和102d，另一个联接器114耦合检测质量块102a和102c，以及第四联接器114耦合检测质量块102c和102d。每个联接器114包括弯曲部分和基本刚性的杆。
联接器116实际上是联接器112的四分之一。联接器116包括单个锚，并被布置在检测质量块102a-102d的最外角处。
应该理解，联接器112,114和116是平面的。它们可以由与检测质量块102a-102d相同的材料形成。例如，图1中所示的所有结构可以通过从诸如硅的公共层或公共层堆叠中适当地构图来形成。因此，以联接器112为例，本申请的方面提供了一种平面线性移动联接器，其将多个检测质量块耦合在一起，以在两个解耦自由度上提供耦合的检测质量块的线性反相运动。下面结合图3A-3C提供进一步的细节。
MEMS装置100还包括设置在各个位置的锚118。在所示出的非限制性示例中有十六个锚，但是可以使用其他数字。锚可以是连接到下面基板的柱或其他结构。例如，MEMS装置100的所示结构可以由下面的硅基板形成并悬挂在其上方。锚118可以从图示的层延伸到下面的基板。
MEMS装置100还可以包括用于提供和检测信号的结构。例如，可以在合适的位置处设置钳(或驱动器)电极和感测(或拾取)电极。为了简化说明，没有示出那些结构。
图3A是图1的装置的细节，省略了MEMS装置100的一些结构以简化联接器112的图示和描述。检测质量块102a-102d仅部分示出，如非线性边界线所表示的那样。
如图所示，联接器112包括由配置在四个锚118之间的梁302a、302b、302c和302d形成的中央弯曲部分。内梁弯曲部分304设置在由梁302a-302d限定的边界内，并且提供它们之间的耦合。联接器112还包括四个杆306a、306b、306c和306d，它们从相应的梁302a-302d向外突出。杆306a-306d被配置为选择性地刚性的，沿着单个轴线耦合线性运动。如将在下面结合图3B和3C进一步描述的，杆306a和306c沿着y方向线性地移动，并且杆306b和306d沿着x方向线性地移动。沿着x方向和y方向的运动通过梁302a-302d和内部弯曲横梁304的配置彼此分离。以这种方式，联接器112提供两个线性运动的解耦自由度。
弯曲正方形将驱动和感应运动分开。检测质量块102a-102d之间的运动的耦合和传递由棒306a-306d提供。例如，从杆306a到杆306c的运动的传递通过由质量块和将质量块连接到弯曲正方形的梁形成的内侧弯曲横梁304来实现。由间隙308a、308b、308c、308d、308e、308f、308g和308h分隔的形成内侧十字的梁在一个方向上是顺应性的并且在正交方向上是刚性的，使得当运动在一个方向不影响正交运动。因此，杆306a和306c的运动不会干扰杆306b和306d的平衡。类似地，杆306b和306d的运动不会妨碍杆306a和306c平衡。
图3B示出了图3A的装置在第一操作状态期间的变形，其中检测质量块呈现沿x方向的线性反相运动。作为示例，当检测质量块沿x方向驱动时，所示出的动作可以代表MEMS装置的驱动操作模式。然而，应该认识到，如之前结合图2A-2B所描述的，作为驱动或感测模式的指定可以颠倒而不是限制。而且，这里描述的线性移动联接器可以用于不具有驱动模式的装置，但是其中仍然期望实施耦合的检测质量块的线性反相运动。该图中的运动方向以及图3C、4A和4B中的运动方向用粗箭头表示。
在所示的变形状态下，检测质量块102a和102d相对于它们的平衡位置在正x方向上向右移动。检测质量块102b和102c已经从其平衡位置向负x方向向左移动。联接器112的梁302a和302c沿正y方向向上弯曲。结果，联接器112的杆306a和306c从其平衡位置沿正y方向移位。联接器112的内弯曲横截面304也从其平衡位置沿正y方向移动，将运动从杆306a转移到杆306c。
当检测质量块102a-102d颠倒它们各自的方向时，联接器112也这样做。也就是说，当检测质量块102a和102d从它们的平衡位置向负x方向移位并且检测质量块102b和102c从它们的平衡位置沿正x方向移位，联接器112的梁302a和302c将在负y方向向下弯曲，从而使联接器112的杆306a和306c沿负y方向移动。
当杆306a和306c作为所示操作的一部分线性移动时，如图所示，它们连接到的枢转枢转连杆围绕它们各自的枢转点110旋转，因此质量块102a和102b向外以x-方向和质量块102c和102d沿x方向向内，从而确保同步的反相操作。
应该注意的是，在图3B的变形状态下，联接器112不在x方向上偏转。相反，联接器112的偏转沿着y方向，梁302b和302d以及杆306b和306d保持基本上或完全静止。因此，联接器112在y方向上的运动与联接器在x方向上的任何运动分离。该特征进一步便于提供检测质量块102a-102d的同步反相运动。此外，应该注意的是，检测质量块102a-102d沿着与联接器112的运动正交的方向线性地移动。这是由于枢转枢转连杆108，其将一个方向上的线性运动(例如，检测质量块沿一个方向的线性运动)转换为正交方向的线性运动(例如，联接器沿着与检测质量块正交的方向的线性运动)。
图3C示出了图3A的装置在第二操作状态期间的变形，其中检测质量块展现出沿y方向的线性反相运动。作为非限制性示例，示出的变形可以表示MEMS装置的感测操作模式。这里，检测质量块102a和102d相对于其平衡位置在正y方向上移位，并且检测质量块102b和102c从其平衡位置在负y方向上移位。
联接器112的梁302b和302d沿正x方向偏转或弯曲。因此，杆306b和306d从其平衡位置沿正x方向线性移动。需要说明的是，联接器112的梁302a、302c和杆件306a、306c在该运行模式下不动，进一步说明联接器112的x、y方向直线运动的解耦方式。
当检测质量块102a-102d颠倒它们各自的方向时，联接器112也这样做。也就是说，当检测质量块102a和102d从它们的平衡位置沿负y方向移位并且检测质量块102b和102c从它们的平衡位置沿正y方向移位，联接器112的梁302b和302d将在负x方向向左弯曲，从而使联接器112的杆306b和306d沿负x方向移动。
考虑图3A-3C，应该理解的是，联接器112是弯曲的或可弯曲的联接器，定位在四个检测质量块102a-102d之间并以提供线性同步反相运动的方式将检测质量块。所提供的两个运动自由度(在图3A-3C的非限制性示例中的x方向和y方向上)彼此分离。
值得注意的是，联接器112位于四个耦合检测质量块102a-102b之间，而不是位于检测质量块排列的周边。以这种方式，联接器112可以在其上形成有MEMS装置100的芯片上节省空间。此外，微加工缺陷的一些影响可能会减少或消除。用于制造微机械装置(例如光刻和蚀刻)的微制造技术经常在晶片或芯片/芯片上变化。因此，放置在检测质量块排列外围的联接器可能会有不同的尺寸。相比之下，联接器112相对紧凑，并且不延伸越过芯片的较大距离。因此，制造缺陷可能会减少。
尽管联接器112被示出为提供两个自由度，但是本文描述的可选联接器可以线性移动并且仅在一个自由度上实施联合检测质量块的线性反相运动。例如，省略联接器112的条306b和306d将导致联接器在x方向而不是在y方向上提供检测质量块102a-102d的同步反相运动。因此，例如，MEMS装置100的驱动操作模式可以被耦合，并且感测模式被解耦。或者，杆306a和306c可以省略。在这种情况下，联接器将在y方向上提供同步的线性反相运动，而不是在x方向上。虽然在一些实施例中可能希望使用两个自由度的联接器联接运动，但是替代实施例可以包括线性移动联接器，其在单一自由度上实施线性反相运动。
从图3B-3C可以看出，在一些实施例中，使用单个联接器112就足以实现耦合检测质量块102a-102d的线性反相运动。然而，联接器112本身的运动提供动量不平衡。例如，参照图3B，联接器112在正的y方向上提供净动量，而在图3C中，联接器112在正的x方向上提供净动量。在至少一些实施例中，这种非零动量可能是不期望的。因此，在一些实施例中可以使用动量平衡系统。
图4A图示了图1的装置的不同于图3A中所示的装置的细节，示出了除了图3A的细节中所示的内部联接器112之外的动量平衡联接器。动态平衡联接器是联接器114的一部分。如图所示，其包括位于两个锚118之间的梁402以及从联接器延伸离开并在检测质量块102a和102b之间延伸的杆406。联接器还包括通常由虚线框404示出的弯曲矩形。图4A的结构包括相同联接器结构的三个附加实例，包括联接器，联接器包括位于两个锚118之间的梁408，在检测质量块102c和102d之间以及由虚线框412大致示出的质量块结构。这些联接器在本文中可以被称为“外部联接器”，“外部联接器”或“端部由于它们相对于四个检测质量块102a-102d的布置而定位。在图4A-4B中，端联接件沿与联接器112的方向相同且相反的方向移动，提供动量平衡。如图1所示，相同的外联接器可以在正交方向上自由移动，从而平衡角联接器116的运动。
图4A示出了处于与图3B所示的操作模式对应的模式下的MEMS装置的变形状态。可以看出，除了之前结合图3B描述的内联接器112的变形之外，梁402和408沿着负y方向向下弯曲，并且因此杆406和410在负y方向相对于它们的平衡位置。如图所示，弯曲矩形404和412也在负y方向上移位。因此，联接器112在正y方向上的动量被端部联接器在负y方向上的动量所抵消。因此，为MEMS装置提供了动量平衡操作，以及由线性移动弯曲联接器所允许或实施的线性反相运动。
图4B示出了图4A的装置在检测质量块沿y方向的线性反相运动期间的变形，例如对应于之前结合图3C描述的操作模式。在这种情况下，末端联接器414和416为内联接器112提供动量平衡。当末端联接器414和416沿x方向线性移动时，它们可以在y方向上自由移动以允许图4A中所示的运动类型，该运动类型独立于图4B中的运动并与之正交。尽管在图4B中未示出，但是在诸如图1所示的完整陀螺仪中，弯矩矩形404和412可以在与角联接器116的运动相反的负x方向上移动，从而提供完整的动量平衡。
在至少一些实施例中，图4A-4B中的联接器的动量平衡操作可能是有益的。例如，这种动量平衡的联接器可能基本不敏感或不受加速度的影响，从而有助于MEMS装置作为陀螺仪的精确操作。
图5示出了图1的MEMS装置的一个象限的细节，示出了该装置的对称性。具体地，图5示出了MEMS装置100的右上象限，包括检测质量块102b。MEMS装置100包括所示象限的四个复制品。而且，所示的象限本身包括八个基本上相同的分段502。因此，MEMS装置100实际上是复制分段502三十二次的汇编。MEMS装置100的潜在对称特性可以便于设计和制造。
如前所述，内联接器112代表二自由度弯曲联接器的非限制性示例。图6A-6C示出了可选结构。这些图中所示的每个联接器可以位于四个检测质量块之间，以将质量块耦合在一起并且强制质量块的线性反相运动。
图6A示出了利用折叠弹簧的二自由度联接器600。联接器600包括通过各自的折叠弹簧606耦合到四个锚604的十字形中心部分602。有八个折叠弹簧606将中心部分602耦合到锚604上。联接器600还包括四个通过折叠弹簧610耦合到锚604的杆608。
联接器600可以如内联接器112那样设置在四个检测质量块之间并联接。也就是说，四个杆608可以以前面结合图3A的杆306a-306d所描述的方式连接到枢转枢转连杆(例如，枢转枢转连杆108)。折叠弹簧606和610可以减小在经历线性运动时由内部联接器112的直弯曲梁引起的非线性效应。折叠弹簧可以更一般地表示单向弹簧，因为它们允许沿一个方向而不是其他方向运动。以这种方式，沿着x方向定向的杆608的运动可以与沿着y方向定向的杆608的运动分离。当用于陀螺仪操作时，如图1所示，允许十字形联接器602以两个自由度移动，而与其联接的四个杆608沿一个方向(一个自由度)线性地移动。
图6B示出了提供两个解耦自由度的线性运动的另一替代性联接器。联接器620与联接器600的不同之处在于包括双折叠弹簧。图示的双折叠弹簧代表了单向弹簧的一个例子。联接器620包括中心部分622、四个弹簧624、折叠弹簧610、四个杆626和双折叠弹簧628。如图所示，两个双折折弹簧628设置在中央部分622的每一侧。通过包括两个这样的双折折弹簧628，动平衡外联接器仍然具有双折折弹簧，而不仅仅是单折折弹簧。与联接器600一样，联接器620可减少在具有联接器112的构造的联接器的操作期间可能出现的非线性效应。
图6C示出了用于线性移动的两自由度联接器的另一替代方案，其可以位于四个检测质量块之间并且将四个检测质量块联接在一起以强制检测质量块的线性反相运动。与联接器112、600和620相反，联接器630缺少锚。十字形中心部分632通过代表单向弹簧的一个例子的两个折叠弹簧636连接到四个向外突出的杆634。与图6A和6B类似，这种结构可以比内联接器112更好地抑制非线性效应。然而，联接器630可以展现出比具有锚的构造更低的在x和y方向上的运动的解耦。
图1的MEMS装置100的进一步变化是可能的。例如，具有本文所述类型的一个或多个线性移动弯曲联接器的MEMS装置可能缺乏穿梭。图7示出了非限制性示例。MEMS装置700包括之前结合图1的MEMS装置100所描述的许多相同的部件。然而，MEMS装置700不包括梭104，而是包括框架702。每个示出的框架(其中有十六个)被链接到前面结合锚118所述类型的两个锚704上。框702比梭104小，例如在这个非窄限制实施例。框架702连接到枢转枢转连杆108的连接器。另外，枢转枢转连杆108直接连接到MEMS装置700中的检测质量块，与MEMS装置100的配置枢转枢转连杆耦合到梭104。因为与梭104相比可以使框架相对较小，所以MEMS装置700的角增益可以大于MEMS装置100的角增益。角增益是质量块对角旋转的响应与感测模式的总模态质量块之比。MEMS装置700的配置提供大约一个的角增益。在一些实施方案中，可以提供大于0.85的角增益，包括0.85和1之间的任何数值。
MEMS装置100的其他替代方案也是可能的。图8示出了连接枢转枢转连杆的另一种方式，以提供更大的动量平衡。在MEMS装置100中，彼此面对的枢转枢转连杆108连接在一起，而位于检测质量块装置周边的枢转枢转连杆没有通过共同的杆或梁耦合到它们的对应的枢转枢转连杆。例如，杆306a将两个枢转枢转连杆耦合在一起，杆306b、306c和306d也是如此。相比之下，图8的MEMS装置800为每个枢转枢转连杆提供相应的杆耦合。例如，联接器812包括连接到彼此面对的枢转枢转连杆108的杆802a和802b。这与包括单个杆306a的联接器112形成对比。图8所示的耦合形式可能更容易受到检测质量块102a-102d的同相运动的影响。然而，为MEMS装置的所有操作模式提供更大的动量平衡。
如前所述，这里描述的线性移动联接器可以与包括多于或少于四个检测质量块的MEMS装置一起使用。例如，可以使用诸如末端联接器414和416的联接器将两个检测质量块耦合在一起。而且，可以使用本文所述的联接器将四个以上的检测质量块耦合在一起。因此，本文描述的将四个检测质量块耦合在一起的示例不限制本文所述的各个方面。
这里描述的类型的MEMS装置可以用在各种设备，产品和设置中。一个这样的设置是在诸如汽车，船只和飞机的车辆中。图9示出了其中在汽车中采用本文所述类型的MEMS装置的示例。在图9的示例中，汽车900包括控制单元902，该控制单元902通过有线或无线连接906耦合到卡车的车载计算机904。控制单元902可以包括本文所述类型的MEMS传感器或MEMS装置，可选地与处理电路，用于通过连接906进行通信的接口电路，或者任何其它合适的部件。作为非限制性示例，控制单元902可以包括本文所述类型的MEMS陀螺仪。举例来说，MEMS陀螺仪以汽车900的偏航为例。控制单元902可以包括附接到汽车900的合适部分的包装或壳体，MEMS装置位于其内部。控制单元902可以从车载计算机904接收功率和控制信号，并且可以向车载计算机904提供感测信号。
可以使用这里描述的类型的MEMS装置的另一种设置是用于诸如网球、游泳、跑步、棒球或曲棍球之类的运动应用的隐形装置。在一些实施方案中，本文所述类型的MEMS陀螺仪可以是可佩戴健身装置的一部分。在其他实施例中，传感器可以是一件运动装备的一部分，例如作为网球拍、棒球棒或曲棍球棒的一部分。来自传感器的感测数据可以被用来评估用户的性能。
在一些实施方案中，术语“大约”可以用于在一些实施方案中意味着在目标值的±20％以内、在一些实施方案中意味着在目标值的±10％以内、在一些实施方案中意味着在目标值的±5％以内，并且在一些实施方案中意味着在目标值的±2％以内。术语“大约”可以包括目标值。