ITTO20091042A1

ITTO20091042A1 - Giroscopio integrato microelettromeccanico con migliorata struttura di azionamento

Info

Publication number: ITTO20091042A1
Application number: IT001042A
Authority: IT
Inventors: Gabriele Cazzaniga; Luca Coronato
Original assignee: St Microelectronics Srl
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2011-06-25
Also published as: US8950257B2; EP2339293A1; US20140116135A1; CN102183246B; US8459110B2; US10168154B2; US20170023363A1; CN102183246A; EP2339293B1; US20110154898A1; US20150000400A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“GIROSCOPIO INTEGRATO MICROELETTROMECCANICO CON MIGLIORATA STRUTTURA DI AZIONAMENTO”

La presente invenzione è relativa ad un giroscopio integrato microelettromeccanico, in particolare di tipo triassiale, con migliorata struttura di azionamento (“drive”).

Come noto, le attuali tecniche di microfabbricazione consentono la realizzazione di sistemi microelettromeccanici (cosiddetti MEMS, dall’inglese Micro Electro Mechanical System) a partire da strati di materiale semiconduttore, che sono stati depositati (ad esempio uno strato di silicio policristallino) o cresciuti (ad esempio uno strato epitassiale) al di sopra di strati sacrificali, che vengono rimossi tramite attacco chimico. Sensori inerziali, accelerometri e giroscopi realizzati con tale tecnologia stanno avendo un crescente successo, ad esempio nel campo “automotive”, nella navigazione inerziale, o nel settore dei dispositivi portatili.

In particolare, sono noti giroscopi integrati di materiale semiconduttore realizzati con la tecnologia MEMS. Tali giroscopi operano in base al teorema delle accelerazioni relative, sfruttando l’accelerazione di Coriolis. Quando ad una massa mobile che è azionata con una velocità lineare viene applicata una rotazione ad una certa velocità angolare (il cui valore deve essere rilevato), la massa mobile "sente" una forza apparente, chiamata forza di Coriolis, che ne determina uno spostamento in direzione perpendicolare alla direzione della velocità lineare di azionamento ed all’asse intorno al quale si verifica la rotazione. La massa mobile è supportata tramite elementi elastici che ne consentono uno spostamento nella direzione della forza apparente. In base alla legge di Hooke, lo spostamento è proporzionale alla forza apparente, in modo tale che dallo spostamento della massa mobile è possibile rilevare la forza di Coriolis ed il valore della velocità angolare della rotazione che l’ha generata. Lo spostamento della massa mobile può ad esempio essere rilevato in modo capacitivo, determinando, in condizione di risonanza, le variazioni di capacità causate dal movimento di elettrodi di rilevamento mobili, solidali alla massa mobile e accoppiati (ad esempio in configurazione cosiddetta “parallel-plate”, oppure in configurazione interdigitata) ad elettrodi di rilevamento fissi.

I giroscopi MEMS presentano generalmente una struttura di rilevamento simmetrica, comprendente una coppia di masse di rilevamento per ciascun asse di rilevamento intorno al quale è possibile rilevare una rotazione ad una corrispondente velocità angolare. Idealmente, una struttura del tutto simmetrica consente di reiettare completamente, mediante l’impiego di opportuni schemi di lettura differenziale, accelerazioni lineari di disturbo che vengano applicate dall’esterno, ad esempio imputabili a shock agenti sul sensore o all’accelerazione di gravità. Infatti, mentre la forza di Coriolis tende a sbilanciare in versi opposti e sostanzialmente di una stessa quantità le masse di rilevamento di ciascuna coppia (generando movimenti “in controfase”), accelerazioni esterne di rumore ne determinano spostamenti nello stesso verso e nuovamente della stessa quantità (generando movimenti “in fase”); eseguendo la differenza dei segnali elettrici associati alle due masse di rilevamento di ciascuna coppia è possibile idealmente misurare il contributo dovuto alla forza di Coriolis e reiettare completamente i contributi delle accelerazioni di rumore.

I giroscopi MEMS presentano inoltre una struttura di azionamento, accoppiata meccanicamente alla struttura di rilevamento, in modo tale da impartire alle stesse masse di rilevamento una velocità lineare di azionamento lungo una relativa direzione di azionamento; la struttura di azionamento è messa in movimento mediante elettrodi di azionamento, che ricevono opportuni segnali di polarizzazione elettrica da un circuito elettronico di azionamento del giroscopio MEMS. In particolare, i segnali di polarizzazione sono tali da sostenere, mediante l’attrazione reciproca ed alternata degli elettrodi di azionamento associati ad una data massa di azionamento, la sua auto-oscillazione nella relativa direzione di azionamento, ad una determinata frequenza di oscillazione (corrispondente alla frequenza di risonanza meccanica della stessa massa di azionamento).

Il circuito elettronico di azionamento del giroscopio MEMS comprende, in modo noto, un complesso anello di controllo retroazionato per impartire il movimento alle masse di azionamento e controllarne il movimento di azionamento risultante (in particolare la frequenza e l’ampiezza della relativa oscillazione) mediante strutture di rilevamento di retroazione (in particolare, elettrodi di rilevamento dell’azionamento, atti a misurare, attraverso una variazione di carica trasdotta, lo spostamento della massa di azionamento nella direzione di azionamento).

In generale, e come descritto ad esempio nella domanda di brevetto TO2009A000420 depositata il 3 giugno del 2009 da parte della richiedente della presente domanda, per ciascuna direzione di azionamento, il circuito elettronico di azionamento comprende un rispettivo anello di controllo retroazionato, costituito tra l’altro da blocchi amplificatori di carica, ritardatori di fase, filtri, oscillatori, amplificatori a guadagno variabile, stadi PLL di aggancio di fase, e, nel complesso, in grado di controllare l’azionamento delle masse di azionamento lungo la relativa direzione di azionamento.

È dunque evidente che il progetto e la realizzazione di un giroscopio microelettromeccanico risultano particolarmente complessi, sia per quanto riguarda la parte micromeccanica sia per quanto riguarda l’associata elettronica di azionamento e di lettura. In particolare, per quanto concerne l’azionamento di un giroscopio triassiale, l’esigenza di prevedere più anelli di controllo (uno per ciascuna direzione di azionamento) comporta in generale un notevole dispendio di risorse ed un’associata elevata occupazione di area nella realizzazione integrata; inoltre, risulta in generale complesso mantenere i desiderati rapporti tra frequenza, fase ed ampiezza delle oscillazioni delle masse di azionamento lungo le diverse direzioni di azionamento.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire un giroscopio microelettromeccanico con migliorate caratteristiche elettromeccaniche, in particolare per quanto riguarda la relativa struttura di azionamento.

Secondo la presente invenzione viene pertanto fornito un giroscopio microelettromeccanico, come definito nella rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra una vista dall’alto, schematica e semplificata, di una struttura microelettromeccanica di un giroscopio MEMS, secondo un aspetto della presentente invenzione;

- le figure 2-4 mostrano viste dall’alto, schematiche e semplificate, della struttura microelettromeccanica del giroscopio MEMS, secondo varianti della presentente invenzione;

- la figura 5 mostra una vista dall’alto schematica del layout di un giroscopio MEMS triassiale secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione;

- le figure 6 e 7 mostrano viste dall’alto schematiche del layout di un giroscopio MEMS triassiale secondo ulteriori forme di realizzazione della presente invenzione; e

- la figura 8 mostra uno schema a blocchi semplificato di un dispositivo elettronico provvisto di un giroscopio MEMS secondo ancora un ulteriore aspetto della presente invenzione.

Come sarà descritto in dettaglio in seguito, un aspetto della presente invenzione prevede di fornire un giroscopio integrato MEMS in cui si realizza un accoppiamento meccanico di tipo elastico tra almeno una prima massa di azionamento, destinata a muoversi lungo una prima direzione di azionamento, ed almeno una seconda massa di azionamento, destinata a muoversi lungo una seconda direzione di azionamento, trasversale alla prima direzione di azionamento, in modo tale che le stesse prima e seconda masse di azionamento si muovano in modo tra loro sincrono e con una fase stabilita. Come sarà descritto in dettaglio in seguito, la presenza di almeno due masse di azionamento, che si muovono tra loro lungo due direzioni di azionamento tra loro trasversali, consente il rilevamento di velocità angolari intorno a tre assi di un sistema di riferimento cartesiano (solidale al giroscopio MEMS). La presenza di elementi di accoppiamento elastico tra le masse di azionamento consente di sfruttare un unico movimento di azionamento per movimentare tutte le masse mobili della struttura microelettromeccanica, e dunque di implementare un unico anello di controllo retroazionato, per il controllo del movimento di azionamento.

In maggiore dettaglio, e facendo riferimento alla rappresentazione schematica mostrata in figura 1, una struttura micromeccanica di un giroscopio MEMS triassiale, qui indicato con 1, comprende: una prima massa di azionamento 2a, ancorata ad un substrato 3 (qui illustrato schematicamente) mediante primi elementi elastici di ancoraggio 4a, in modo tale da essere libera di muoversi di moto lineare traslatorio lungo una prima direzione di azionamento (le direzioni di movimento sono mostrate da frecce in figura 1), lungo un primo asse orizzontale x intorno al quale si rileva in uso una rotazione ad una velocità angolare di beccheggio (pitch); una seconda massa di azionamento 2b, ancorata al substrato 3 mediante secondi elementi elastici di ancoraggio 4b, in modo tale da essere libera di muoversi di moto lineare traslatorio lungo una seconda direzione di azionamento, lungo un secondo asse orizzontale y, ortogonale al primo asse orizzontale x, intorno al quale si rileva in uso una rotazione ad una velocità angolare di rollio (roll); una terza massa di azionamento 2c, ancorata al substrato 3 mediante terzi elementi elastici di ancoraggio 4c, in modo tale da essere libera di muoversi di moto lineare traslatorio lungo la prima direzione di azionamento, lungo il primo asse orizzontale x, ed allineata alla prima massa di azionamento 3a lungo lo stesso primo asse orizzontale x a formare una prima coppia di masse di azionamento; ed una quarta massa di azionamento 2d, ancorata al substrato 3 mediante quarti elementi elastici di ancoraggio 4d, in modo tale da essere libera di muoversi di moto lineare traslatorio lungo la seconda direzione di azionamento, lungo il secondo asse orizzontale y, ed allineata alla seconda massa di azionamento 2b lungo lo stesso secondo asse orizzontale y a formare una seconda coppia di masse di azionamento. In particolare, le masse di azionamento di una stessa coppia sono azionate in modo da muoversi in controfase l’una rispetto all’altra (in tal modo originando corrispondenti movimenti di rilevamento in controfase per il rilevamento delle velocità angolari, come sarà descritto in dettaglio nel seguito).

Nell’esempio di realizzazione illustrato, le masse di azionamento 2a-2d sono genericamente disposte agli estremi di una croce, definendo centralmente uno spazio vuoto 5. Inoltre, ciascuna delle masse di azionamento 2a-2d presenta, in un piano orizzontale xy definito dal primo e dal secondo asse orizzontale x, y, una conformazione a cornice, al cui interno è presente una rispettiva apertura di alloggiamento 6a-6d (come descritto in seguito, tale conformazione non è tuttavia l’unica possibile per le stesse masse di azionamento 2a-2d).

Come mostrato in maniera schematica in figura 1, ciascuna massa di azionamento 2a-2d può racchiudere al suo interno, disposte almeno parzialmente nella rispettiva apertura di alloggiamento 6a-6d, una o più masse di rilevamento, destinate al rilevamento delle velocità angolari alle quali è posto in rotazione il giroscopio MEMS 1. Le masse di rilevamento sono collegate meccanicamente alle rispettive masse di azionamento 2a-2d tramite rispettivi elementi elastici (qui non illustrati), rigidi rispetto al movimento di azionamento delle stesse masse di azionamento 2a-2d, in modo tale da essere da esse trascinate nel loro movimento lineare di azionamento; inoltre, ciascuna massa di rilevamento è in grado di muoversi lungo almeno una direzione di rilevamento, preferibilmente in maniera sostanzialmente disaccoppiata dalla rispettiva massa di azionamento 2a-2d, al fine del rilevamento di una rispettiva velocità angolare (presentando dunque almeno un ulteriore grado di libertà di movimento).

In particolare, nell’esempio di realizzazione mostrato in figura 1, ciascuna massa di azionamento 2a-2d è accoppiata ad una rispettiva massa di rilevamento di imbardata 8a-8d, la quale è collegata tramite rispettivi elementi elastici (qui non illustrati) alla cornice della rispettiva massa di azionamento 2a-2d, in modo tale da essere libera di muoversi lungo una direzione di rilevamento ortogonale al movimento di azionamento della rispettiva massa di azionamento 2a-2d (pertanto, lungo il secondo asse orizzontale y, se accoppiata alla prima o alla terza massa di azionamento 2a, 2c, e lungo il primo asse orizzontale x, se accoppiata alla seconda o alla quarta massa di azionamento 2b, 2d), per l’effetto della forza di Coriolis generata da una velocità angolare di imbardata (yaw) agente intorno ad un asse verticale z (ortogonale al piano orizzontale xy). Lo spostamento di ciascuna massa di rilevamento di imbardata 8a-8d è rilevato mediante una struttura di elettrodo di imbardata (qui non illustrata), disposta in modo tale da formare nel piano orizzontale xy una struttura capacitiva a facce piane e parallele (“parallel-plate”), la cui capacità varia in funzione dello spostamento della stessa massa di rilevamento di imbardata 8a-8d (e di conseguenza in funzione della velocità angolare di imbardata che deve essere rilevata).

La prima e la terza massa di azionamento 2a, 2c sono inoltre accoppiate ad una rispettiva massa di rilevamento di rollio 9a, 9c, la quale è collegata tramite rispettivi elementi elastici (anch’essi qui non illustrati) alla cornice della rispettiva massa di azionamento 2a, 2c, in modo tale da essere libera di muoversi lungo una direzione di rilevamento diretta lungo l’asse verticale z per l’effetto della forza di Coriolis generata da una rotazione ad una velocità angolare di rollio intorno al secondo asse orizzontale y. Lo spostamento di ciascuna massa di rilevamento di rollio 9a-9c è rilevato mediante una struttura di elettrodo di rollio (qui non illustrata), disposta al di sotto della stessa massa di rilevamento di rollio 9a, 9c (in particolare costituita da uno o più elettrodi disposti sopra il substrato 3, a cui gli stessi elettrodi sono accoppiati in maniera solidale), così da formare una struttura capacitiva parallel-plate, la cui capacità varia in funzione della velocità angolare di rollio che deve essere rilevata.

La seconda e la quarta massa di rilevamento 2b, 2d sono inoltre accoppiate ad una rispettiva massa di rilevamento di beccheggio 10b, 10d, la quale è collegata tramite rispettivi elementi elastici (anch’essi qui non illustrati) alla cornice della rispettiva massa di azionamento 2b, 2d, in modo tale da essere libera di muoversi lungo una direzione di rilevamento diretta lungo l’asse verticale z per l’effetto della forza di Coriolis generata da una rotazione ad una velocità angolare di beccheggio agente intorno al primo asse orizzontale x. Lo spostamento di ciascuna massa di rilevamento di beccheggio 10b, 10d è rilevato mediante una struttura di elettrodo di beccheggio (qui non illustrata), disposta anch’essa al di sotto della rispettiva massa di rilevamento di beccheggio 10b, 10d, così da formare una rispettiva struttura capacitiva parallel-plate, con capacità variabile in funzione della velocità angolare di beccheggio che deve essere rilevata.

È da notare che in altre forme di realizzazione della struttura micromeccanica del giroscopio MEMS 1, alcune delle quali saranno descritte nel seguito, possono essere presenti solamente due masse di rilevamento di imbardata (ad esempio quelle alloggiate nella rispettiva apertura di alloggiamento 6a, 6c della prima e della terza massa di azionamento 2a, 2c); oppure, alcune delle masse di rilevamento, anziché essere distinte, possono coincidere, essendo cioè in grado di muoversi lungo più direzioni di rilevamento grazie alla configurazione dei rispettivi elementi elastici di supporto (ad esempio, le masse di rilevamento di imbardata e di rollio disposte all’interno della prima e della terza massa di azionamento 2a, 2c allineate lungo il primo asse orizzontale x potrebbero coincidere ed essere realizzate da un’unica massa di rilevamento in grado di muoversi sia lungo l’asse verticale z che lungo il secondo asse orizzontale y). Inoltre, le masse di azionamento 2a-2d potrebbero esse stesse coincidere con una o più delle masse di rilevamento, essendo dunque libere di muoversi sia nella direzione di azionamento che lungo una o più delle direzioni di rilevamento, grazie alla particolare conformazione degli associati elementi elastici di ancoraggio 4a-4d.

Un aspetto particolare della presente invenzione prevede in ogni caso la presenza di elementi elastici di accoppiamento, tali da accoppiare meccanicamente tra loro masse di azionamento che si muovono lungo differenti direzioni di azionamento; gli elementi elastici di accoppiamento sono tali da assicurare che tutte le masse di azionamento si muovano in modo sincrono (con una fase prestabilita), ed inoltre che le masse di azionamento riferite ad una stessa direzione di azionamento si muovano tra loro in controfase (cioè in versi opposti della stessa direzione di azionamento).

In dettaglio, il giroscopio MEMS 1 comprende: un primo elemento elastico di accoppiamento 12a, configurato in modo da accoppiare elasticamente la prima massa di azionamento 2a e la seconda massa di azionamento 2b, in modo tale da far sì che ad un movimento della prima massa di azionamento 2a lungo il primo asse orizzontale x sia associato (con un determinato rapporto di movimento) un corrispondente movimento della seconda massa di azionamento 2b lungo il secondo asse orizzontale y; un secondo elemento elastico di accoppiamento 12b, configurato in modo da accoppiare elasticamente la seconda massa di azionamento 2b e la terza massa di azionamento 2c, in modo tale da far sì che ad un movimento della terza massa di azionamento 2c lungo il primo asse orizzontale x sia associato (con un rispettivo rapporto di movimento) un corrispondente movimento della seconda massa di azionamento 2b lungo il secondo asse orizzontale y; un terzo elemento elastico di accoppiamento 12c, configurato in modo da accoppiare elasticamente la terza massa di azionamento 2c e la quarta massa di azionamento 2d, in modo tale da far sì che ad un movimento della terza massa di azionamento 2c lungo il primo asse orizzontale x sia associato (con un rispettivo rapporto di movimento) un corrispondente movimento della quarta massa di azionamento 2d lungo il secondo asse orizzontale y; ed un quarto elemento elastico di accoppiamento 12d, configurato in modo da accoppiare elasticamente la quarta massa di azionamento 2d e la prima massa di azionamento 2a, in modo tale da far sì che ad un movimento della prima massa di azionamento 2a lungo il primo asse orizzontale x sia associato (con un rispettivo rapporto di movimento) un corrispondente movimento della quarta massa di azionamento 2d lungo il secondo asse orizzontale y.

Ciascun elemento elastico di accoppiamento 12a-12d è costituito da una molla di tipo ripiegato (“folded”), che si estende tra due lati affacciati delle masse di azionamento da essa meccanicamente accoppiate, e presenta un asse di estensione inclinato di un certo angolo di inclinazione α rispetto al primo asse orizzontale x. Gli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d sono tali da trasmettere un movimento relativo tra le masse di azionamento accoppiate lungo tale asse di estensione, mentre risultano idealmente infinitamente rigidi in una direzione ortogonale allo stesso asse di estensione.

In particolare, l’angolo di inclinazione α determina il rapporto tra l’entità degli spostamenti delle masse di azionamento accoppiate; vantaggiosamente, tale angolo di inclinazione α è pari a 45°, in modo da determinare un rapporto sostanzialmente 1:1 tra tali spostamenti (cioè in modo tale che ad uno spostamento di una data massa di azionamento corrisponda sostanzialmente un analogo spostamento della massa di azionamento ad essa accoppiata). In maniera evidente, non solo il valore dell’angolo di inclinazione α può variare rispetto al valore di 45°, ma può anche essere previsto un differente valore dell’angolo di inclinazione α per uno o più degli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d (ad esempio, per determinare un differente rapporto di accoppiamento dei movimenti di azionamento nelle diverse direzioni di azionamento). Inoltre, in un caso reale (in cui la rigidezza degli elementi elastici non sia infinita), risulta possibile variare il rapporto tra i movimenti delle masse di azionamento accoppiate anche modificando opportunamente gli elementi elastici di ancoraggio 4a-4d; in ogni caso, il metodo più conveniente per variare il rapporto di movimento è comunque quello di variare l’angolo di inclinazione α.

Nell’esempio di realizzazione illustrato in figura 1, il primo ed il terzo elemento elastico di accoppiamento 12a, 12c presentano lo stesso asse di estensione, inclinato dell’angolo α, positivo, rispetto al primo asse orizzontale x; allo stesso modo, il secondo ed il quarto elemento elastico di accoppiamento 12b, 12d presentano lo stesso asse di estensione, ma inclinato dell’angolo di inclinazione α, negativo, rispetto allo stesso primo asse orizzontale x.

In maggiore dettaglio, e come mostrato dalle frecce in figura 1, tale disposizione degli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d è tale per cui ad un movimento di avvicinamento delle masse di azionamento 2a, 2c della prima coppia lungo il primo asse orizzontale x, corrisponda un movimento di avvicinamento delle masse di azionamento 2b, 2d della seconda coppia lungo il secondo asse orizzontale y; in altre parole, i movimenti di azionamento lungo il primo ed il secondo asse orizzontale x, y risultano tra loro in fase (i movimenti delle masse di azionamento di una stessa coppia essendo comunque tra loro sempre in controfase). Naturalmente, possono essere previsti anche altri tipi di elementi elastici di accoppiamento, che siano in grado di implementare la stessa funzione di vincolare il movimento delle masse di azionamento 2a (2c) lungo il primo asse orizzontale x al movimento delle masse di azionamento 2b (2d) lungo il secondo asse orizzontale y, secondo un prestabilito rapporto di movimento.

Mediante una differente configurazione degli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d e/o degli elementi elastici di ancoraggio 4a-4d di ciascuna delle masse di azionamento 2a-2d è inoltre possibile implementare differenti rapporti tra i movimenti di azionamento delle varie masse di azionamento 2a-2d, tutti comunque contraddistinti dal fatto che le masse di azionamento 2a-2d si muovano in modo sincrono e, quelle relative alla stessa direzione di azionamento, in controfase tra di loro.

In dettaglio, e facendo riferimento alla rappresentazione schematica e semplificata di figura 2 (che per semplicità di illustrazione raffigura solamente le masse di azionamento, e non le relative masse di rilevamento), ruotando di 90° l’asse di estensione degli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d (o, più in generale, invertendo il segno del relativo angolo di inclinazione α) è possibile ottenere un movimento delle masse di azionamento 2a-2d opposto rispetto alla situazione descritta precedentemente. In tal caso, la disposizione degli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d è tale per cui ad un movimento di allontanamento delle masse di azionamento 2a, 2c della prima coppia lungo il primo asse orizzontale x, corrisponda un movimento di avvicinamento delle masse di azionamento 2b, 2d della seconda coppia lungo il secondo asse orizzontale y; i movimenti di azionamento lungo il primo ed il secondo asse orizzontale x, y risultano tra loro in controfase.

Un’ulteriore tipologia di movimento di azionamento, utilizzabile per rilevare velocità angolari lungo tre assi, prevede un movimento traslatorio delle masse di azionamento 2a-2d ortogonale a quello illustrato precedentemente. In tal caso, come mostrato in figura 3, la prima e la terza massa di azionamento 2a, 2c della prima coppia, allineate lungo il primo asse orizzontale x, sono vincolate, dai relativi primi e terzi elementi elastici di ancoraggio 4a, 4c a muoversi lungo il secondo asse orizzontale y, mentre la seconda e la quarta massa di azionamento 2b, 2d della seconda coppia, allineate lungo il secondo asse orizzontale y, sono vincolate, dai relativi secondi e quarti elementi elastici di ancoraggio 4b, 4d a muoversi lungo il primo asse orizzontale x.

In particolare, la disposizione degli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d mostrata in figura 3 è tale per cui i movimenti di azionamento lungo il primo ed il secondo asse orizzontale x, y risultino tra loro in fase.

Al contrario, in maniera di per sé evidente alla luce della discussione precedente, la disposizione degli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d mostrata in figura 4 è tale per cui i movimenti di azionamento lungo il primo ed il secondo asse orizzontale x, y risultino tra loro in controfase.

Si noti in ogni caso che, grazie alla presenza degli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d, un unico movimento di azionamento è sufficiente a mettere in movimento tutte le masse di azionamento 2a-2d, e le associate masse di rilevamento, e a consentire dunque il rilevamento delle velocità angolari di imbardata, rollio e beccheggio (e dunque l’implementazione di un giroscopio triassiale). In particolare, la struttura micromeccanica descritta consente di utilizzare un unico anello di forzamento per mantenere in movimento tutte le masse di azionamento 2a-2d; è dunque ad esempio sufficiente accoppiare opportuni elettrodi di azionamento ad una sola delle coppie di masse di azionamento (ad esempio la coppia costituita dalla prima e dalla terza massa di azionamento 2a, 2c movimentate lungo il primo asse orizzontale x), in quanto le masse di azionamento dell’altra coppia vengono messe in movimento (trascinate) per il tramite degli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d.

Verranno ora descritti più in dettaglio alcuni schemi (o layout) realizzativi del giroscopio MEMS 1; in tali schemi, è inoltre prevista una struttura di accoppiamento di rilevamento, disposta centralmente nello spazio vuoto 5 per collegare meccanicamente tra loro le varie masse di rilevamento, sostanzialmente come descritto nella domanda di brevetto TO2009A000371 depositata in data 11 maggio 2009 da parte della stessa richiedente. Come illustrato in dettaglio in tale domanda di brevetto, la struttura di accoppiamento di rilevamento è configurata in modo da consentire solamente i movimenti di rilevamento in controfase di masse di rilevamento di una stessa coppia (riferite cioè al rilevamento di una stessa velocità angolare), richiesti per la lettura delle corrispondenti velocità angolari, ed in modo da bloccare invece i movimenti in fase delle stesse masse di rilevamento, dovuti a disturbi esterni.

Come mostrato in figura 5, in una prima forma di realizzazione del giroscopio MEMS 1 le masse di azionamento 2a-2d presentano una conformazione a cornice, a forma di “U” o di “U” rovesciata o capovolta, definendo al loro interno una rispettiva apertura di alloggiamento 6a-6d, aperta verso lo spazio vuoto 5, disposto centralmente rispetto all’intera struttura micromeccanica. Ciascuna massa di azionamento 2a-2d è ancorata ad un sottostante substrato (qui non illustrato) del giroscopio MEMS 1 mediante una coppia di elementi elastici di ancoraggio 4a-4d, del tipo ripiegato, atti a consentirne il movimento solamente lungo la rispettiva direzione di azionamento. Le masse di azionamento 2a-2d sono inoltre accoppiate tra loro mediante gli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d, sostanzialmente secondo lo schema descritto per la struttura micromeccanica di figura 1.

Un rispettivo gruppo di elettrodi di azionamento 13 è accoppiato alla prima ed alla terza massa di azionamento 2a, 2c per causarne il movimento di azionamento lungo il primo asse x (è in ogni caso evidente che, in alternativa o in aggiunta, analoghi gruppi di azionamento 13 potrebbero essere accoppiati alla seconda ed alla quarta massa di azionamento 4b, 4d).

Ciascun gruppo di azionamento 13 comprende elettrodi di azionamento fissi 14, solidali al substrato (non mostrato), ed elettrodi di azionamento mobili 15, accoppiati alla rispettiva massa di azionamento 2a, 2c; gli elettrodi di azionamento fissi e mobili 14, 15 sono disposti in configurazione interdigitata (o a pettine, cosiddetta “combfinger”) ed accoppiati capacitivamente tra loro, in modo da generare, quando opportunamente polarizzati, una reciproca attrazione/repulsione e causare il movimento della rispettiva massa di azionamento 2a, 2c lungo il primo asse orizzontale x.

In maggiore dettaglio, la prima e la terza massa di azionamento 2a, 2c sono accoppiate meccanicamente ad una rispettiva massa di rilevamento di rollio 9a, 9c, avente una forma sostanzialmente rettangolare nel piano orizzontale xy (allungata lungo il primo asse orizzontale x), mediante primi elementi elastici di supporto 16 (di tipo rettilineo ed estendentisi lungo il secondo asse orizzontale y). I primi elementi elastici di supporto 16 si estendono a partire da una estremità della rispettiva massa di rilevamento di rollio 9a, 9c (il cui corpo si estende pertanto a sbalzo a partire dagli stessi primi elementi elastici di supporto 16), in modo tale che la stessa massa di rilevamento di rollio 9a, 9c sia libera di ruotare al di fuori del piano orizzontale xy intorno ad un asse definito dagli stessi elementi elastici di supporto 16, in tal modo variando una distanza rispetto ad un associato elettrodo di rilevamento di rollio 18, disposto sul substrato, al di sotto della stessa massa di rilevamento di rollio 9a, 9c (causando dunque una risultante variazione capacitiva).

La seconda e la quarta massa di azionamento 2b, 2d sono accoppiate meccanicamente ad una rispettiva massa di rilevamento di imbardata 8b, 8d, avente una forma sostanzialmente a cornice ad “U” nel piano orizzontale xy, mediante secondi elementi elastici di supporto 19 (di tipo ripiegato con asse di estensione lungo il secondo asse orizzontale y). A ciascuna massa di rilevamento di imbardata 8b, 8d sono inoltre associati rispettivi elettrodi mobili di rilevamento di imbardata 23a, accoppiati capacitivamente a rispettivi elettrodi fissi di rilevamento di imbardata 23b (questi ultimi, solidali al substrato).

All’interno dell’apertura di alloggiamento 6b, 6d della seconda e della quarta massa di azionamento 2b, 2d è inoltre disposta una rispettiva massa di rilevamento di beccheggio 10b, 10d, ad esempio avente una forma sostanzialmente rettangolare nel piano xy (allungata lungo il secondo asse orizzontale y), la quale è collegata elasticamente ad una rispettiva massa di rilevamento di imbardata 8b, 8d mediante terzi elementi elastici di supporto 20, di tipo rettilineo ed estendentisi lungo il primo asse orizzontale x. Si noti che le masse di rilevamento di beccheggio 10b, 10d sono dunque accoppiate alla rispettiva massa di azionamento 2b, 2d mediante l’interposizione di una rispettiva massa di rilevamento di imbardata 8b, 8d (essendo a tal fine prevista un’opportuna rigidezza dei relativi terzi elementi elastici di supporto 20, rispetto al moto di azionamento). Le masse di rilevamento di beccheggio 10b, 10d si estendono a sbalzo dai rispettivi terzi elementi elastici di supporto 20, e sono affacciate, ciascuna, ad un associato elettrodo di rilevamento di beccheggio 24, disposto sul substrato al di sotto della stessa massa di rilevamento di beccheggio 10b, 10d. È evidente in ogni caso che ulteriori masse di rilevamento di imbardata (precedentemente indicate con i riferimenti 8a, 8c) potrebbero essere previste, allineate lungo il primo asse orizzontale x, in sostituzione o in aggiunta alle masse di rilevamento di imbardata 8b, 8d allineate lungo il secondo asse y.

Come anticipato in precedenza, il giroscopio MEMS 1 comprende inoltre una struttura di accoppiamento centrale 25, disposta centralmente nello spazio vuoto 5, per realizzare un accoppiamento elastico delle varie masse di rilevamento, tale da consentire i soli movimenti in controfase ed inibire i movimenti in fase delle masse di rilevamento di ciascuna coppia (ciascuna coppia di masse di rilevamento essendo destinata al rilevamento di una rispettiva velocità angolare intorno ad un rispettivo asse di rilevamento).

Come descritto in dettaglio nella suddetta domanda di brevetto TO2009A000371, la struttura di accoppiamento centrale 25 è configurata in modo da definire un elemento rigido di collegamento 26 avente una prima estremità collegata ad una prima massa di rilevamento di una coppia ed una seconda estremità, opposta alla prima, collegata alla seconda massa di rilevamento della stessa coppia, mediante rispettivi primi elementi elastici di cerniera 27.

L’elemento rigido di collegamento 26, che può idealmente essere considerato come infinitamente rigido a flessione, presenta, in corrispondenza di una sua porzione intermedia tra le stesse masse di rilevamento di una stessa coppia, ad esempio una sua porzione centrale, un punto di vincolo rispetto al movimento di rilevamento (forzato cioè a rimanere sostanzialmente immobile per la traslazione durante il movimento delle masse di rilevamento); in particolare, la suddetta porzione intermedia è incernierata al substrato del giroscopio MEMS 1, in particolare in un ancoraggio centrale 28 in corrispondenza del suddetto punto di vincolo, mediante secondi elementi elastici di cerniera 29. Si noti che la figura 5 illustra un possibile esempio di realizzazione dell’elemento rigido di collegamento 26; è tuttavia chiaro che altre forme di realizzazione sono ugualmente possibili.

I primi ed i secondi elementi elastici di cerniera 27, 29 sono configurati in modo da incernierare idealmente l’elemento rigido di collegamento 26 centralmente al substrato, e, ai suoi estremi, alle masse di rilevamento di ciascuna coppia, svolgendo pertanto sostanzialmente la funzione di cerniere che si suppone idealmente non avere alcuna rigidezza torsionale e non essere cedevoli (ovvero avere rigidezza infinita) alla traslazione. I primi ed i secondi elementi elastici di cerniera 27, 29 sono quindi configurati in modo tale da consentire rotazioni, ma non traslazioni (lungo il primo o il secondo asse orizzontale x, y), dell’elemento rigido di collegamento 26, relativamente al punto di vincolo con il substrato o alle rispettive masse di rilevamento.

In particolare, per implementare i primi ed i secondi elementi elastici di cerniera 27, 29 (aventi funzione di cerniera in corrispondenza dei rispettivi punti di cerniera) viene adottata la soluzione consistente nell’utilizzo di due molle, eventualmente ripiegate, aventi estensione longitudinale (lungo il primo o il secondo asse orizzontale x, y), poste una a prolungamento dell’altra a partire dal rispettivo punto di cerniera, in modo da lavorare a flessione nel piano orizzontale xy (piano del sensore) o a torsione durante il moto in controfase delle masse di rilevamento, e a trazione/compressione o flessione fuori dal piano orizzontale xy durante il moto in fase. Il comportamento di questa coppia di elementi flessibili approssima molto bene quello di una cerniera posizionata nel punto di contatto degli estremi in comune delle molle con estensione longitudinale, nel momento in cui tali molle presentino una rigidezza nei confronti delle deformazioni di trazione/compressione/flessione fuori dal piano molto maggiore rispetto alla rigidezza nei confronti delle deformazioni di flessione nel piano/torsione.

In uso, grazie alla configurazione dei primi e dei secondi elementi elastici di cerniera 27, 29 ed alla loro deformazione elastica (di flessione nel piano orizzontale xy, o torsione fuori dallo stesso piano orizzontale xy), l’elemento rigido di collegamento 26 è libero di ruotare intorno al punto di vincolo centrale (l’ancoraggio centrale 28) sia nel piano orizzontale xy, in modo tale da consentire il movimento in controfase lungo il primo asse orizzontale x delle masse di rilevamento di imbardata 8b, 8d, che al di fuori dello stesso piano orizzontale xy, in modo tale da consentire i movimenti in controfase delle masse di rilevamento di rollio 9a, 9c e delle masse di rilevamento di beccheggio 10b, 10d.

Al contrario, la configurazione dei primi e dei secondi elementi elastici di cerniera 27, 29 è tale per cui l’elemento rigido di collegamento 26 non sia in grado di traslare né nel piano orizzontale xy, né lungo l’asse verticale z, in tal modo ostacolando i movimenti in fase delle stesse masse di rilevamento.

In una seconda forma di realizzazione, si veda la figura 6, per migliorare l’utilizzo dello spazio e semplificare la struttura micromeccanica del giroscopio MEMS, qui indicato con 1', le masse di azionamento 2a-2d coincidono anche con le varie masse di rilevamento (in altre parole, le masse di azionamento 2a-2d sono anche in grado di eseguire, oltre ai rispettivi movimenti di azionamento, uno o più movimenti di rilevamento al fine di consentire il rilevamento di rispettive velocità angolari). In questo caso, si riduce il numero di elementi elastici presenti nella struttura, ma tali elementi elastici devono comunque permettere tutti i movimenti utili al funzionamento del giroscopio MEMS 1', e reiettare il più possibile i modi di vibrazione spuri. Anche in questa forma di realizzazione, si implementa uno schema dei movimenti di azionamento come precedentemente descritto per la struttura micromeccanica di figura 1.

In dettaglio, e come mostrato nella figura 6, la prima e la terza massa di azionamento 2a, 2c presentano in tal caso una forma rettangolare piena nel piano orizzontale xy, e sono affacciate ad un rispettivo elettrodo di rilevamento di rollio 18, disposto al di sopra del substrato (non illustrato). I rispettivi primi e terzi elementi elastici di ancoraggio 4a, 4c sono in tal caso configurati in modo tale da consentire sia il movimento di azionamento lungo il primo asse orizzontale x che il movimento di rilevamento lungo l’asse verticale z. In particolare, tali elementi elastici di ancoraggio 4a, 4c sono ad esempio costituiti da due molle di tipo ripiegato disposte ortogonalmente tra loro: una prima molla, con asse di estensione lungo il secondo asse orizzontale y presente una prima estremità accoppiata ad un rispettivo ancoraggio al substrato; ed una seconda molla, con asse di estensione lungo il primo asse orizzontale x presenta una rispettiva prima estremità accoppiata alla rispettiva massa di azionamento 2a, 2c (le due molle avendo inoltre rispettive seconde estremità in comune).

La seconda e la quarta massa di azionamento 2b, 2d presentano anch’esse una forma sostanzialmente rettangolare nel piano orizzontale xy, ma definiscono al loro interno una rispettiva apertura di alloggiamento 6b, 6d, all’interno della quale sono realizzati elettrodi di rilevamento di imbardata mobili 23a (solidali alla rispettiva massa di azionamento 2b, 2d) e fissi 23b (solidali al substrato). La seconda e la quarta massa di azionamento 2b, 2d sono inoltre affacciate ad un rispettivo elettrodo di rilevamento di beccheggio 24, disposto al di sopra del substrato. I rispettivi secondi e quarti elementi elastici di ancoraggio 4b, 4d sono realizzati sostanzialmente come i primi e i terzi elementi elastici di ancoraggio 4a, 4c, e sono in tal caso configurati in modo tale da consentire sia il movimento di azionamento lungo il secondo asse orizzontale y, sia i movimenti di rilevamento di beccheggio lungo l’asse verticale z e di imbardata lungo il primo asse orizzontale x.

Una terza forma di realizzazione, mostrata in figura 7, prevede nuovamente che almeno alcune delle masse di azionamento (ad esempio la seconda e la quarta massa di azionamento 2b, 2d) coincidano con le masse di rilevamento (sostanzialmente come descritto con riferimento alla figura 6), ed inoltre prevede di disaccoppiare gli elettrodi di azionamento dalle masse di rilevamento, in modo tale da ridurre i disturbi dell’azionamento sulla lettura della velocità angolare da misurare (ad esempio la velocità angolare di imbardata), pur generando la forza desiderata nella direzione di azionamento.

Nel giroscopio MEMS, qui indicato con 1'', la prima e la terza massa di azionamento 2a, 2c (aventi ad esempio una forma rettangolare piena nel piano orizzontale xy) sono collegate alle rispettive prima e terza massa di rilevamento 9a, 9c mediante elementi elastici di disaccoppiamento 32, aventi un asse di estensione diretto lungo il primo asse orizzontale x. Gli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d sono in tal caso collegati direttamente alla prima ed alla terza massa di rilevamento 9a, 9c ed alla seconda ed alla quarta massa di azionamento 2b, 2d (queste ultime assolvendo anche la funzione di masse di rilevamento).

Gli elementi elastici di disaccoppiamento 32 sono rigidi per quanto riguarda il movimento di azionamento lungo il primo asse orizzontale x, così che le masse di azionamento 2a, 2c trascinano in movimento le rispettive masse di rilevamento 9a, 9c, le quali, a loro volta, mettono in movimento la seconda e la quarta massa di azionamento 2b, 2d ad esse accoppiate meccanicamente mediante gli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d.

Inoltre, gli stessi elementi elastici di disaccoppiamento 32 consentono sostanzialmente di disaccoppiare il movimento di rilevamento di imbardata della seconda e della quarta massa di azionamento 2b, 2d, dal movimento di azionamento, limitando, durante l’oscillazione di rilevamento di imbardata, il movimento degli elettrodi di azionamento (dei gruppi di elettrodi di azionamento 13); gli elementi elastici di disaccoppiamento 32 permettono così la reiezione dell’eventuale forza indesiderata causata dagli stessi elettrodi di azionamento nella direzione di rilevamento di imbardata (in altre parole, permettendo di evitare che la forza di azionamento possa eccitare il modo di vibrare di rilevamento di imbardata nel piano orizzontale xy). In particolare, in presenza del movimento di rilevamento di imbardata, agli elettrodi di azionamento è consentito dagli elementi elastici di disaccoppiamento 32 un movimento di rotazione intorno ad un relativo baricentro, movimento tale da non provocare disturbi nel rilevamento della velocità angolare di imbardata.

In modo non illustrato, mediante elementi elastici di disaccoppiamento opportuni può inoltre essere possibile, qualora necessario, realizzare in modo analogo anche il disaccoppiamento del movimento di azionamento dai movimenti di rilevamento fuori dal piano (movimenti di rilevamento di rollio e di beccheggio).

I vantaggi del giroscopio MEMS realizzato secondo la presente invenzione emergono quindi in maniera evidente dalla descrizione precedente.

In particolare, si sottolinea nuovamente il fatto che la particolare soluzione di accoppiamento meccanico delle masse di azionamento consente di implementare un unico modo di vibrare di azionamento, in grado di mettere in movimento tutte le masse mobili di azionamento e di rilevamento; nell’elettronica di azionamento, è pertanto presente solamente un unico anello di controllo retroazionato delle oscillazioni. Oltre alla maggiore semplicità realizzativa, la presenza di un unico anello di controllo di azionamento consente di eliminare i disturbi che altrimenti si potrebbero avere tra più anelli di controllo a frequenze tra loro prossime.

La struttura micromeccanica illustrata consente di accoppiare tutte le masse mobili, in modo tale da essere sostanzialmente insensibile ai principali disturbi esterni (ad esempio dovuti a rumore ambientale o di altra natura), e consentire solamente i modi di vibrare utili alla lettura delle velocità angolari.

La struttura micromeccanica descritta risulta estremamente compatta, permettendo di realizzare un giroscopio MEMS triassiale in tecnologia integrata, in cui si riduce al minimo l’occupazione di spazio.

In sostanza, le suddette caratteristiche rendono il giroscopio MEMS 1, 1', 1'' particolarmente indicato per l’integrazione in un dispositivo elettronico 40, come mostrato in figura 8, utilizzabile in una pluralità di sistemi elettronici, ad esempio in sistemi di navigazione inerziale, in sistemi automotive o in sistemi di tipo portatile, quale ad esempio: un PDA (Personal Digital Assistant); un computer portatile; un telefono cellulare; un riproduttore di audio digitale; una foto- o videocamera; il dispositivo elettronico 40 essendo generalmente in grado di elaborare, memorizzare, trasmettere e ricevere segnali ed informazioni.

Il dispositivo elettronico 40 comprende un circuito di azionamento 41, configurato per impartire il movimento di azionamento alle varie masse di azionamento 2a-2d, e fornire segnali di polarizzazione alle strutture microelettromeccaniche (in modo di per sé noto, qui non illustrato in dettaglio); un circuito di lettura 42, operativamente accoppiato a condensatori di rilevamento associati delle masse mobili, per rilevare l’entità degli spostamenti delle stesse masse mobili e quindi determinare le velocità angolari agenti sulla struttura; ed un’unità elettronica di controllo 44, ad esempio a microprocessore, microcontrollore o analogo strumento di calcolo, collegata al circuito di lettura 42, ed atta a sovrintendere al funzionamento generale del dispositivo elettronico 40, ad esempio sulla base delle velocità angolari rilevate e determinate.

Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, è evidente che la soluzione descritta per la realizzazione degli elementi elastici di accoppiamento tra le masse di azionamento non è da intendersi come limitativa, e che ulteriori soluzioni possono essere ugualmente previste a tal fine. In particolare, potrebbe essere previsto un numero maggiore/minore di molle, e/o in alcuni casi realizzativi, potrebbero essere utilizzate molle con differente geometria e/o differente inclinazione rispetto al primo ed al secondo asse orizzontale x, y.

In alcuni casi, ad esempio al fine di ottimizzare gli spazi, si potrebbero inoltre realizzare i due assi principali del movimento di azionamento inclinati di un certo angolo (ad esempio pari a 45°) rispetto agli assi orizzontali x, y. In maniera evidente, gli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d possono anche essere disposti ad un angolo di inclinazione differente da 45°, ottenendo comunque l’accoppiamento meccanico desiderato (con un rapporto di trasmissione dei movimenti di azionamento differente dal rapporto ideali 1:1). A questo riguardo, si sottolinea che la struttura descritta può permettere un movimento di pari o differente ampiezza tra le masse di azionamento disposte lungo il primo ed il secondo asse orizzontale x, y, a seconda ad esempio delle esigenze progettuali.

Inoltre, la disposizione e la configurazione degli elettrodi di azionamento e di rilevamento può variare rispetto a quanto illustrato e descritto precedentemente (ad esempio, potrebbe essere presente un singolo gruppo di elettrodi di azionamento 13).

Nonostante gli schemi di layout delle strutture micromeccaniche del giroscopio MEMS qui illustrati prevedano un movimento delle masse di azionamento sostanzialmente come discusso con riferimento alla figura 1, è evidente che le stesse considerazioni possono essere applicate nel caso di movimenti differenti delle masse di azionamento (e differenti configurazioni degli elementi elastici di accoppiamento 12a-12d).

Inoltre, in modo noto, lo spostamento delle masse mobili può essere determinato con tecnica diversa da quella capacitiva, ad esempio mediante il rilevamento di una forza magnetica; ed il movimento di azionamento può essere generato in maniera differente, ad esempio mediante elettrodi “parallel-plate”, oppure attuazione magnetica.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Giroscopio integrato MEMS (1; 1'; 1''), comprendente: - almeno una prima massa di azionamento (2a) atta ad essere azionata con un primo movimento di azionamento lungo un primo asse (x) in seguito alla polarizzazione di un gruppo di elettrodi di azionamento (13), detto primo movimento di azionamento essendo atto a generare almeno un movimento di rilevamento, in presenza di rotazioni di detto giroscopio integrato MEMS (1; 1'; 1''); ed - almeno una seconda massa di azionamento (2b) atta ad essere azionata con un secondo movimento di azionamento lungo un secondo asse (y), trasversale a detto primo asse (x), detto secondo movimento di azionamento essendo atto a generare almeno un rispettivo movimento di rilevamento, in presenza di rotazioni di detto giroscopio integrato MEMS (1; 1'; 1''), caratterizzato dal fatto di comprendere un primo elemento elastico di accoppiamento (12a), configurato in modo da accoppiare elasticamente dette prima (2a) e seconda (2b) massa di azionamento, in modo tale da accoppiare detto primo movimento di azionamento a detto secondo movimento di azionamento con un dato rapporto di movimento.
2. Giroscopio secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo movimento di azionamento è atto a generare, per effetto di una forza di Coriolis, un movimento di rilevamento lungo detto secondo asse (y), in risposta ad una rotazione di detto giroscopio integrato MEMS (1; 1'; 1'') intorno ad un asse verticale (z) ortogonale a detti primo (x) e secondo (y) asse ad una velocità angolare di imbardata, ed un movimento di rilevamento lungo detto asse verticale (z), in risposta ad una rotazione di detto giroscopio integrato MEMS (1; 1'; 1'') intorno a detto secondo asse (y) ad una velocità angolare di rollio; ed in cui detto secondo movimento di azionamento è atto a generare, per effetto di una forza di Coriolis, un movimento di rilevamento lungo detto primo asse (x), in risposta ad una rotazione di detto giroscopio integrato MEMS (1; 1'; 1'') intorno a detto asse verticale (z) a detta velocità angolare di imbardata, ed un movimento di rilevamento lungo detto asse verticale (z), in risposta ad una rotazione di detto giroscopio integrato MEMS (1; 1'; 1'') intorno a detto primo asse (x) ad una velocità angolare di beccheggio.
3. Giroscopio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo elemento elastico di accoppiamento (12a) è configurato in modo tale che detta seconda massa di azionamento (2b) è trascinata da detta prima massa di azionamento (2a) in detto secondo movimento di azionamento, secondo detto dato rapporto di movimento.
4. Giroscopio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo elemento elastico di accoppiamento (12a) presenta un asse di estensione lungo una direzione inclinata di un angolo di inclinazione (α), di valore non nullo, rispetto a detto primo asse (x), ed è configurato in modo da trasmettere un movimento relativo tra detta prima (2a) e seconda (2b) massa di azionamento lungo detto asse di estensione.
5. Giroscopio secondo la rivendicazione 4, in cui detto angolo di inclinazione (α) è sostanzialmente pari a 45°, e detto rapporto di movimento è sostanzialmente un rapporto 1:1, vale a dire che ad uno spostamento di detta prima massa di azionamento (2a) corrisponde uno spostamento sostanzialmente uguale di detta seconda massa di azionamento (2b).
6. Giroscopio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo elemento elastico di accoppiamento (12a) è del tipo ripiegato (“folded”).
7. Giroscopio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo elemento elastico di accoppiamento (12a) è configurato in modo che detti primo e secondo movimento di azionamento sono movimenti oscillatori, tra di loro sincroni.
8. Giroscopio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto gruppo di elettrodi di azionamento (13) è collegato solamente a detta prima massa di azionamento (2a), e non a detta seconda massa di azionamento (2b).
9. Giroscopio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente primi elementi elastici di ancoraggio (4a) collegati tra detta prima massa di azionamento (2a) ed un substrato (3) di detto giroscopio integrato MEMS (1; 1'; 1''), e configurati in modo da vincolare detta prima massa di azionamento (2a) ad effettuare detto primo movimento di azionamento lungo detto primo asse (x); e secondi elementi elastici di ancoraggio (4b) collegati tra detta seconda massa di azionamento (2b) e detto substrato (3), e configurati in modo da vincolare detta seconda massa di azionamento (2b) ad effettuare detto secondo movimento di azionamento lungo detto secondo asse (y).
10. Giroscopio secondo la rivendicazione 9, comprendente inoltre: una terza massa di azionamento (2c) atta ad essere azionata con un terzo movimento di azionamento lungo detto primo asse (x) in seguito alla polarizzazione di detto gruppo di elettrodi di azionamento (13), ed ancorata a detto substrato (3) mediante terzi elementi elastici di ancoraggio (4c); una quarta massa di azionamento (2d) atta ad essere azionata con un quarto movimento di azionamento lungo detto secondo asse (y), ed ancorata a detto substrato (3) mediante quarti elementi elastici di ancoraggio (4d); ed ulteriori elementi elastici di accoppiamento (12b-12d) configurati, insieme a detto primo elemento elastico di accoppiamento (12a), in modo da accoppiare elasticamente dette prima (2a), seconda (2b), terza (2c) e quarta (2d) massa di azionamento, così che detti primo e terzo movimento di azionamento siano sincroni ed in controfase tra di loro, e detti secondo e quarto movimento di azionamento siano sincroni ed in controfase tra di loro.
11. Giroscopio secondo la rivendicazione 10, in cui detti secondi (4b) e quarti (4d) elementi elastici di ancoraggio sono configurati in modo tale che detta seconda (2b) e, rispettivamente, quarta (2d) massa di azionamento sono inoltre in grado di eseguire rispettivi movimenti di rilevamento, in risposta ad una stessa rotazione di detto giroscopio integrato MEMS (1; 1'; 1'') ad una stessa velocità angolare; comprendente inoltre una struttura di accoppiamento di rilevamento (25), configurata in modo da accoppiare elasticamente tra di loro dette seconda (2b) e quarta (2d) massa di azionamento in modo tale che detti rispettivi movimenti di rilevamento siano tra di loro in controfase, ed in modo da inibire movimenti in fase di dette seconda (2b) e quarta (2d) massa di azionamento.
12. Giroscopio secondo la rivendicazione 11, in cui detta struttura di accoppiamento di rilevamento (25) comprende: un elemento rigido (26), che collega tra di loro dette seconda (2b) e quarta (2d) massa di azionamento, presentando un punto di vincolo in posizione intermedia tra di esse; e mezzi di accoppiamento elastico (27) atti a collegare rispettive estremità di detto elemento rigido (26) a dette seconda (2b) e quarta (2d) massa di azionamento; detto punto di vincolo essendo sostanzialmente immobile rispetto alla traslazione.
13. Giroscopio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-12, in cui detti secondi (4b) e quarti (4d) elementi elastici di ancoraggio sono configurati in modo tale che detta seconda (2b) e, rispettivamente, quarta (2d) massa di azionamento sono in grado di eseguire primi movimenti di rilevamento lungo detto asse verticale (z), in risposta ad una rotazione di detto giroscopio integrato MEMS (1; 1'; 1'') intorno a detto primo asse (x) ad una velocità angolare di beccheggio, e secondi movimenti di rilevamento lungo detto primo asse (x), in risposta ad una rotazione di detto giroscopio integrato MEMS (1; 1'; 1'') intorno a detto asse verticale (z) ad una velocità angolare di imbardata.
14. Giroscopio secondo la rivendicazione 13, comprendente inoltre una prima massa di rilevamento (9a), collegata a detta prima massa di azionamento (2a) tramite elementi elastici di disaccoppiamento (32), e a detta seconda massa di azionamento (2b) mediante detto primo elemento elastico di accoppiamento (12a); in cui detti elementi elastici di disaccoppiamento (32) sono rigidi rispetto a detto primo movimento di azionamento e sono inoltre configurati in modo da disaccoppiare detti secondi movimenti di rilevamento di detta seconda (2b) e quarta (2d) massa di azionamento, da detto primo movimento di azionamento.
15. Giroscopio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre almeno una prima (9a) ed una seconda (10b) massa di rilevamento accoppiate elasticamente a dette prima (2a) e, rispettivamente, seconda (2b) massa di azionamento mediante rispettivi elementi elastici di supporto (16, 20); detti rispettivi elementi elastici di supporto (16, 20) essendo configurati in modo che dette prima (9a) e seconda (10b) massa di rilevamento siano solidali a dette prima (2a) e, rispettivamente, seconda (2b) massa di azionamento durante detti primo e, rispettivamente, secondo movimento di azionamento, e presentino inoltre un ulteriore grado di libertà di movimento, in modo da eseguire rispettivi movimenti di rilevamento.
16. Dispositivo elettronico (40) comprendente un giroscopio integrato MEMS (1; 1'; 1'') secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, ed inoltre uno stadio di azionamento (41), operativamente accoppiato a detto giroscopio integrato MEMS (1; 1'; 1'') per fornire segnali elettrici di polarizzazione a detto gruppo di elettrodi di azionamento (13) ed azionare così detta prima (2a) e seconda (2b) massa di azionamento.
17. Dispositivo secondo la rivendicazione 16, in cui detto stadio di azionamento (40) comprende un unico anello di controllo retroazionato per il controllo dell’azionamento sia di detta prima massa di azionamento (2a) che di detta seconda massa di azionamento (2b).