KR101433590B1 - 커패시턴스 변조에 의한 ｍｅｍｓ 자이로스코프의 파라미터증폭 - Google Patents

Abstract

MEMS 자이로스코프의 출력의 파라미터 증폭은 감지 커패시턴스 또는 인가된 DC 전압을 갖는 보조 커패시턴스를 변조함으로써 얻어진다. 커패시턴스 변조는 자이로스코프 메카니즘의 구동 운동에 의해 생성되어, 파라미터 증폭기의 펌프 신호는 전자 장치의 위상 오차에 노출되지 않는다. 커패시턴스 변조는 센서의 전기적 이득(센서 메카니즘 변위로부터 출력 전기 신호로의 전달 함수)뿐만 아니라 센서의 기계적 이득(입력된 힘으로부터 센서 메카니즘 변위로의 전달 함수)에 영향을 미친다. 센서의 기계적 이득 및 전기적 이득은 위상에 종속으로 되어, 원하지 않는 직교위상 신호가 감쇄하는 반면, 코리올리 속도 신호는 증폭된다.

MEMS, 자이로스코프, 커패시턴스 변조, 파라미터 증폭

Description

커패시턴스 변조에 의한 ＭＥＭＳ 자이로스코프의 파라미터 증폭{PARAMETRIC AMPLIFICATION OF A MEMS GYROSCOPE BY CAPACITANCE MODULATION}

[우선권 주장]

본 특허 출원은 2007년 12월 12일 출원되고 본 명세서에서 그 전문이 원용되는 "커패시턴스 변조에 의한 ＭＥＭＳ 자이로스코프의 파라미터 증폭{PARAMETRIC AMPLIFICATION OF A MEMS GYROSCOPE BY CAPACITANCE MODULATION}"의 명칭을 갖는 미국 가특허 출원 제61/013,041호의 우선권을 주장한다.

[정부의 권리]

본 발명은 미국 육군에 의해 재정된 계약 번호 W15P7T-05-C-P609 및/또는 W15P7T-07-C-P609 하에서 미국 정부로부터의 지원으로 이루어졌다. 미국 정부는 본 발명에 대하여 소정의 권리를 가질 수 있다.

MEMS(Micro-ELectro-Mechanical System) 자이로스코프 센서는 가요성 현수 부재에 의해 서로 연결되거나 또는 기판에 연결되는 하나 이상의 가동(movable) 관성 질량체(proof mass)로 이루어진다. 일반적으로 관성 질량체 및 현수 부재는 강하게 도핑된 실리콘을 에칭함으로써 제조되며, 이 실리콘은 하나 또는 그 이상의 상부 및/또는 하부의 유리 또는 실리콘 기판에 접합된다.

관성 질량체는 "모터(motor)" 모드의 공진 주파수에서 정전기적으로 구동된다. 센서가 회전을 겪게 될 때, 모터 모드 운동의 속도는 관성 질량체가 모터 속도 및 회전 축에 수직인 코리올리의 힘을 받는다. 코리올리의 힘에 의해 발생되는 관성 질량체의 운동은 감지 전극에 의해 용량성으로(capacitively) 감지되어 전기 출력 신호를 생성한다.

다양한 MEMS 자이로스코프에서, 모터 모드는 기판에 평행하게 동일하거나 반대 방향의 속도로 움직이는 2개의 관성 질량체로 이루어지며, 이 경우 상기 2개의 관성 질량체는 상기 2개의 관성 질량체의 중심을 연결하는 선을 따라 움직인다. 모터 모드 공진 주파수는 10 내지 20 kHz의 범위에 있을 수 있다. MEMS 자이로스코프 센서는 기판에 평행한 회전 또는 수직인 회전 중 하나를 감지하도록 설계될 수 있다. 코리올리의 힘은 회전축이 기판에 수직인지 또는 평행한지에 따라 기판에 평행 또는 수직으로 반대 방향으로 움직이는 2개의 관성 질량체로 이루어져 있는 실리콘 메카니즘의 "감지(sense)" 공진 모드를 구동한다. 기판에 평행한 축 주위로의 회전을 감지하도록 설계된 센서는 IPG(in-plane gyroscope)로 칭해지며, 기판에 수직인 축 주위로의 회전을 감지하도록 설계된 센서는 z-축 자이로스코프 또는 OPG(out-of-plane gyroscope)로 칭해진다.

MEMS 자이로스코프에서, 감지 모드의 공진주파수는 일반적으로 모터 모드의 공진 주파수보다 5% 내지 10% 이하에 있어서, 코리올리의 힘은 센서 모드를 공진에서 벗어나게 구동한다. 다른 MEMS 자이로스코프는 스케일 팩터(scale factor)를 최 대화하기 위하여 모터 공진 주파수와 가능한 한 가까운 감지 공진 주파수로 동작할 수 있다. 그러나, 이러한 센서의 대역폭은 매우 제한되며, 안전성 문제를 가질 수 있다.

다른 MEMS 자이로스코프는 전술한 2개의 관성 질량체 구성과는 전혀 상이할 수 있다. 그러나, 이것들 모도는 자신의 공진 주파수에서 구동되는 모터 모드를 가질 수 있으며, 회전하는 동안 코리올리의 힘을 받으며, 코리올리의 힘은 운동이 용량성으로 검출되는 감지 모드를 구동한다.

MEMS 자이로스코프에서의 센서 출력 신호는 모터 공진 주파수에서 AC 신호이다. 일반적인 MEMS 자이로스코프는 코리올리의 힘에 의해 생성된 출력 신호와 90도 벗어난 위상인 "직각 위상(quadrature)"를 의미하는 큰 출력 오차 신호를 갖는다. 위상에 민감한 검출은 매우 더 큰 직각 위상 신호가 있을 때 코리올리 속도 신호가 검출되게 한다. 그러나, 전자 장치 및 센서에서의 위상 시프트는 직각 위상 신호가 코리올리-위상 신호에서 오차를 생성하게 한다.

감지 전극에 인가된 AC 전압으로 이루어진 펌프 신호를 이용한 MEMS 자이로스코프에서 파라미터 증폭은 본 명세서에서 그 전문이 원용되는 미국 등록 특허 제6,715,353호(Burgess R. Johnson, 2004. 4. 6.)에서 이전에 설명되었다. AC 펌프 전압은 센서의 전기적 이득(센서 기계적 변위로부터 출력 전기 신호로의 전달 함수)뿐만 아니라 센서의 기계적 이득(입력된 힘으로부터 센서 메카니즘 변위로의 전달 함수)을 증가시킬 수 있다. 또한, 센서의 기계적 및 전기적 이득은 위상에 종속적이게 되며, 이에 따라, 코리올리 속도 신호는 원하지 않는 직각 위상 신호가 감 쇄되는 동안 증폭될 수 있다.

Oropeza-Ramos 등은 MEM 자이로스코프의 구동 모드의 특성을 수정하기 위하여 파라미터 공진을 이용하는 것을 설명하며("Parametric Resonance Amplification in a MEM Gyroscope," L.A. Oropeza-Ramos와 K. L. Turner, Proceedings of the 2005 IEEE Sensors Conference, 660 내지 663페이지, 2005. 10. 31 - 11. 3, 캘리포니아 어빈), 본 명세서에서 그 전문이 원용된다.

미국 등록 특허 제6,715,353호에서 설명되는 바와 같이, 파라미터 증폭을 제공하기 위하여 AC 펌프 전압을 이용하는데 있어서의 난점은 펌프 전압의 위상이 센서 메카니즘의 구동 운동의 위상과 정밀하게 동기화되어야만 한다는 것이다. 만약 그렇지 않다면, 파라미터 증폭은 센서에서의 입력 힘의 위상에 대하여 센서 출력 신호의 위상 시프트를 발생시킨다. 그 결과, 센서 메카니즘에 상대적으로 큰 직각 위상 힘이 코리올리 속도 위상에서 센서 출력을 생성할 수 있으며, 이에 따라 0-속도(zero-rate) 바이어스 오차를 야기한다.

따라서, 본 발명의 실시예는 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, MEMS 자이로스코프의 출력의 파라미터 증폭은 감지 커패시턴스 또는 인가된 DC 전압을 갖는 보조 커패시턴스를 변조함으로써 얻어진다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 커패시턴스 변조는 자이로스코프 메카니즘의 구동 운동에 의해 생성되어, 파라미터 증폭기의 펌프 신호는 전자 장치의 위상 오차에 노출되지 않는다.

도 1은 예시적인 MEMS(Micro-ELectro-Mechanical System) 커패시턴스 변조 장치(100)를 도시한다. MEMS 커패시턴스 변조 장치(100)의 예시적인 실시예는 제1 진동 질량체(102), 제2 진동 질량체(104), 하나 이상의 좌측 모터(106), 상부 중심 모터 픽오프(108), 하부 중심 모터 픽오프(109), 하나 이상의 우측 모터(110), 좌측 콤(comb) 구조체(112), 제1 중심 콤 구조체(114), 제2 중심 콤 구조체(116), 우측 콤 구조체(118), 좌측 감지 전극(120), 우측 감지 전극(122) 및 하나 또는 그 이상의 앵커부(126)에 연결된 출력 전극(124)을 포함한다.

좌측 모터(106)는 좌측 콤 구조체(112)를 통해 제1 진동 질량체(102)와 용량성으로 결합된다. 우측 모터(110)는 우측 콤 구조체(118)를 통해 제2 진동 질량체(104)와 용략성으로 결합된다. 중심 모터 픽오프(108, 109)는 제1 중심 콤 구조체(114)를 통해 제1 진동 질량체(102)에 용량성으로 결합된다. 중심 모터 픽오프(108, 109)는 제2 중심 콤 구조체(116)를 통해 제2 진동 질량체(104)에 용량성으로 결된한다. 좌측 모터(106) 및 우측 모터(110)는 제1 진동 질량체(102) 및 제2 진동 질량체(104)에 대한, 이하, 모터 주파수를 말하는, 알려진 주파수로 진동 운동을 주기 위한 신호로 구동된다. 중심 모터 픽오프(108, 109)는 DC 전압으로 바이어스되어, x-축을 따른 관성 질량체의 운동은 모터 콤에 인가된 신호를 제어하는 전자 장치에 입력되는 AC 전류를 생성한다.

감지 전극(120, 122)은 복수의 콤 핑거 쌍(128)에 의해 제1 및 제2 진동 질량체(102, 104)에 용량성으로 결합된다. 각 콤 핑거 쌍(128)은 진동 질량체에 부착된 하나의 콤 핑거와 감지 전극에 부착된 다른 콤 핑거를 구비한다. 감지 전극(120, 122)은 앵커(130)에 연결된다. 예시적인 실시예에서, 콤 핑거 쌍(128)은 기설정된 거리 만큼 다른 콤 핑거 쌍으로부터 이격된다. 또한, 감지 전극(120, 122)의 일부 실시예에서, 콤 핑거 쌍들은 2개의 쌍이 도 1에 도시된 모터 축에 대하여 거울 대칭을 갖도록 각 쌍이 대응하는 쌍을 가진다. 콤 구조체에 대한 다른 구성이 MEMS 커패시턴스 변조 장치(100)의 다른 실시예에서 이용될 수 있다.

MEMS 커패시턴스 변조 장치(100)의 실시예는 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 콤 핑거 쌍(128)의 구조에서 다양한 구성을 채용한다. 콤 핑거 쌍의 구조는 콤 핑거 쌍(128)의 커패시턴스가 모터 축을 따라서 진동 질량체의 변위에 따라 가변할 수 있게 한다.

MEMS 커패시턴스 변조 장치(100)의 실시예는 센서 메카니즘의 모터 운동의 위상과 정밀하게 동기화된 펌프 힘의 위상으로 파라미터 증폭을 생성한다. 일부 실시예에서, 이것은 모터 운동이 모터 주파수의 2배에서 감지 커패시턴스의 변조를 생성하여 감지 모드 상의 정전기력의 변조 때문에 모터 주파수의 2배에서의 파라미터 펌프 힘을 가져다주도록 감지 전극(120, 122)을 설계함으로써 달성될 수 있다. 파라미터 펌프 힘이 관성 질량체의 모터 운동에 의해 생성되기 때문에, 파라미터 펌프 힘은 관성 질량체의 모터 운동과 정밀하게 동기화된다.

시간 및 y-축 변위(즉, 감지 모드 변위)의 함수인 커패시턴스 C에 의해 생성된 y축을 따른 시간 종속 정전기력 F_y는 다음의 수학식 1로 주어진다.

여기에서, V_bias는 커패시터 전극의 전압이며, dC/dy는 y에 대한 C의 도함수이다. 모터 주파수의 2배로 dC/dy를 변조하는 것은 V_bias가 DC 전압일 때 힘 F_y가 모터 주파수의 2배로 변조되게 한다. 따라서, F_y(t)는 입력 힘(예를 들어, 코리올리의 힘)에 대한 관성 질량체의 기계적 응답의 파라미터 증폭을 제공한다. 이 대신에, 또는 추가하여, F_y(t)는 직각 위상 힘에 대한 응답의 억제를 제공하는 펌프 힘일 수 있다. 증폭된 기계적 응답은 본 발명의 펌프 힘이 감지 커패시턴스의 변조에 의해 생성된다는 점을 제외하면 미국 등록 특허 제6,715,353호에 설명된 것와 유사한 방법으로 생성된다. 미국 등록 특허 제6,715,353호에 설명된 펌프 힘은 감지 커패시턴스에 AC 전압을 인가함으로써 생성되어, 시간에 독립적인 dC/dy로 V_bias ²이 모터 주파수의 2배로 변조되었다.

도 2는 종래 기술에 따른 MEMS 자이로스코프의 일부인 감지 콤 핑거의 2개의 쌍을 포함하는 조립체(200)를 도시하며, 각 쌍의 한 부재는 진동하는 관성 질량체(202)에 부착된다. 2개의 콤 핑거 쌍의 전체 커패시턴스는 x-축을 따른 진동 질량체(202)의 변위 거리에 독립적이다. 조립체(200)는 관성 질량체(202), 좌측 감지 전극 콤 핑거(204), 및 우측 감지 전극 콤 핑거(206)를 구비한다. 좌측 감지 전극 콤 핑거(204)와 우측 감지 전극 콤 핑거(206)은 해당하는 감지 전극(208)에 부착된다. 감지 전극(208)은 기판(미도시)에 부착된 앵커에 고정된다. 또한, 좌측 감지 전극 콤 핑거(204) 및 우측 감지 전극 콤 핑거(206)은 각각 관성 질량체(202)의 콤 핑거(210, 212)에 용량성으로 결합된다. x-축을 따라 관성 질량체(202)로 유도된 모터 운동은 감지 전극 콤 핑거(204, 206)와 관성 질량체의 콤 핑거(210, 212) 사이에서 커패시턴스 변동을 일으키지 않는다.

도 3은 종래 기술에 따른 조립체(200)의 모터 변위 거리(δx)의 함수로서 커패시턴스를 도시한다. 관성 질량체 모터 운동을 x-축을 따른다. 모터 운동은 감지 전극 콤 핑거(204, 206)와 콤 핑거(210, 212)의 좌측 및 우측 커패시턴스에서 동일 하고 반대의 변동을 생성한다. 따라서, 전체 커패시턴스는 모터 운동에 독립적이다.

도 4는 감지 커패시턴스의 변조를 제공하는 감지 콤 핑거 쌍(128)의 예시적인 실시예의 2가지 경우를 포함하는 조립체(400)를 도시한다. 조립체(400)는 MEMS 자이로스코프의 일부일 수 있다. 조립체(400)는 관성 질량체(402), 좌측 감지 전극 콤 핑거(404) 및 우측 감지 전극 콤 핑거(406)를 구비한다. 관성 질량체(402)는 간격(410)에서 대응하는 감지 전극 콤 핑거(404)와의 용량성 결합을 제공하는 좌측 관성 질량체 콤 전극(408)을 구비한다. 관성 질량체(402)는 간격(414)에서 대응하는 감지 전극 콤 핑거(406)와의 용량성 결합을 제공하는 우측 관성 질량체 콤 전극(412)을 구비한다. 감지 전극 콤 핑거(404, 406)은 해당 감지 전극(416)에 부착된다. 감지 전극(416)은 기판(미도시)에 부착된 앵커에 고정된다.

감지 전극 콤 핑거(404, 406)는 단부(418) 및 해당하는 감지 전극(416)으로 고정시키는 부착부(420)에 의해 정의된다. 관성 질량체 콤 핑거(408, 412)는 단부(422) 및 관성 질량체 콤 핑거(408, 412)를 관성 질량체 본체(426)에 고정시키는 부착부(424)에 의해 정의된다.

관성 질량체 콤 핑거(408, 412) 및 감지 전극 콤 핑거(404, 406) 사이의 분리부는 간격(410, 414)을 정의한다. 간격(410, 414)은 감지 전극 콤 핑거(404, 406) 및 관성 질량체 콤 핑거(408, 412) 사이의 용량성 결합(커패시턴스)을 정의한다.

도 4에서, 콤 핑거 단부(418)는 콤 핑거 부착부(420)의 폭보다 더 큰 폭을 갖는다. 선택적으로는, 관성 질량체 콤 핑거(408, 412)는 관성 질량체(402)의 본체(426)에 부착된 부분(424)보다 더 넓다. (다른 실시예에서, 콤 핑거 부분(418, 420)은 동일한 폭을 가지며, 반면, 콤 핑거 단부 부분(422)는 콤 핑거 부분(424)보다 더 넓다.) 콤 핑거 부분(418, 420) 및/또는 콤 핑거 부분(422, 424)의 폭에서의 차이는 모터 운동이 관성 질량체(402)에 유도될 때 간격(410, 414)에서의 변동을 유발한다. 예시적인 실시예에서, 감지 전극 콤 핑거(404, 406)는 모터 주파수의 2배로 변조된다.

도시된 x-축을 따른 모터 변위 거리(δx)를 가져다 주는 관성 질량체(402)에 유도된 모터 운동은 간격(410, 414)이 변함에 따라 감지 전극(416) 및 관성 질량체(402) 사이의 커패시턴스에서의 검출가능한 변동을 유발한다. 도시된 y-축을 따른 변위에 대한 상기 커패시턴스의 도함수도 모터 변위(δx)에 따라 변동한다. 그 결과, DC 바이어스 전압이 감지 전극(416)과 관성 질량체(402) 사이에 인가될 때, 수학식 1로 주어지는 도시된 y-축을 따른 정전기력은 관성 질량체의 x-축 변위에 따라 가변한다. 도 5에 따르면, 커패시턴스는 양과 음의 모터 변위 거리(δx)에 따라 감소하도록 구성된다. 양의 δx에 대하여, 콤 핑거(406, 412) 사이의 평균 간격 분리는 δx = 0에 비하여 감소하며, 콤 핑거(404, 408) 사이의 평균 간격 분리는 일정하다. 따라서, 전체 커패시턴스는 δx = 0일 때의 값에 비하여 감소한다. 조립체(400)의 거울 대칭 때문에, δx의 음의 값은 커패시턴스에서 감소를 발생시킨다.

도 6은 감지 커패시턴스의 변조를 제공하는 감지 콤 핑거 쌍(128)의 예시적인 실시예에 대한 2가지 경우를 갖는 조립체(600)를 도시한다. 조립체(600)는 MEMS 자이로스코프의 일부일 수 있다. 조립체(600)는 관성 질량체(602), 좌측 감지 전극 콤 핑거(604) 및 우측 감지 전극 콤 핑거(606)를 구비한다. 관성 질량체(602)는 간격(610)에서 좌측 감지 전극 콤 핑거(604)와의 용량성 결합을 제공하는 좌측 관성 질량체 콤 전극(608)을 구비한다. 관성 질량체(602)는 간격(614)에서 우측 감지 전극 콤 핑거(606)와의 용량성 결합을 제공하는 우측 관성 질량체 콤 전극(612)을 구비한다. 감지 전극 콤 핑거(604, 606)은 해당 감지 전극(616)에 부착된다. 감지 전극(616)은 기판(미도시)에 부착된 앵커에 고정된다.

감지 전극 콤 핑거(604, 606)는 단부(618) 및 해당하는 감지 전극(616)으로 감지 전극 콤 핑거(604, 606)을 고정시키는 부착부(620)에 의해 정의된다. 관성 질량체 콤 핑거(608, 612)는 단부(622) 및 관성 질량체 콤 핑거(608, 612)를 관성 질량체 본체(626)에 고정시키는 부착부(624)에 의해 정의된다.

관성 질량체 콤 핑거(608, 612) 및 감지 전극 콤 핑거(604, 606) 사이의 분리부는 간격(610, 614)을 정의한다. 간격(610, 614)은 감지 전극 콤 핑거(604, 606) 및 관성 질량체 콤 핑거(608, 612) 사이의 용량성 결합(커패시턴스)을 정의한다.

도 6에서, 콤 핑거 단부(618)의 폭은 부분(620)의 폭보다 더 작다. 선택적으로는, 관성 질량체 콤 핑거(608, 612)는 관성 질량체(602)의 본체(626)에 부착된 부분(624)의 폭보다 작은 폭을 갖는 단부(622)를 갖는다. (다른 실시예에서, 부분(618, 620)은 동일한 폭을 가지며, 반면, 단부 부분(622)는 부분(624)보다 더 좁은 폭을 갖는다.) 부분(618, 620) 및/또는 부분(622, 624)의 폭에서의 차이는 모터 운동이 관성 질량체(602)에 유도될 때 간격(610, 614)의 커패시턴스에서의 변동을 유발한다. 예시적인 실시예에서, 콤 핑거(604, 606)는 모터 주파수의 2배로 변조된다. 따라서, 커패시턴스는 도 7에서 모터 변위의 함수로서 도시된다.

도시된 x-축을 따른 모터 변위 거리(δx)를 가져다 주는 관성 질량체(602)에 유도된 모터 운동은 간격(610, 614)이 변함에 따라 감지 전극(616) 및 관성 질량체(602) 사이의 커패시턴스에서의 검출가능한 변동을 유발한다. 도시된 y-축을 따른 변위에 대한 상기 커패시턴스의 도함수도 모터 변위(δx)에 따라 변동한다. 그 결과, DC 바이어스 전압이 감지 전극(616)과 관성 질량체(602) 사이에 인가될 때, 수학식 1로 주어지는 도시된 y-축을 따른 정전기력은 관성 질량체의 x-축 변위에 따라 가변한다. 도 7에 따르면, 커패시턴스는 양과 음의 모터 변위 거리(δx)에 따라 증가하도록 구성된다. 양의 δx에 대하여, 콤 핑거(606, 612) 사이의 평균 간격 분리는 δx = 0에 비하여 감소하며, 콤 핑거(604, 608) 사이의 평균 간격 분리는 일정하다. 따라서, 전체 커패시턴스는 δx = 0일 때의 값에 비하여 증가한다. 조립체(600)의 거울 대칭 때문에, δx의 음의 값은 커패시턴스에서 증가를 발생시킨다.

도 8은 감지 커패시턴스의 변조를 제공하는 감지 콤 핑거 쌍(128)의 예시적인 실시예에 대한 2가지 경우를 갖는 조립체(800)를 도시한다. 조립체(800)는 MEMS 자이로스코프의 일부일 수 있다. 조립체(800)는 관성 질량체(802), 좌측 감지 전극 콤 핑거(804) 및 우측 감지 전극 콤 핑거(806)를 구비한다. 관성 질량체(802)는 간격(810)에서 좌측 감지 전극 콤 핑거(804)와의 용량성 결합을 제공하는 좌측 관성 질량체 콤 전극(808)을 구비한다. 관성 질량체(802)는 간격(814)에서 우측 감지 전 극 콤 핑거(806)와의 용량성 결합을 제공하는 우측 관성 질량체 콤 전극(812)을 구비한다. 감지 전극 콤 핑거(804, 806)은 해당 감지 전극(816)에 부착된다. 감지 전극(816)은 기판(미도시)에 부착된 앵커에 고정된다.

감지 전극 콤 핑거(804, 806)는 단부(818) 및 해당하는 감지 전극(816)으로 감지 전극 콤 핑거(804, 806)을 고정시키는 부착부(820)에 의해 정의된다. 관성 질량체 콤 핑거(808, 812)는 단부(822) 및 관성 질량체 콤 핑거(808, 812)를 관성 질량체 본체(826)에 고정시키는 부착부(824)에 의해 정의된다. 관성 질량체 콤 핑거(808, 812) 및 콤 핑거(804, 806) 사이의 분리부는 간격(810, 814)을 정의한다. 간격(810, 814)은 감지 전극 콤 핑거(804, 806) 및 관성 질량체 콤 핑거(808, 812) 사이의 용량성 결합(커패시턴스)을 정의한다.

도 8에서 감지 전극 콤 핑거(804, 806)은 주름진 단부(818)와 주름지지 않은 단부(820)를 갖는다. 선택적으로, 관성 질량체 콤 핑거(808, 812)는 주름진 단부(822)와 주름지지 않은 부착부(824)를 포함한다. (다른 실시예에서, 단부(822)는 주름지며, 반면, 부분(818)은 주름지지 않는다.) 부분(818) 및/또는 부분(822)의 주름은 모터 운동이 관성 질량체(802)에 유도될 때 간격(810, 814)의 커패시턴스에서의 변동을 유발한다. 예시적인 실시예에서, 감지 전극(816)은 모터 주파수의 2배로 변조된 커패시턴스를 갖는다. 따라서, 모터 변위에 따라 커패시턴스가 증가한다. 커패시턴스는 도 9에서 모터 변위의 함수로서 도시된다.

도시된 방향(x-축)을 따른 모터 변위 거리(δx)를 가져다 주는 관성 질량체(802)에 유도된 모터 운동은 간격(810, 814)이 변함에 따라 감지 전극(816) 및 관성 질량체(802) 사이의 커패시턴스에서의 검출가능한 변동을 유발한다. 도시된 y-축을 따른 변위에 대한 상기 커패시턴스의 도함수도 모터 변위(δx)에 따라 변동한다. 그 결과, DC 바이어스 전압이 감지 전극(816)과 관성 질량체(802) 사이에 인가될 때, 수학식 1로 주어지는 도시된 y-축을 따른 정전기력은 관성 질량체의 x-축 변위에 따라 가변한다. 도 9에 따르면, 커패시턴스는 양과 음의 모터 변위 거리(δx)에 따라 증가하도록 구성된다. 양과 음의 δx에 대하여, 간격(810, 814)에서의 간격 분리의 역수의 평균은 δx = 0에 비하여 증가한다. 따라서, 전체 커패시턴스는 δx = 0일 때의 값에 비하여 증가한다. 조립체(800)의 거울 대칭 때문에, δx의 음의 값은 커패시턴스에서 증가를 발생시킨다.

도 10은 감지 커패시턴스의 변조를 제공하는 감지 콤 핑거 쌍(128)의 예시적인 실시예에 대한 2가지 경우를 갖는 조립체(1000)를 도시한다. 조립체(1000)는 MEMS 자이로스코프의 일부일 수 있다. 조립체(1000)는 관성 질량체(1002), 좌측 감지 전극 콤 핑거(1004) 및 우측 감지 전극 콤 핑거(1006)를 구비한다. 관성 질량체(1002)는 간격(1010)에서 좌측 감지 전극 콤 핑거(1004)와의 용량성 결합을 제공하는 좌측 관성 질량체 콤 전극(1008)을 구비한다. 관성 질량체(1002)는 간격(1014)에서 우측 감지 전극 콤 핑거(1006)와의 용량성 결합을 제공하는 우측 관성 질량체 콤 전극(1012)을 구비한다. 감지 전극 콤 핑거(1004, 1006)은 해당 감지 전극(1016)에 부착된다. 감지 전극(1016)은 기판(미도시)에 부착된 앵커에 고정된다.

감지 전극 콤 핑거(1004, 1006)는 단부(1018) 및 해당하는 감지 전극(1016) 으로 감지 전극 콤 핑거(1004, 1006)을 고정시키는 부착부(1020)에 의해 정의된다. 관성 질량체 콤 핑거(1008, 1012)는 단부(1022) 및 관성 질량체 콤 핑거(1008, 1012)를 관성 질량체 본체(1026)에 고정시키는 부착부(1024)에 의해 정의된다. 관성 질량체 콤 핑거(1008, 1012) 및 콤 핑거(1004, 1006) 사이의 분리부는 간격(1010, 1014)을 정의한다. 간격(1010, 1014)은 감지 전극 콤 핑거(1004, 1006) 및 관성 질량체 콤 핑거(1008, 1012) 사이의 용량성 결합(커패시턴스)을 정의한다.

도 10에서 감지 전극 콤 핑거(1004, 1006)은 주름진 단부(1018)와 주름지지 않은 단부(1020)를 갖는다. 이 실시예에서, 콤 핑거(1004)의 주름진 부분은 콤 핑거(1008)의 주름진 부분을 마주보며, 콤 핑거(1006)의 주름진 부분은 콤 핑거(1012)의 주름진 부분을 마주본다.

부분(1018) 및/또는 부분(1022)의 주름은 모터 운동이 관성 질량체(1002)에 유도될 때 간격(1010, 1014)에서 커패시턴스에서의 변동을 유발한다. 예시적인 실시예에서, 감지 전극(1016)은 모터 주파수의 2배로 변조된 커패시턴스를 갖는다. 따라서, 모터 변위에 따라 커패시턴스가 감소한다. 커패시턴스는 도 11에서 모터 변위의 함수로서 도시된다.

도시된 방향(x-축)을 따른 모터 변위 거리(δx)를 가져다 주는 관성 질량체(1002)에 유도된 모터 운동은 간격(1010, 1014)이 변함에 따라 감지 전극(1016) 및 관성 질량체(1002) 사이의 커패시턴스에서의 검출가능한 변동을 유발한다. 도시된 y-축을 따른 변위에 대한 상기 커패시턴스의 도함수도 모터 변위(δx)에 따라 변동한다. 그 결과, DC 바이어스 전압이 감지 전극(1016)과 관성 질량체(1002) 사 이에 인가될 때, 수학식 1로 주어지는 도시된 y-축을 따른 정전기력은 관성 질량체의 x-축 변위에 따라 가변한다. 도 11에 따르면, 커패시턴스는 양과 음의 모터 변위 거리(δx)에 따라 감소하도록 구성된다. 양과 음의 δx에 대하여, 간격(1010, 1014)에서의 간격 분리의 역수의 평균은 δx = 0에 비하여 감소한다. 따라서, 전체 커패시턴스는 δx = 0일 때의 값에 비하여 감소한다. 조립체(1000)의 거울 대칭 때문에, δx의 음의 값은 커패시턴스에서 감소를 발생시킨다.

도 12는 감지 커패시턴스의 변조를 제공하는 감지 콤 핑거 쌍(128)의 예시적인 실시예에 대한 2가지 경우를 갖는 조립체(1200)를 도시한다. 조립체(1200)는 MEMS 자이로스코프의 일부일 수 있다. 조립체(1200)는 관성 질량체(1202), 좌측 감지 전극 콤 핑거(1204) 및 우측 감지 전극 콤 핑거(1206)를 구비한다. 관성 질량체(1202)는 간격(1210)에서 좌측 감지 전극 콤 핑거(1204)와의 용량성 결합을 제공하는 좌측 관성 질량체 콤 전극(1208)을 구비한다. 관성 질량체(1202)는 간격(1214)에서 우측 감지 전극 콤 핑거(1206)와의 용량성 결합을 제공하는 우측 관성 질량체 콤 전극(1212)을 구비한다. 감지 전극 콤 핑거(1204, 1206)은 해당 감지 전극(1216)에 부착된다. 감지 전극(1216)은 기판(미도시)에 부착된 앵커에 고정된다.

감지 전극 콤 핑거(1204, 1206)는 단부(1218) 및 해당하는 감지 전극(1216)으로 감지 전극 콤 핑거(1204, 1206)을 고정시키는 부착부(1220)에 의해 정의된다. 관성 질량체 콤 핑거(1208, 1212)는 단부(1222) 및 관성 질량체 콤 핑거(1208, 1212)를 관성 질량체 본체(1226)에 고정시키는 부착부(1224)에 의해 정의된다.

관성 질량체 콤 핑거(1208, 1212) 및 감지 전극 콤 핑거(1204, 1206) 사이의 분리부는 간격(1210, 1214)을 정의한다. 간격(1210, 1214)은 감지 전극 콤 핑거(1204, 1206) 및 관성 질량체 콤 핑거(1208, 1212) 사이의 용량성 결합(커패시턴스)을 정의한다.

도 12는 감지 전극 콤 핑거(1204, 1206)의 x-축 운동이 간격(1210, 1214)의 커패시턴스 변조를 제공하는 것을 도시다. 감지 전극 콤 핑거(1204, 1206) 및 관성 질량체 콤 핑거(1208, 1212)는 x-축에 대하여 얕은 각도로 경사져서, x-축을 따른 관성 질량체(1202)의 모터 운동이 커패시턴스 간격(1210, 1214)을 비선형적인 방식으로 관성 질량체(1202)의 일측 상으로 증가시키고 타측 상으로 감소시킨다. 커패시턴스가 간격에 반비례하므로, 전체 커패시턴스는 x-축 변위만큼 증가한다. 예시적인 실시예에서, 간격(1210, 1214)에 대한 커패시턴스의 비선형적 종속성은 도 11에서 도시된 바와 같이 경사진 감지 전극이 모터 변위에 대한 커패시턴스의 근사적인 포물선에 대한 종속성을 갖는 커패시턴스 변조를 제공하게 한다.

도 13 에서 커패시턴스가 도 12의 조립체에 대하여 모터 변위의 함수로서 도시되었다. 커패시턴스는 도시된 x-축을 따라 모터 변위 거리(δx)의 비선형적 함수이다. 도시된 y-축을 따른 변위에 대한 상기 커패시턴스의 도함수도 모터 변위(δx)에 따라 변동한다. 그 결과, DC 바이어스 전압이 감지 전극(1216)과 관성 질량체(1202) 사이에 인가될 때, 수학식 1로 주어지는 도시된 y-축을 따른 정전기력은 관성 질량체의 x-축 변위에 따라 가변한다.

모터 주파수의 2배로의 커패시턴스 변조의 주파수 성분이 커패시턴스가 진동 하는 모터 변위의 동일한 진폭에 대하여 모터 변위의 절대값에 비례할 때보다, 모터 변위의 근사적인 포물선 함수일 때 더 크기 때문에, 조립체(1200)에서 관성 질량체(1202)의 x-축 변위의 함수로서의 비선형 커패시턴스는 도 4, 6, 및/또는 8에 도시된 조립체의 전극보다 더 효율적인 파라미터 증폭을 제공할 수 있다. 그러나, 도 12에 도시된 경사진 전극이 콤 핑거가 매우 길 때 제조하기 어렵거나 그리고/또는 비실용적일 수 있기 때문에, 도 4, 6, 및/또는 8의 구성은 소정의 상황에 대하여 바람직할 수 있다.

또한, 도 4, 6, 8, 10 및/또는 12에 도시된 콤 핑거 쌍(128)의 짝지어진 콤 핑거에 의해 생성된 커패시턴스의 변조는 y-축을 따른 변위에 대한 커패시턴스의 1차 및 2차 도함수의 변조를 생성한다. 이러한 도함수의 변조는 다양한 실시예의 주제인 파라미터 증폭 효과의 원천이다.

감지 커패시턴스를 변조하는 것은 MEMS 자이로 센서의 전기적 이득(관성 질량체 변위와 전기 출력 신호 사이의 전달 함수)뿐만 아니라 센서의 기계적 이득(입력 힘과 관성 질량체 변의 사이의 전달 함수)에 영향을 미칠 수 있다. 기계적 이득에 대한 효과는 아래에서 설명된다.

도 14a, 14b 및 14c는 예시적인 실시예에서 모터 주파수의 2배로 변조될 수 있는 4개의 감지 커패시턴스 C₊₁(x,y₁), C_-1(x,y₁), C₊₂(x,y₂) 및 C_-2(x,y₂)를 갖는 MEMS 자이로스코프(1400)의 다양한 실시예들을 도시한다. 명료하게 하기 위하여, 도 14a, 14b 및 14c는 변조에 필요한 상세한 커패시턴스 형상은 도시하지 않는다. 도 14a, 14b 및 14c는 MEMS 자이로스코프(1400)에 감지 바이어스 전압을 인가하기 위한 3가지 방법 및 회전 속도에 비례하는 출력 전압을 생성하기 위한 전하 증폭기를 연결하는 대응하는 방법을 도시한다.

도 14a는 감지 플레이트 상의 감지 바이어스 전압의 2가지 극성과 입력이 감지 플레이트에 AC 결합된 단일 단자 증폭기(single-eneded amplifier)를 도시한다. 감지 커패시턴스는 일부 실시예에서 동일한 크기와 반대 극성을 가질 수 있는 DC 바이어스 전압 V₊(양) 및 V_-(음)으로 바이어스된다. 도 14b는 관성 질량체(1404, 1406) 상에 감지 바이어스 전압, V_bias,의 단일 극성과 입력이 감지 플레이트에 DC 결합된 차분 전하 증폭기(1408)를 도시한다. 차분 전하 증폭기(1408)는 일반적으로 입력이 가상 접지에 유지되도록 구축된다. 그 결과, 감지 플레이트 상의 전압은 가상 접지에서 유지된다. 도 14c는 감지 플레이트 상의 감지 바이어스 전압의 2개의 극성과, 입력이 관성 질량체에 DC 결합된 단일 단자 증폭기를 도시한다. 감지 커패시턴스는 일부 실시예에서 동일한 크기와 반대 극성을 가질 수 있는 DC 바이어스 전압 V₊(양) 및 V_-(음)으로 바이어스된다.

2개의 관성 질량체(1404, 1406)의 x-축 변위는 동일한 크기(도 14a, 14b 및 14c에서 "x"로 표시된)를 갖지만 반대 방향이다. 모터 축(x 축) 및 감지 축(y 축)에 직교하는 축에 대한 회전은 감지 축을 따라 관성 질량체 상에 코리올리의 힘을 생성한다. 결과에 따른 관성 질량체의 변위는 4개의 감지 커패시턴스를 변하게 한여, 도 14a, 14b 및 14c에 도시된 전하 증폭기에 대한 입력인 감지 커패시턴스 상 의 시변(time-varying) 전하 q₊(t)와 q_-(t)를 생성한다.

도 14a, 14b 및 14c에 도시된 센서/전하 증폭기가 결합된 시스템의 출력은 코리올리의 힘에 의해 생성된 차분 감지축 운동에만 민감하도록 설계된다. 수학식 2는 차분 운동을 설명한다.

여기서, 감지 모드 운동으로 칭해지는 관성 질량체(1404, 1406)의 감지 축 차분 운동인 y_S(t)는 수학식 3에 의해 정의된다.

y_S(t)의 제1 및 제2 시간 도함수는

및

이며, 차분 코리올리-위상 및 직각 위상 힘은 수학식 4에 의해 정의된다.

여기에서, ω는 x-축을 따른 모터 운동의 구동 주파수이며, ψ는 위상 인자 이다. 구동 모터 운동의 위상은 수학식 5에 의해 정의된다.

수학식 2에서의 다른 변수들은 다음과 같이 정의된다.

m은 각 관성 질량체의 질량이며,

γ는 감지 모드에 대한 제동(damping) 파라미터이며,

ω_SM은 감지 모드의 기계적 공진 주파수(전압이 인가되지 않는 경우의 공진 주파수)이며, 그리고,

V는 도 14a 및 14c의 실시예에서의 V₊ 및 V_-의 크기(크기는 동일하다고 가정한다)이거나 도 14b의 실시예에서의 V_bias의 크기이다.

수학식 2의 우변의 첫번째 항은 감지 커패시턴스에 의해 생성된 차분 정전기력이다. 변위 y₁(t) 및 y₂(t)는 일반적으로 작다. 따라서, y₁(t) 및 y₂(t)에서 테일러 급수로 커패시턴스를 전개하고 2차 이상의 항들을 무시하는 것이 유용하다. x, y₁ 및 y₂가 0일 때 4개의 모든 감지 커패시턴스가 동일하다고 가정하면, 수학식 2는 수학식 6과 같이 된다.

여기서, C"_{+ 1}(x,0)는 y₁에 대한 C"₊₁(x,y₁)의 도함수로서, y₁ = 0일 때 계산된 것이다.

모터 운동은 C"₊₁(x,0)을 시간의 함수로서 변조한다. 변조는 수학식 7에 의해 정의되는 바와 같이, 모터 주파수 ω의 2배의 고조파들로 이루어진다.

여기서, α₀" 및 α_n"는 시간에 독립적인 계수이다. x-축을 따른 감지 커패시터의 반사 대칭(도 4, 6, 8, 10 및 12에 도시된 바와 같이)은 모터 주파수의 홀수 고조파가 0이 되게 하며, 또한, 감지 커패시턴스의 푸리에 급수에서 sin(2nωt)의 계수가 0이 되는 것을 요구한다.

n=1 보다 더 높은 수학식 7에서의 항들은 y_S(t)에 상당한 효과를 가지지 않으며, 이에 따라, 선택적으로는 무시될 수 있다. 수학식 7을 수학식 6에 대입하면 수학식 8을 얻는다.

여기서, 정전기적으로 연화(softened) 감지 주파수ω_S는 수학식 9에 의해 정 의된다.

수학식 8은 널리 알려진 마티외(Mathieu) 방정식의 형태를 갖는다. 관성 질량체의 모터 운동에 의한 C"₊₁(x,0)의 변조 때문에, 감지 공진 주파수는 모터 주파수의 2배로 변조된다. 감지 주파수의 이러한 변조는 실시예에서 파라미터 증폭을 제공한다.

구동력 F(t)가 기계적 응답이 큰 감지 공진 주파수 ω_S에 가까운 주파수 ω에 있기 때문에, 수학식 8을 풀이하여 주어지는 감지 모드 응답 y_S(t)는 모터 주파수 ω에 주로 있다. 다른 주파수에서의 항들은 감지 공진 주파수와는 거리가 멀며, 따라서, y_S(t)에 대한 큰 기여를 제공하지 않는다. 또한, 이것은 수학식 8이 2ω보다 더 큰 주파수를 갖는 C"₊₁(x,0)에서의 항들을 배재하는 이유이다.

수학식 8에 대한 해가 수학식 10의 형식이라고 가정하고 제동 항을 무시하면, 해는 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.

여기서, 위상 θ는 힘 F(t)의 위상 ψ과 동일하다. 수학식 11의 분모의 부호는 ψ=0(코리올리)에 대하여 음이고, ψ=π/2(직각 위상)에 대하여 양이다. 수학식 11은 α₁"의 부호가 ω_S ²-ω²의 부호와 동일하다면, 코리올리-위상 힘에 대한 y_S(t)의 응답(ψ=0)의 진폭이 커패시턴스 변조에 의해 증가되며, 직각 위상 힘에 대한 응답은 진폭에서 감소한다는 것을 보여준다.

관성 질량체 감지축 변위로부터 전기적 출력으로의 전달 함수인 센서의 전기적 게인에 대한 표현이 이 부분에서 유도된다. 커패시턴스 변조와 관성 질량체의 감지 모드 변위 사이의 비선형 혼합은 전기적 이득을 위상에 종속적으로 만들며, 이에 따라, 코리올리-위상 신호에 대한 전기적 신호는 직각위상 신호의 경우보다 더 클 수 있다.

감지 커패시턴스 상의 전하 q₊ 및 q_-는 수학식 12에 의해 정의된다.

여기서, V_±는 도 14a 및 14c에서 정의된 바와 같은 양 또는 음의 극성의 감 지 커패시턴스 상의 바이어스 전압이거나, 도 14b에서의 관성 질량체(1404, 1406)에 인가된 바이어스 전압(V_bias)이다.

y₁ 및 y₂에서 테일러 급수로 커패시턴스를 전개하고 x, y₁ 및 y₂가 0일 때 4개의 모든 감지 커패시턴스가 동일하다고 가정하면, 수학식 13에 의해 정의된 바와 같이 수학식 12는 작은 y₁ 및 y₂에 대하여 근사화될 수 있다.

커패시턴스 C₊₁(x,0) 및 y₁에 대한 1차 도함수인 C'_{+ 1}(x,0)는 C"₊₁(x,0)에 대한 수학식 7과 유사한 방법으로 수학식 14 및 15에 의해 정의된 바와 같이 푸리에 급수로 표현될 수 있다.

여기서, α₀, α₀', α_n 및 α_n'는 시간에 독립적인 변수이다. 수학식 14와 15를 수학식 13에 대입하고, 수학식 10에 의해 주어진 y_S(t)에 대한 형식을 가정하 며, 아래의 수학식 16이 나온다.

수학식 16에서, 2ω보더 더 높은 주파수를 갖는 항은 무시된다. MEMS 자이로스코프의 판독 전자 장치는 원하는 모터 주파수 ω가 아닌 주파수에 있는 신호를 거부하기 위하여 위상에 민감한 검출을 이용하며, 따라서, 센서 출력의 모터 주파수 성분만이 관심 대상이다. 또한, 도 14a, 14b 및 14c의 실시예에서 단일 단자 또는 차분 전하 증폭기의 선택과 결합된 바이어스 전압의 구성이 전하 증폭기 출력에서의 이러한 항들의 기여를 무효화시키기 때문에 수학식 16의 우변의 처음의 3항은 자이로스코프 출력에 기여하지 않는다.

코리올리-위상(θ=0) 및 직각 위상(θ=π/2) 감지 모드 변위에 대하여 수학식 16을 계산하고 우변의 처음 3항을 무시하면, 감지 커패시턴스 상의 전하는 수학식 17 및 18에 의해 정의된다.

수학식 17 및 18은 감지 커패시턴스 전하의 크기가 감지 모드 변위 y_S(t)의 위상에 종속적이라는 것을 보여준다. 따라서, 센서의 전기적 이득은 위상에 종속적이며, 이에 따라 코리올리-위상 신호에 대한 전기적 이득은 직각 위상 신호의 경우보다 더 클 수 있다.

감지 커패시턴스를 변조하는 다른 방법은 커패시턴스가 모터 운동에 의해 변조된 보조 전극의 세트를 제공하는 것이다. DC 바이어스 전압이 이러한 보조 전극에 인가되고, 감지 축 변위에 대한 커패시턴스의 2차 도함수가 모터 운동에 의해 변조된다면, 이러한 전극들은 감지 주파수를 변조하고 파라미터 증폭을 생성할 수 있다. 파라미터 증폭은 수학식 11에 의해 표현된 바와 같이 센서의 기계적 이득을 수정함으로써 생성된다. 전기적 이득이 센서 전극에 의해 결정되기 때문에, 센서의 전기적 이득은 수정되지 않는다. 따라서, 보조 전극을 사용하는 것은 센서의 전기적 이득 및 기계적 이득을 독립적으로 설계하는데 있어서 더 큰 유연성을 제공할 수 있다.

콤 핑거 쌍에 대한 상술한 실시예는 MEMS OPG와 연계하여 설명되었다. 실시예들은 감지된 커패시턴스를 생성하도록 동작되는 콤 쌍을 채용하는 MEMS IPG, MEMS 가속도계, 또는 다른 MEMS 장치에도 구현될 수 있다. 또한, MEMS 커패시턴스 변조 장치(100)에 대한 대체적인 실시예는 감지 전극, 관성 질량체, 및/또는 상이하게 배치된 해당 콤 핑거를 구비하거나 또는 본 명세서에 앞에서 설명되거나 그리고/또는 예시된 실시예보다 더 많이 또는 더 적게 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예가 예시되고 설명되었지만, 전술한 바와 같이, 많은 변경이 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 바람직한 실시예의 개시에 의해 제한되지 않는다. 그 대신에, 본 발명은 다음의 특허청구범위에 대한 참조에 의해서만 완전하게 결정되어야 한다.

배타적 권리 또는 특권이 요구되는 본 발명의 실시예는 다음과 같이 정의된다.

본 발명의 바람직하고 대체가능한 실시예들은 다음의 도면을 참조하여 앞에서 설명되었다.

도 1은 MEMS(Micro-ELectro-Mechanical System) 커패시턴스 변조 장치의 실시예를 도시한다.

도 2는 시간에 독립적인 감지 커패시턴스를 갖는 종래의 MEMS 자이로스코프의 감지 전극을 도시한다.

도 3은 도 2의 종래 기술에 따른 MEMS 자이로스코프의 모터 변위 거리(δx)의 함수로서 커패시턴스를 도시한다.

도 4, 6, 8, 10 및 12는 모터 변위에 따라 가변하는 전극 사이의 간격을 도시한다.

도 5, 7, 9, 11 및 13은 각각 도 4, 6, 8, 10 및 12에 도시된 실시에의 모터 변위 거리(δx)의 함수로서 커패시턴스를 도시한다; 그리고,

도 14a, 14b 및 14c는 4개의 감지 커패시턴스를 갖는 MEMS 자이로스코프 센서를 도시한다.

Claims (10)

1. 적어도 하나의 관성 질량체 콤 핑거(408, 608, 808, 1008, 1208)를 갖는 관성 질량체(426, 626, 826, 1026, 1226);

   간격(410, 610, 810, 1010, 1210) 만큼 상기 관성 질량체 콤 핑거로부터 이격된 적어도 하나의 감지 전극 콤 핑거(404, 604, 804, 1004, 1204)를 갖는 감지 전극; 및

   시변 전기 출력을 출력하도록 동작하는 전기 출력부;

   를 포함하며,

   상기 관성 질량체 콤 핑거(408, 608, 808, 1008, 1208)는,

   관성 질량체 콤 핑거 단부(422, 622, 822, 1022, 1222); 및

   상기 관성 질량체 콤 핑거 단부를 상기 관성 질량체에 결합하는 관성 질량체 핑거 부착부;

   를 포함하고,

   상기 간격은, 관성 질량체 콤 핑거와 상기 감지 전극 콤 핑거 사이에 가변 용량성 결합을 정의하며,

   상기 감지 전극 콤 핑거는,

   감지 전극 콤 핑거 단부(418, 618, 818, 1018, 1218); 및

   상기 감지 전극 콤 핑거 단부(418, 618, 818, 1018, 1218)를 앵커(416, 616, 816, 1016, 1216)에 결합하는 감지 전극 콤 핑거 부착부(420, 620, 820, 1020, 1220);

   를 포함하며,

   상기 시변 전기 출력은 유도된 상기 관성 질량체의 모터 운동 및 상기 감지 전극의 형상에 의해 생성된 상기 가변 용량성 결합의 변동에 의해 증폭되고, 상기 감지 전극의 형상은 감지 커패시턴스에서의 변동을 생성하는 형상으로, 상기 시변 전기 출력은 상기 감지 커패시턴스에서의 변동에 의해 증폭되는,

   MEMS 센서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 관성 질량체 콤 핑거 단부 및 감지 전극 콤 핑거 단부 중 적어도 하나는 상기 간격이 상기 모터 운동의 방향을 따른 변위의 함수로 증가하도록 자신의 해당하는 부착부보다 넓으며,

   상기 가변 용량성 결합은 상기 간격이 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는,

   MEMS 센서.
3. 제1항에 있어서,

   상기 관성 질량체 콤 핑거 단부(422, 622, 822, 1022, 1222) 및 상기 감지 전극 콤 핑거 단부(418, 618, 818, 1018, 1218) 중 적어도 하나는 상기 가변 용량성 결합이 상기 모터 운동의 방향을 따른 변위의 함수로 증가하도록 주름진 것을 특징으로 하는,

   MEMS 센서.
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