CN101788567A

CN101788567A - 检测方向与参考轴倾斜的多轴mems陀螺仪及其读出电路

Info

Publication number: CN101788567A
Application number: CN200911000019A
Authority: CN
Inventors: C·卡米纳达; L·普兰迪
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: CN101788567B; US8813565B2; US20100132463A1; US8459109B2; EP2236981A1; ITTO20090489A1; US20130180331A1; EP2236981B1

Abstract

检测方向与参考轴倾斜的多轴MEMS陀螺仪及其读出电路，所述多轴陀螺仪具有微电子机械结构(10)，所述微电子机械结构(10)具有参考轴(x，y)，沿着参考轴要检测的角速度(Ω_x，Ω_y)起作用，还具有检测元件(22a-22d)，它们在相应检测方向(x₁，x₂)敏感，并产生作为所述角速度在所述检测方向的投影的函数的相应检测量；所述读出电路产生电子输出信号(OUT)，每一个信号与所述角速度中相应的一个相关，并作为所述检测量的函数。组合级(32，32’)相对彼此电组合与检测量相关的电量，所述检测量由对于相互不同的检测方向敏感的检测元件生成，以便考虑所述检测方向相对于所述参考轴的非零倾斜角(Φ)。

Description

检测方向与参考轴倾斜的多轴MEMS陀螺仪及其读出电路

技术领域

本发明涉及一种用于检测方向相对参考轴倾斜的多轴MEMS陀螺仪的读出电路，并涉及相应的多轴MEMS陀螺仪。

背景技术

众所周知，微机械加工技术能使微电子机械结构或系统(MEMS)的制造在半导体材料层中进行，该半导体材料层沉积(如多晶硅层)或生长(如外延层)在牺牲层上，牺牲层可以通过化学蚀刻去除。

使用这一技术制造的惯性传感器，如加速度计和陀螺仪，在例如汽车领域，在惯性导航或在便携设备方面越来越成功。

特别的是，使用MEMS技术由半导体材料制成的集成陀螺仪已被熟知。这些陀螺仪以相对加速度理论为基础进行操作，采用科里奥利(Coriolis)加速度。当角速度被施加到由线速度驱动的移动块时，移动块“感觉到”表观力(apparentforce)，称为“科里奥利力”，其确定沿垂直于线性速度的方向并垂直于施加角速度所围绕的轴的方向上的位移。移动块通过弹簧支持，弹簧使移动块的位移在表观力的方向上。根据虎克(Hooke)定律，位移与表观力成比例，因此，从移动块的位移，能够检测科里奥利力和生成它的角速度的值。例如以电容的方式，通过在共振的情况下确定由于移动电极的运动引起的电容的变化(或，同样地，电荷量的变化)，检测移动块的位移，移动电极相对移动块固定(或由移动块自身构成)并被耦合到固定电极。

MSM陀螺仪具有大体对称的传感结构，包括用于每个参考轴的一对传感块，围绕所述参考轴的相应角速度被检测，传感块在检测方向上(一般与相应参考轴一致)相互对齐排列。读出电路因此一般采用微分方案，其基于与每一对传感块相关联的微分电容的变化。然而实际上，科里奥利力在相反的方向上往往是失衡的，并且基本上每对传感块失衡相同的量(生成所谓的“反相”运动)，外部噪声加速度确定其位移，该位移在相同的方向并再次是相同的量(生成所谓的“同相”运动)。通过计算与每对的两个传感块相关联的电信号的差，因此理想地上能够隔离和测量仅由科里奥利力产生的贡献，并完全排除噪声的贡献。

例如，双轴的MEMS电容陀螺仪检测沿着俯仰(pitch)参考轴(下文中用x表示)的第一角速度，及沿着翻滚(roll)参考轴(下文中用y表示)的第二角速度。通过应用科里奥利定律，能获得如下表达式：

其中M_c是作用在传感块上的科里奥利力的力矩(随后将进行的更详细的描述，传感块执行离开传感器平面的旋转检测运动)，J是相同传感块的惯性力矩，Ω_x和Ω_y是围绕相应参考轴而作用的未知俯仰和翻滚角速度，且ω_z是沿着竖轴z(垂直于传感器平面)的驱动角速度，同时是用于控制电子机械驱动回路的变量，其中传感器的MEMS结构形成电子机械驱动回路的整体部分(驱动角速度在上述表达式中还充当常数比例因子(scale factor))。特别的是，这个驱动回路是由集成电路形成，所述集成电路专用于生成和维持驱动块以驱动角速度ω_z和共振频率的振荡运动，传感块机械耦合到驱动块。

陀螺仪的读出电路，在例如本申请人的专利申请EP-A-1 962 054和EP-A-1624 286中进行了描述，被配置为，通过与俯仰或翻滚传感块相关联的微分电容变化，在是俯仰的情况下读取与矢量积Ω_x∧ω_z成比例的信号，或者在翻滚的情况下读取与矢量积Ω_y∧ω_z成比例的信号，所述信号是DSB-SC(双边带抑制载波(Dual Side Band-Suppressed Carrier))类型，即调幅的，载波由驱动角速度ωz给出，这是由于在共振频率的结构驱动。随后，通过相干解调，所述信号首先进入基带然后被适当地过滤，在输出获得电信号(特别是，电压信号)，所述电信号只与未知量(即俯仰角速度Ω_x或翻滚角速度Ω_y)成比例。

更详细的描述如图1所示，读出电路，被标示为1，具有两个不同的转导链(transduction chain)，第一转导链，标示为1a，用于检测俯仰角速度Ω_x，第二转导链，标示为1b，用于检测翻滚角速度Ω_y。同样的在图1中给出所有的传感块公有的移动(或转子(rotor))电极Rot的接触，与俯仰传感块对相关联的固定(或定子(stator))电极P₁、P₂的接触，及与翻滚传感块对相关联的固定电极R₁、R₂的接触(以及对应的电容器对，具有以微分方式变化的电容)。特别的是，图1示出了单个固定电极与每个传感块相关联的情况。进一步的，激励信号，例如电压阶跃(voltage step)ΔV_s，将在读取操作期间施加到移动电极Rot。

每个转导链1a，1b，都是完全微分类型的，并使用开关电容器(SC)技术生成，其包括：

-电荷放大器2，即，电荷/电压转换器，设计为最小化噪声影响，并设计成将在输入接收的微分电容变化(由于移动电极相对固定电极的位移)转换为完全微分类型的电压变化信号，这个信号是由于以驱动块的共振频率驱动的DSB-SC类型的信号；电荷放大器2具有用于该目的的连接到传感块的相应固定电极P₁、P₂的正输入和负输入；

-解调器(或混频器)4，级联(cascade)到电荷放大器2并与之形成用于转导链的DSB-SC类型信号的测量链，它被设计成实施DSB-SC类型的调幅信号的相干解调；特别的是，通过与信号的载波(驱动角速度ω_z)(之前被处理以最小化它的相位延迟)同相的时钟信号CK，获得相干解调以便将输出信号(再次是完全微分类型)带入基带，并排除叠加在相同信号上的伪成分(其具有相同的载波频率，但是相对于信息成分相位偏离了90度的角度)；

-采样及保持级6，其被级联到解调器4，并利用开关电容器(SC)技术设计，其目的是将完全微分解调信号转变(transform)为单端信号；及

-滤波级8，其被级联到采样及保持级6以形成用于转导链的基带信号的测量链，并被设计为实现二阶低通滤波器的转移函数(transfer function)，以便排除落在关注的信号带(通常是直到140Hz)以外的全部不想要的成分，其中作为相干解调结果的已知成分处于共振频率(也称为剩余偏移(residual offset))和等于两倍共振频率的频率，并在被特意提供的输出电极9a，9b上在输出提供有用的模拟信号OUT(俯仰的或者翻滚的)；输出信号包含被MEMS电容陀螺仪检测的俯仰或翻滚角速度的所希望的信息。

然而，本申请人已经发现前面描述的读出电路在下面的情形中是不可用的，即当多轴陀螺仪具有的检测方向与它的参考轴不一致时，比如相对于参考轴倾斜了给定的角度。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种读出电路，其能够在传感器的检测方向相对于对应的参考轴(例如，俯仰和翻滚轴)倾斜的情况下进行操作。

根据本发明，提供一种用于设有微电子机械结构的多轴陀螺仪的读出电路，所述微电子机械结构具有参考轴和沿着相应的检测方向敏感的检测元件，要检测的相应角速度被设计为沿着所述参考轴起作用，所述检测元件被设计为生成作为所述角速度在所述相应检测方向投影的函数的相应检测量(detectionquantity)；所述读出电路被配置为基于所述检测量，生成电输出信号，每个电输出信号与所述角速度中相应的一个相关，

其特征在于包括组合级，被配置为将与检测量相关的电量(electricalquantity)电组合在一起，所述检测量由沿着相互不同的检测方向敏感的检测元件生成，以便考虑所述检测方向相对于所述参考轴的非零倾斜角。

根据本发明，还提供一种对应的多轴陀螺仪，包括微电子机械结构，所述微电子机械结构具有参考轴和沿着相应的检测方向敏感的检测元件，要检测的相应角速度被设计为沿着所述参考轴起作用，所述检测元件被设计为生成作为所述角速度在所述相应检测方向投影的函数的相应检测量，其特征在于所述检测方向相对于所述参考轴倾斜非零倾斜角，并包括读出电路。

附图说明

为更好的理解本发明，在这里描述了优选的实施例，仅仅是非限制性的例子和附带的附图，其中：

-图1示出了已知类型的多轴MEMS电容陀螺仪的读出电路的示意性框图；

-图2示出了多轴MEMS电容陀螺仪的微电子机械结构的示意性的俯视图；

-图3示出了图2的陀螺仪的部分简化示意表示；

-图4示出了依据本发明的第一个实施例，多轴MEMS电容陀螺仪的读出电路的示意性框图；

-图5示出了图4中电路的组合级更详细的实现方式；

-图6示出了依据本发明的第二个实施例，多轴MEMS电容陀螺仪的读出电路的示意性框图；

-图7示出了根据本发明的另一个方面，MEMS电容陀螺仪和对应的电子装置的框图。

具体实施方式

意大利专利申请TO2008A00876，是本申请人在2008年11月26日申请而未公布的申请，公开了一种对沿着俯仰、翻滚、偏转(yaw)三个参考轴的角速度敏感的集成微电子机械陀螺仪，其中检测方向(沿着该方向传感块敏感)相对于参考轴倾斜给定(非零)的角度，特别的是等于45°的角。

该陀螺仪特别的优点在于能使得MEMS结构和相应的电连接更加对称，占据的区域合理化，角速度检测的灵敏度最大化。

例如，图2示出了依据上述意大利专利申请中的教导制成的多轴陀螺仪(标示为10)的MEMS结构的实施例。

MEMS结构10被提供在芯片(die)12中，芯片(die)12包括半导体材料(如硅)的衬底12a以及位于衬底12a上的在内部限定开口区域12c的框架12b，开口区域12c容纳多轴陀螺仪的传感结构。开口区域12c在传感器平面xy(基本上平行于衬底12a的平面)内具有大体正方形或矩形配置，传感器平面xy由相对于芯片12固定的第一水平轴x和第二水平轴y进行限定；框架12b具有基本上平行于水平轴x，y的侧边。芯片焊盘12d沿着框架12b的至少一个侧边设置，例如沿着第一水平轴x，对齐排列。未示出的，芯片焊盘12d能够从多轴陀螺仪的传感结构的外面进行电接触。芯片焊盘12d还具有对称轴，在当前示例中其与第二水平轴y(其与它们的排列方向垂直)一致。特别的，第一水平轴和第二水平轴x，y对应于MEMS结构10的俯仰参考轴和翻滚参考轴，围绕所述参考轴的俯仰角速度Ω_x和翻滚角速度Ω_y被检测。

MEMS结构10包括驱动元件，其容纳在开口区域12c中并且包括驱动块13和驱动组件14。

驱动块13具有主要在传感器平面xy延伸的基本的平面配置，和相对于所述主要延伸来说在平行于垂直轴z的方向上可忽略不计的大小，垂直轴z与第一水平轴x和第二水平轴y形成一组三个正交轴(垂直轴z还与MEMS结构10的偏转参考轴一致)。驱动块13在中心限定空间(empty space)16，所述空间的中心O与整个结构的对称中心和质心相一致。驱动块13还通过设置在空间16中的第一锚具(anchorage)17a并通过另外的锚具17b锚定到衬底，驱动块13通过第一弹性锚定元件18a连接到第一锚具17a，另外的锚具17b被设置在相同驱动块13的外部，并且驱动块13通过另外的弹性锚定元件18b连接到另外的锚具17b。弹性锚定元件18a、18b能够使驱动块13围绕通过中心O的驱动轴进行旋转振荡运动，并具有驱动角速度ω_z，驱动轴平行于垂直轴z并垂直于传感器平面xy。

驱动块13还包括：第一对通孔19a、19c，它们在第一检测方向x₁的直径方向上对齐排列，所述方向相对于芯片2的第一水平轴x(与俯仰参考轴一致)倾斜了倾角φ(在反时针方向上)，其值θ优选为45°，并且第一对通孔被设置在相对于空间16的相反侧；及第二对通孔19b、19d，它们在第二检测方向x₂的直径方向上被对齐排列，所述方向基本上垂直于第一检测方向x₁，并相对于第一水平轴x倾斜了相同的倾角φ(在此情况下是在相反的顺时针方向)，并且第二对通孔同样被设置在相对于空间16的相反侧。特别的，每个通孔19a-19d在传感器平面xy内具有径向环扇(radial annulus sector)形状，该形状具有弧形内侧和外侧及径向延伸的横侧边(1ateral side)。驱动块还包括一对另外的通孔20、20’，其在平面视图具有基本上是矩形的形状，并被沿着第二水平轴y对齐排列(或作为可选且未示出的，沿着第一水平轴x)，并具有在与所述水平轴横切(traverse)的方向上的主要延伸。

驱动组件14包括多组驱动电极21，驱动电极21在驱动块13的外部在径向上延伸，并成角度地以相等的距离间隔开，并由成叉指状(combfingered)配置的电极构成。来自于电子驱动电路(在此未示出)的适当的电偏置信号，通过电极的相互和交替的吸引，确定驱动块13围绕垂直驱动轴z的振荡旋转运动，所述振荡旋转运动在驱动角速度ω_z和振荡的共振频率下进行。

MEMS结构10进一步包括具有平行于垂直轴z的轴的第一对加速度传感器，特别的是第一对传感块22a、22c，设置在第一对的相应通孔19a、19c中，以在传感器平面xy中被驱动块3的全部轮廓(dimension)完全围绕并包含。传感块22a、22c中的每一个的形状对应于相应通孔的形状，并因此具有在平面视图中普通的径向环扇形状。传感块22a、22c中的每一个还由在横切于第一检测方向x₁的方向上在相应通孔内延伸的一对弹性支持元件24支持，以便被悬吊在衬底12a上面。弹性支持元件24形成扭转弹簧，该扭转弹簧关于驱动块13的转动是刚性的(从而，传感块22a、22c在驱动块13的驱动动作中跟随驱动块13)，该扭转弹簧还使传感块围绕平行于所述弹性支持元件24的延伸方向的旋转轴进行旋转，因此传感块的运动离开传感器平面xy(相反的，该运动对驱动块13是不允许的)。

类似的，MEMS结构10包括具有平行于垂直轴z的轴的第二对加速度传感器，特别的是第二对传感块22b、22d，其容纳在第二对的通孔19b、19d中。

传感块22a-22d从而在相应的检测方向x₁、x₂上对齐排列，所述检测方向相对于检测角速度所围绕的俯仰参考轴和翻滚参考轴是倾斜的，并且相对于芯片12的侧边(平行于相同的参考轴)倾斜。在科里奥利定律的基础上，传感块从而对于在相应的检测方向x₁、x₂上起作用的角速度敏感。

相应的固定电极25被设置在每个传感块22a-22d的下面，例如由形成在衬底12a上面的多晶硅区域构成。固定电极25与相应的传感块形成传感电容器，具有作为由于科里奥利力引起的传感块本身的位移的函数(从而作为要被检测的角速度的函数)的可变电容；特别的，相同的传感块构成传感电容器的移动电极。固定电极25通过芯片焊盘12d被连接到多轴陀螺仪(未示出)的读出电路；另外(未示出)，传感块被电连接在一起并被连接到单个电接触，所述电接触也通过芯片焊盘12d被耦合到前述的读出电路。

MEMS结构10更包括容纳在另外的通孔20、20’中的一对另外的传感块28、28’，其相对于衬底12a被悬吊并通过相应的弹性支持元件29被连接到驱动块3。特别的，弹性支持元件29关于驱动块13的驱动动作是刚性的(从而，另外的传感块28、28’在驱动块13的旋转振荡运动跟随驱动块13)，而且响应于科里奥利力，能使相应传感块进行线性运动(在表示的示例中沿着第二水平轴y)。与每一个另外的传感块28、28’耦合的是移动电极，其与相应固定电极25形成具有平面和平行面的传感电容器，固定电极25相对于驱动块13固定。

在实际使用中，MEMS结构10能够作为三轴陀螺仪操作，并能够检测围绕第一水平轴x的俯仰角速度Ω_x，和围绕第二水平轴y的翻滚角速度Ω_y，及围绕垂直轴z作用的偏转角速度Ω_z。

俯仰角速度Ω_x，或类似的，翻滚角速度Ω_y(更准确的说是在第一和第二检测方向x₁、x₂上的相应分量)沿着垂直轴z在传感块22a-22b上产生科里奥利力，其确定传感块22a-22b离开传感器平面xy的转动。相反，弹性锚定元件18a、18b的配置能近似的阻止驱动块13离开传感器平面xy的运动，因此能有效的相对于驱动动作去耦传感块的检测运动。离开传感器平面xy的传感块22a-22d的位移引起与相同检测方向相关联的传感电容器的微分电容变化，其能够通过恰当的依据微分方案进行操作的读出接口被确定。

此外，围绕垂直轴z作用的偏转角速度Ω_z在径向方向上在另外的传感块28、28’上产生科里奥利力(标示为F)(因此作为作用在相同块上的离心力)，从而产生在径向方向上传感块28、28’的反相的位移。相应传感电容器的电容变化的值与要检测的角速度成比例，角速度因此能够通过读出接口被确定，读出接口再一次依据微分方案进行操作。

描述的MEMS结构10具有多个优势。特别的，传感块22a-22d的配置(相对于传感器平面中的参考轴倾斜)能够使对于检测来说可用区域的利用优化，增强传感器的灵敏度，并改进电特性的均匀性和系统对于干扰的鲁棒性，这些优势是由于能够获得到芯片焊盘12d的电连接的基本对称结构。

然而，本申请人已经发现被描述的结构不能使用传统的读出接口(例如，参考图1描述的类型)，是由于传感块22a-22d中的每一个都受俯仰角速度Ω_x和翻滚角速度Ω_y两者影响，两个角速度都确定在第一和第二检测方向x₁、x₂上的非零速度分量。相反的，参照图1描述的读出电路1具有的转导链对于每对传感块是完全不同的并且要用于检测相应的俯仰角速度或翻滚角速度，它的前提条件是第一对的传感块22a-22c仅仅受俯仰角速度Ω_x影响，并且以相同的方式，第二对的传感块22b-22d仅仅受翻滚角速度Ω_y影响。

本申请人还发现，为完全利用前面描述的MEMS结构10所提供的优势，有必要提供特地设计的读出接口，所述读出接口能够在与传感块22a-22d相关联的电容的变化中(或类似的，在电荷量的变化中)，区分由于俯仰角速度Ω_x和由于翻滚角速度Ω_y带来的贡献。

图3示出了前面详细描述的多轴电容陀螺仪的MEMS结构10示意性的和简化表示，关于传感块22a-22d，在此通过相应的固定电极简单地表示(分别标示为A、B、C、D)，用于检测沿着相应的俯仰参考轴(第一水平轴x)和翻滚参考轴(第二水平轴y)起作用的俯仰角速度Ω_x和翻滚角速度Ω_y(两个角速度在此简单的用相应的矢量P和R表示)。传感块22a-22d被成对的在检测方向x₁、x₂上对齐排列，检测方向x₁、x₂相对于俯仰和翻滚参考轴倾斜角度φ(假设等于45°)。另外，在检测方向x₁、x₂在相应传感块22a-22d上起作用的角速度矢量标示为A、B、C、D，其由俯仰角速度P和翻滚角速度R在相同检测方向x₁、x₂上投影的和矢量给出(在图3中，对于传感块22a，这些投影被表示为P_A、R_A；类似的标记随后被用于其他的传感块)。

通过使用简单的几何知识，可以得到下述关系：

\overset{&OverBar;}{A} = {\overset{&OverBar;}{P}}_{A} + {\overset{&OverBar;}{R}}_{A} = \overset{&OverBar;}{P} \cdot (\cos Φ) + \overset{&OverBar;}{R} \cdot (\sin Φ) = \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \overset{&OverBar;}{P} + \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \overset{&OverBar;}{R}

\overset{&OverBar;}{B} = {\overset{&OverBar;}{P}}_{B} + {\overset{&OverBar;}{R}}_{B} = - \overset{&OverBar;}{P} \cdot (\sin Φ) + \overset{&OverBar;}{R} \cdot (\cos Φ) = - \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \overset{&OverBar;}{P} + \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \overset{&OverBar;}{R}

\overset{&OverBar;}{C} = {\overset{&OverBar;}{P}}_{C} + {\overset{&OverBar;}{R}}_{C} = - \overset{&OverBar;}{P} \cdot (\cos Φ) - \overset{&OverBar;}{R} \cdot (\sin Φ) = - \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \overset{&OverBar;}{P} - \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \overset{&OverBar;}{R}

\overset{&OverBar;}{D} = {\overset{&OverBar;}{P}}_{D} + {\overset{&OverBar;}{R}}_{D} = \overset{&OverBar;}{P} \cdot (\sin Φ) - \overset{&OverBar;}{R} \cdot (\cos Φ) = \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \overset{&OverBar;}{P} - \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \overset{&OverBar;}{R}

因而断定，每个传感块22a-22d根据它的运动产生电容变化(正如前面所述，其与在相应的检测方向上感测到的角速度成比例)，所述电容变化是俯仰角速度Ω_x和翻滚角速度Ω_y的函数。

本申请人还意识到，存在作用在四个传感块22a-22d上的角速度贡献的(因此，相关联的电容贡献的)特别组合，使得能够获得沿着俯仰和翻滚参考轴作用的所期望的角速度。特别的，通过下面的第一组合表达式能够获得翻滚角速度的全部贡献：

\overset{&OverBar;}{A} + \overset{&OverBar;}{B} - \overset{&OverBar;}{C} - \overset{&OverBar;}{D} = \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{P} + \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{R} - \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{P} + \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{R} - (- \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{P} - \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{R}) - (\frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{P} - \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{R}) = 2 \sqrt{2} \overset{&OverBar;}{R}

及通过下面的第二组合表达式类似的获得俯仰角速度的全部贡献：

\overset{&OverBar;}{A} - \overset{&OverBar;}{B} - \overset{&OverBar;}{C} + \overset{&OverBar;}{D} = \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{P} + \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{R} - (- \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{P} + \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{R}) - (- \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{P} - \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{R}) + \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{P} - \frac{1}{\sqrt{2}} \overset{&OverBar;}{R} = 2 \sqrt{2} \overset{&OverBar;}{P}

前面所述的两个组合表达式，除能获得用于关注的每个参考轴的有用信息外(俯仰参考轴和翻滚参考轴)，在相同的面积用于传感结构的情况下，还通过因子提供了增强多轴陀螺仪的灵敏度的优势(在传统类型的结构中，灵敏度对于翻滚轴来说实际上等于2·R，对于俯仰轴来说等于2·P)。

因此，本发明的一个方面是设计一种电路实现方式，具有对于MEMS陀螺仪的读出接口(其再次包括用于DSB-SC信号的测量链，其后是用于基带信号的测量链)的特地改进，并基于前面所述的组合表达式实施，特别是通过将与传感块22a-22d的位移相关联的电量适当组合在一起，所述位移不是指相同检测方向x₁、x₂(或者类似的，指不同的检测方向)。在这种方式下，在随后的处理操作后，在输出能够获得与要被检测的仅仅俯仰角速度或翻滚角速度成正比的电信号。特别的，这些电量可以方便的在由测量链(其中所述测量链是用于读出电路中的转导链的基带信号)执行处理之前被组合，以便获得能随后在基带中被恰当处理(以传统的方式)的电信号。

正如随后被详细举例说明的，本发明的一个方面是构思介绍额外的组合级的MEMS陀螺仪的读出电路，所述额外的组合级被设计为执行与各个传感块22a-22b相关联的电量的恰当的组合，由此外推(extrapolate)对仅翻滚角速度Ω_x和俯仰角速度Ω_y进行检测的有用的信息。

具体的，图4(其中，与先前描述过的元件类似的元件采用相同的参考标记，并且不再进行详细描述)示出了依据本发明的第一实施例的读出电路30，其中上述的组合级(被标示为3)，被设置在整个转导链的上游(例如，用于DSB-SC信号的测量链的电荷放大器2的上游)，并具有直接连接到MEMS结构10的电极的输入。

以与图3中示出的类似的方式，对应于传感块22a-22d的固定电极被标示为A、B、C和D，假设与每个传感块相关联的是单个固定电极；再次举例说明的是，具有相反电容变化的传感电容器形成在在相同的检测方向x₁、x₂上对齐排列的传感块的固定电极与公用移动电极Rot之间(移动电极被电连接到传感块)。

组合级32也在输入从定时电路(未示出)接收第一相位信号

和第二相位信号

，特别是彼此反相的方波信号，并且组合级32通过合适的开关的激活而被配置，从而使固定电极A、B、C和D成对的彼此短路，其中所述开关具有恰当的大小并由上述相位信号控制。特别的，组合级32实施由传感块22a-22b产生的电压贡献(或电容变化)的恰当的组合，以便通过第一组合的后续处理在第一读出阶段进行围绕翻滚参考轴的角速度的检测，并通过第二组合的后续处理在区别于所述第一读出阶段的第二读出阶段进行围绕俯仰参考轴的角速度的检测。

更详细的，参考图5，组合级32包括开关阵列，即：第一开关34，其被连接在固定电极A(与传感块22a相关联)和固定电极B(与传感块22b相关联)之间，并被第一相位信号控制；第二开关35，其被连接在固定电极C(与传感块22c相关联)和固定电极D(与传感块22d相关联)之间，并且也被第一相位信号控制；第三开关36，其被连接在固定电极B和固定电极C之间并被第二相位信号控制；及第四开关37，其被连接在固定电极A和固定电极D之间并且也被所第二相位信号

控制。

此外，组合级32实施在固定电极A和电荷放大器2的非反相输入之间的直接电连接，及在固定电极C和相同电荷放大器2的反相输入之间进一步的直接电连接。

在实际使用中，在第一读出阶段，其对应于第一相位信号的高激活间隔，固定电极A和B彼此短路(还被连接到电荷放大器2的非反相输入)，并且固定电极C和D彼此短路(并还被连接到电荷放大器2的反相输入)。在所述第一阶段中，同样给定角速度的贡献和电荷贡献或电容变化之间的正比关系，由此前面所述的第一组合表达式A+B-C-D被执行，以便在输出从电荷放大器2获得与仅仅翻滚角速度Ω_x相关的电压变化信号。

在第二读出阶段，其在第一阶段之后并与之区别，并且对应于第二相位信号的高激活间隔(其间第一相位信号

处于低逻辑电平)，固定电极A和D(还连接到电荷放大器2的非反相输入)彼此不再短路，而固定电极B和C(还连接到电荷放大器2的反相输入)彼此短路。在第二阶段，前述的第二组合表达式A-B-C+D被执行，以便在输出从电荷放大器2获得与仅仅俯仰角速度Ω_y相关的电压变化信号。

从而应注意的是，在组合级32的开关阵列实施为，对于固定电极A、B、C和D的组合及相应的电容贡献的组合的一种权重阵列，以确定相加过程中与这些电极相关的电荷贡献符号的正或负，所述相加过程产生前述第一或第二组合表达式。

如图4中所示，在输出来自于电荷放大器2的电压变化的微分信号，被传送到解调器4，所述解调器使用时钟信号CK执行相干解调，所述时钟信号CK与驱动角速度ω_z同相。

由此读出电路30可以有利的设计在这样的情形中，即用于DSB-SC信号的单个测量链(作为整体被标示为40)，由以级联方式连接的单个电荷放大器2和单个解调器4构成。所述单个测量链实际上提供翻滚和俯仰参考轴的时间分割(time division)读出(由前述第一和第二相位信号进行记时)：特别的，在所述第一阶段，解调信号(在输出，来自于解调器4)表示要被检测的翻滚角速度，然而，在第二阶段，解调信号表示俯仰角速度。

可能的是(未示出)，用于DSB-SC信号的单个测量链40也可被用于偏转角速度Ω_z(对应于偏转参考轴)的时间分割读出，通过简单的引入专用于此的第三读出阶段(具有第三相位信号)即可，是相对于先前读出阶段(与所述相位信号和

相关联)的偏移；在此情况下，另外的开关被提供，其由第三相位信号

控制，以便连接到电荷放大器2的输入，其中固定电极25与另外的传感块28、28’相关联，传感块28、28’对于偏转角速度Ω_z敏感。在该第三步骤中，开关34、35、36、37被断开；随后，为防止固定电极A、B、C和D仍处于浮置状态，另外四个开关被引入，分别连接在固定电极A、B、C、D与处于已知电势(优选的是所述第一和第二读出阶段期间，相同电势用作电荷放大器2的输入公用模式(input common mode))的终端之间，以便保持微电子机械结构完全偏置。

解调器4的下游，在此代替的设计使用用于分别对应于俯仰和翻滚角速度的信号的基带信号38a、38b的两个不同的测量链，每个链包括相应的采样及保持级6，被滤波级8级联，滤波级8被设计为在专门配置的输出电极9a、9b上提供有用的模拟输出信号，所述模拟输出信号包括由MEMS结构10检测的俯仰或翻滚角速度的期望的信息。

特别的，本例中的读出电路30包括解复用器(demultiplex)39，所述解复用器的输入被连接到解调器4的微分输出，并接收第一和第二相位信号

并被配置为在第一读出阶段将解调器4的输出连接到用于基带信号38a(对应于俯仰角速度)的第一测量链，并在第二读出阶段将解调器4的输出连接到用于基带信号38b(对应于翻滚角速度)的第二测量链。

从前面的讨论中可以很显然且方便的看出，所述已描述的第一实施例能够减少与多轴陀螺仪的MEMS结构10相关联的读出电路30的电力消耗及占用的面积，原因在于设计使用了用于DSB-SC信号的仅仅一个测量链。然而，该方案也带来了这样的事实：至少是在双轴陀螺仪的情形下，解调对一半采样数进行(原因在于，俯仰和翻滚角速度是交替被读取的，并且以时间分割方式使用了用于DSB-SC信号的单个测量链)。

在读出电路的第二实施例中，所述读出电路被标示为30’(见图6)，在此为所述DSB-SC信号设计使用了两个不同的测量链，分别标示为40a、40b(或可能的，在三维陀螺仪的情况下，使用三个不同的测量链，未被图示)，所述两个不同的测量链分别用于对应于俯仰角速度和翻滚角速度的DSB-SC信号，每个链包括级联在一起的相应的电荷放大器2和相应的解调器4。

组合级，在此标示为32’，被放置在用于DSB-SC信号40a、40b的两个测量链的解调器4的下游，并且其输入被连接到相同解调器4的微分输出。

更详细的，用于DSB-SC信号的第一测量链(标示为4a)，在输入被连接到固定电极A和C，并且获取并参与处理与传感块22a、22c相关联的电容贡献，所述传感块22a、22c是在第一检测方向x₁上对齐排列的第一对传感块。特别的，第一测量链的电荷放大器2的非反相输入被连接到固定电极A，并且其反相输入被连接到固定电极C，以便在输出提供完全微分类型的电压变化信号，所述电压变化信号和与这些电极相关联的电容贡献的差(A-C)相关。

以类似的方式，用于DSB-SC信号的第二测量链40b被在输入连接到固定电极B和D，并且获取并参与处理与传感块22b、22d相关联的电容贡献，所述传感块22b、22d是在第二检测方向x₂上对齐排列的第二对传感块。特别的，所述第二测量链的电荷放大器2的非反相输入被连接到固定电极B，并且其反相输入被连接到固定电极D，以便在输出提供完全微分类型的电压变化信号，所述电压变化信号和与这些电极相关联的电容贡献的差(B-D)相关。

组合级32’包括已知类型的开关电容器类型的加法电路(并且在此没有详细描述)，其处理在输入接收到的信号，并将它们恰当的组合，从而再次执行前面所述的第一和第二组合表达式。特别的，组合级32同时执行在输入接收的信号的加法操作及相同信号的差的操作，加法操作用于在输出产生与第一组合表达式A+B-C-D相关联的第一处理信号，差的操作用于在输出产生与第二组合表达式A-B-C+D相关联的第二处理信号。需要注意，在第二实施例中，不同于先前的一个，组合级32’被配置为参与处理在输出的来自于解调器块的电压信号，不是直接处理从传感块接收的电荷分组。

在输出的来自于组合级32’的被处理信号(其同样也是微分类型)，也在用于分别对应于俯仰和翻滚角速度的基带信号的两个不同的测量链(再次被标示为38a、38b)中被处理。特别的，与第一组合表达式A+B-C-D相关联的第一处理信号，被传送到用于基带信号的第二测量链38b，其中所述第一处理信号仅代表着翻滚角速度Ω_x，所述第二测量链放大、过滤并转换所述信号为时间连续的信号，并且在第二输出电极9b提供直接与相同翻滚角速度Ω_x相关的信号。与所述第二组合表达式A-B-C+D相关联的第二处理信号，被传送到用于基带信号的第一测量链38a，其中所述第二处理信号仅代表着俯仰角速度Ω_y，所述第一测量链放大、过滤并转换所述信号为时间连续的信号，并且在第一输出电极9a提供与俯仰角速度Ω_y相关的信号。

从上述的讨论中可以方便且明显的看出，所描述的第二实施例使得具有最大数目采样的解调被执行(原因在于它使用用于基带信号和DSB-SC信号的两个不同测量链)，但缺陷是需要相对前面所述第一实施例来说更多的面积和消耗。进一步的，从资源的角度看，为获取相同的信息内容，处理电压信号相比于处理电荷分组一般更繁重。

用于依据本发明提供的多轴MEMS陀螺仪的读出电路的优点，由此清楚的融合在前面的描述中。

特别的，再次需要强调的是所提出的电路方案，使得它可能以一种简单且有效的方式获取与要检测的围绕翻滚和俯仰参考轴的角速度相相关联的信息，开始于与相对相同参考轴倾斜的检测方向相关联的检测信号，使用用于DSB-SC信号和用于基带信号的测量链，以调节在输出的来自陀螺仪MEMS结构的信号。

所述读出电路保持信噪比不变，并反而能为角速度的检测的灵敏度增加因子

所描述的实施例中，其中一个使用了与各个角速度相关联的信道的复用或时间分割的读取(如第一实施例所述)，其优点尤其在于集成电路的面积和消耗电平的减少，也在于与制造相关联的费用的减少。

前述特征使得多轴陀螺仪特别适于集成在电子装置中，所述电子装置能被使用在多种电子系统中，如，惰性导航系统中，汽车系统中，或在便携类型的系统中，例如，PDA(个人数字助理)、便携计算机、移动电话、数字音频播放器、照相机或摄像机、视频游戏机控制台的控制器，所述电子装置一般能够处理、存储、传输和接收信号及信息。

更具体的，图7中示出了包括多轴MEMS陀螺仪(在此标示为52)的电子装置50，其包括：先前描述的MEMS结构10；读出电路30(或，类似未示出的，第二实施例的读出电路30’)；及驱动电路53，工作时耦合到驱动组件14，以对MEMS结构10的各个驱动块13施加驱动运动，并提供偏置信号到相同MEMS结构10(以已知的方式，在此没有详细示出)。

有利的，驱动电路53及读出电路30能完全以集成技术(如COMS或biCMOS类型)提供，并进一步被集成在半导体材料的芯片中(整体标示为54)，其可以与MEMS结构10的芯片12一起放置在一个相同的封装中(整体被标示为55)(所述两个芯片以已知的技术电和机械连接在一起)，从而在面积占用上获取进一步的减少。

电子装置50进一步包括：电子控制单元56，例如微处理器，其被连接到读出电路30，并被设计为管理电子装置50的全面操作，例如，与检测的和确定的角速度有关的操作；输入级57，被提供有能被用户使用的恰当的数据输入元件(例如，键盘)；输出级58，被提供有恰当的数据输出元件(例如，显示器的形式)；及发送/接收级59，用于由电子控制单元56控制以发送和接收数据，例如以已知类型的任何无线的方式(如，Bluetooth，Wifi，IR等)。

最后，可以清楚的看到，对前面描述和示例的修改和变化，都不偏离本发明的范围，其由所附的权利要求进行限定。

特别的，在检测方向和参考轴之间的倾斜角度不同于45°角时，例如，这个角度包括在40°和50°之间的情况，所述方案也可以有利的应用；当然，对于俯仰和翻滚角速度的检测的精度，在倾斜角度等于或接近于45°角的情况更优。可选的，在倾斜角度明显的不同与45°角的情况下，对于与各个电极相关联的电荷贡献(或电容变化)的组合，或与电极相关联的电量的组合，可能采用不同的操作。特别的，在组合级(见第一实施例)的开关阵列，在此情况下，可能被配置为将合适的权重与每个电极相关联，以产生所期望的组合。

进一步的，先前描述的读出电路经过恰当的改进，能使用在微分配置中的两个固定电极与多轴陀螺仪的每个传感块相关联的情况中。同样在此情况中，实际上，读出阶段可能被设计为专用于要被检测的每个轴，优势在于具有用于被读取的轴的DSB-SC读取的单个链，及相关联的在面积和电流方面的节省；然而，不能获得灵敏度增加因子

可以清楚的看出，先前描述的读出电路能够在其他类型的多轴换能器(transducer)(除了所描述的陀螺仪之外)方面也有有益的应用，所述多轴换能器具有相对于参考轴(即，要检测和变换(transduce)的物理量所沿着的轴)来说倾斜的检测方向(即，相应检测元件的传感方向)；例如，该电路能被使用在轴向-通量磁力仪(axial-flux magnetometers)，或在惯性加速器中。更具体的，所描述的读出电路能被使用在要被检测的物理量通过时间分割的电荷读出，被变换成完全微分SC类型的情况中。

Claims

1.一种用于设有微电子机械结构(10)的多轴陀螺仪(52)的读出电路(30，30’)，所述微电子机械结构具有参考轴(x，y)和沿着相应检测方向(x₁，x₂)敏感的检测元件(22a-22d)，要检测的相应角速度(Ω_x，Ω_y)被设计为沿着所述参考轴起作用，所述检测元件(22a-22d)被设计为生成作为所述角速度在所述相应检测方向(x₁，x₂)投影的函数的相应检测量；所述读出电路(30，30’)被配置为基于所述检测量，生成电输出信号(OUT)，每个信号与所述角速度(Ω_x，Ω_y)中相应的一个相关，

其特征在于包括组合级(32，32’)，所述组合级(32，32’)被配置为将与由沿着相互不同的检测方向敏感的检测元件(22a-22d)生成的检测量相关的电量电组合在一起，以便考虑所述检测方向(x₁，x₂)相对于所述参考轴(x，y)的非零倾斜角(Φ)。

2.根据权利要求1的所述电路，其中所述组合级(32，32’)被配置为将与由所述检测元件(22a-22b)中的每一个生成的检测量相关的电量电组合在一起。

3.根据权利要求1的所述电路，其中所述检测量包括电容变化，所述电容变化由所述检测元件(22a-22d)相对于相关联的固定电极(A-D)的位移产生，并作为所述角速度在所述相应检测方向(x₁，x₂)上的所述投影的函数；所述电路包括：输入级(40；40a；40b)，被配置为将所述电容变化转换为调制电信号，然后基于参考信号(CK)解调所述调制电信号；输出级(38a，38b)，被配置为接收与由所述输入级(40；40a；40b)解调的电信号相关的中间电信号，并处理所述中间电信号以生成所述电输出信号(OUT)；所述组合级(32，32’)被设置在所述输出级(38a，38b)的上游，以便与所述中间电信号中的每一个相关联的是与所述角速度(Ω_x，Ω_y)中的相应的一个排它地相关联的信息内容。

4.根据权利要求3的所述电路，其中所述微电子机械结构(10)进一步设有驱动块(13)，其被设计为以共振频率和驱动角速度(ω_z)被激励；并且其中所述输入级(40；40a；40b)包括：电荷放大元件(2)，其被设计为放大所述电容变化并且生成由与所述驱动角速度(ω_z)相关的载波振幅调制的DSB-SC(双边带抑制载波)类型的所述调制电信号；解调元件(4)，级联到所述电荷放大元件(2)，并被设计为解调DSB-SC类型的所述调制电信号；并且其中所述输出级(38a，38b)包括：采样元件(6)，被设计为对所述中间电信号进行采样并生成采样电信号；以及滤波级(8)，其被级联到所述采样元件(6)，并被设计为过滤所述采样电信号，至少移除与所述共振频率相关的频率成分，以生成所述电输出信号(OUT)。

5.根据权利要求1的所述电路，其中所述微电子机械结构(10)具有俯仰参考轴(x)和翻滚参考轴(y)，俯仰角速度(Ω_xx)和翻滚角速度(Ω_y)分别沿着俯仰参考轴(x)和翻滚参考轴(y)起作用，所述微电子机械结构(10)还设有在第一检测方向(x₁)敏感的第一检测元件(22a)和第二检测元件(22c)，以及在第二检测方向(x₂)敏感的第三检测元件(22b)和第四检测元件(22d)，所述第一检测方向(x₁)和所述第二检测方向(x₂)相对于所述俯仰(x)参考轴和翻滚(y)参考轴倾斜包括在40°和50°之间的角度，优选为基本上等于45°；其中所述第一检测元件(22a)和第三检测元件(22b)及所述第二检测元件(22c)和第四检测元件(22d)相对于所述翻滚参考轴(y)成对的设置在相对侧，所述第一检测元件(22a)和第四检测元件(22d)及所述第二检测元件(22c)和第三检测元件(22b)相对于所述俯仰参考轴(x)成对的设置在相对侧；其中所述组合级(32，32’)被配置为：通过将与由所述第一检测元件(22a)和第三检测元件(22b)生成的检测量相关的第一符号的电量和与由所述第二检测元件(22c)和第四检测元件(22d)生成的检测量相关的并与所述第一符号相反的第二符号的电量相加，来执行第一组合操作，以生成与所述翻滚角速度(Ω_y)相关的第一输出信号；并通过将与由所述第一检测元件(22a)和第四检测元件(22d)生成的检测量相关的所述第一符号电量和与由所述第二检测元件(22c)和第三检测元件(22b)生成的检测量相关的所述第二符号电量相加，来执行第二组合操作，以生成与所述俯仰角速度(Ω_x)相关的第二输出信号。

6.根据权利要求1的所述电路，其中所述电量与所述检测量一致，并包括电容变化，所述电容变化由于所述检测元件(22a-22d)相对于相关联的固定电极(A-D)的位移产生并作为所述角速度在所述相应检测方向(x₁，x₂)上的投影的函数；其中所述组合级(32)具有输入，所述输入被设计为电连接到所述固定电极(A-D)以便在输入接收所述电容变化，且所述组合级被配置为执行由对相互不同的所述检测方向敏感的所述检测元件(22a-22b)生成的电容变化的组合。

7.根据权利要求6的所述电路，其中所述组合级(32)具有输入并包括一组开关元件(34-37)，所述输入接收相位信号

所述开关元件能够由所述相位信号驱动，以成对的短路所述固定电极(A-D)并执行所述电容变化的所述组合。

8.根据权利要求7的所述电路，包括级联到所述组合级(32)的电荷放大元件(2)；其中所述微电子机械结构(10)具有俯仰参考轴(x)和翻滚参考轴(y)，俯仰角速度(Ω_x)和翻滚角速度(Ω_y)分别沿着俯仰参考轴(x)和翻滚参考轴(y)起作用，所述微电子机械结构(10)还设有与第一固定电极(A)和第二固定电极(C)相关联的在第一检测方向(x₁)上敏感的第一对检测元件(22a，22c)，及与第三固定电极(B)和第四固定电极(D)相关联的在第二检测方向(x₂)上敏感的第二对检测元件(22b，22d)，所述第一检测方向(x₁)和所述第二检测方向(x₂)相对于所述俯仰参考轴(x)和翻滚(y)参考轴倾斜包括在40°和50°之间的倾斜角度，优选为基本上等于45°；其中所述一组开关元件(34-37)包括：第一开关元件(34)，连接在所述第一固定电极(A)和所述第三固定电极(B)之间，并由所述相位信号中的第一相位信号

控制；第二开关元件(35)，连接在所述第二固定电极(C)和所述第四固定电极(D)之间，由所述第一相位信号

控制；第三开关元件(36)，连接在所述第二固定电极(C)和所述第三固定电极(B)之间并由所述相位信号中的第二相位信号

控制；及第四开关元件(37)，连接在所述第一固定电极(A)和所述第四固定电极(D)之间，由所述第二相位信号

控制；并且其中所述组合级(32)还限定所述第一固定电极(A)与所述电荷放大元件(2)的第一输入之间的直接连接，和所述第二固定电极(C)与所述电荷放大元件(2)的第二输入之间的直接连接。

9.根据权利要求7的所述电路，包括设有单个输入测量链(40)的输入级，所述单个输入测量链(40)与所述组合级(32)级联并且被配置为将电容变化的所述组合转换为调制电信号，然后解调所述电信号为参考信号(CK)的函数；其中所述一组开关元件(34-37)被设计为由所述相位信号驱动，以为所述角速度(Ω_x，Ω_y)中的每一个执行所述电容变化的相应组合，并依据与所述相位信号

值有关的时间分割方案，在不同时间提供所述电容变化的所述相应组合给所述单个输入测量链(40)。

10.根据权利要求9的所述电路，进一步包括：输出级(38a，38b)，其包括用于所述角速度(Ω_x，Ω_y)中每一个的相应输出测量链(38a，38b)，所述输出测量链(38a，38b)被配置为接收由所述单个输入测量链(40)解调的电信号，并处理所述解调的电信号以生成所述电输出信号(OUT)；及解复用级(39)，其被级联到所述单个输入测量链(40)，并具有相应输入以接收所述相位信号

，并且被配置为在输出提供来自所述单个输入测量链(40)的所述解调电信号到选择的输出测量链，所述选择的输出测量链是依据所述相位信号

的值在所述相应输出测量链(38a，38b)中选择的。

11.根据权利要求3的所述电路，其中所述输入级包括用于所述角速度(Ω_x，Ω_y)中每一个的不同的输入测量链(40a，40b)，且所述输出级(38a，38b)包括用于所述角速度(Ω_x，Ω_y)中每一个的不同的输出测量链(38a，38b)；且其中所述组合级(32’)被设置在所述输入级(40a，40b)和所述输出级(38a，38b)之间，并包括加法元件(32’)，所述加法元件被配置为执行由每个所述输入测量链(40a，40b)解调的电信号的相应求和，以便产生所述中间电信号。

12.根据权利要求11的所述电路，其中所述加法元件(32’)通过使用开关电容技术实现。

13.根据权利要求11的所述电路，其中所述多轴陀螺仪(52)的所述微电子机械结构(10)具有俯仰参考轴(x)和翻滚参考轴(y)，俯仰角速度(Ω_x)和翻滚角速度(Ω_y)分别沿着俯仰参考轴(x)和翻滚参考轴(y)起作用，所述微电子机械结构进一步设有在第一检测方向(x₁)上敏感的第一对检测元件(22a，22c)，及在第二检测方向(x₂)上敏感的第二对检测元件(22b，22d)，第一固定电极(A)和第二固定电极(C)与所述第一对检测元件(22a，22c)相关联，第三固定电极(B)和第四固定电极(D)与所述第二对检测元件(22b，22d)相关联，所述第一检测方向(x₁)和所述第二检测方向(x₂)相对于所述俯仰(x)参考轴和翻滚(y)参考轴倾斜包括在40°和50°之间的角度，优选为基本上等于45°；其中所述输入级包括：第一输入测量链(40a)，连接到所述第一固定电极(A)和第二固定电极(C)，并被配置为产生第一电信号，所述第一电信号被解调为与所述第一固定电极(A)和第二固定电极(C)相关联的电容变化的差的函数；及第二输入测量链(40b)，连接到所述第三固定电极(B)和第四固定电极(D)，并被配置为产生第二电信号，所述第二电信号被解调为与所述第三固定电极(B)和第四固定电极(D)相关联的电容变化的差的函数；并且其中所述加法元件(32’)被配置为执行所述第一和第二解调电信号的差与和，以便分别生成第一中间电信号和第二中间电信号，所述第一中间电信号和第二中间电信号被设计为基本上同时分别传送到所述输出测量链(38a，38b)中的第一输出测量链和第二输出测量链。

14.一种多轴陀螺仪(52)，包括微电子机械结构(10)，所述微电子机械结构具有参考轴(x，y)和沿着相应检测方向(x₁，x₂)敏感的检测元件(22a-22d)，要检测的相应角速度(Ω_x，Ω_y)设计为沿着所述参考轴(x，y)起作用，所述检测元件被设计为产生作为所述角速度在所述检测方向的投影的函数的相应检测量，特征在于所述检测方向(x₁，x₂)相对于所述参考轴(x，y)倾斜非零倾斜角(Φ)，并包括根据权利要求1所述的读出电路(30，30’)。

15.根据权利要求14的所述陀螺仪，其中所述微电子机械结构(10)具有俯仰参考轴(x)和翻滚参考轴(y)，俯仰角速度(Ω_x)和翻滚角速度(Ω_y)分别沿着俯仰参考轴(x)和翻滚参考轴(y)起作用，所述微电子机械结构进一步包括在第一检测方向(x₁)上敏感的第一对检测元件(22a，22c)及在第二检测方向(x₂)上敏感的第二对检测元件(22b，22d)，所述第一检测方向(x₁)和所述第二检测方向(x₂)相对于所述俯仰(x)参考轴和翻滚(y)参考轴倾斜包括在40°和50°之间的角度，优选为基本上等于45°；所述微电子机械结构(10)进一步包括通过弹性锚定元件(18a，18b)锚定到衬底(12a)的驱动块(13)，所述驱动块(13)被设计为受振荡频率的驱动运动激励；所述检测元件(22a-22d)包括相应传感块，所述传感块通过相应的弹性支持元件(24)悬吊在所述驱动块(13)中并被耦合到所述驱动块(13)，以便在所述驱动运动中相对所述驱动块固定，并响应于所述俯仰(Ω_x)角速度和翻滚(Ω_y)角速度执行相应检测运动。

16.根据权利要求15的所述陀螺仪，其中所述微电子机械结构(10)还具有偏转(z)参考轴，偏转角速度(Ω_z)沿着所述偏转参考轴起作用，所述微电子机械结构进一步包括对所述偏转角速度(Ω_z)敏感的第三对检测元件(28，28’)，其由相应传感块构成，所述相应传感块通过相应的弹性支持元件(29)悬吊在所述驱动块(13)中并被耦合到所述驱动块(13)，以便在所述驱动运动中相对所述驱动块固定，并响应于所述偏转角速度(Ω_z)执行相应检测运动。

17.根据权利要求15的所述陀螺仪，其中所述第一对的所述检测元件(22a，22c)在所述第一检测方向(x₁)上对齐排列，并且所述第二对的所述检测元件(22b，22d)在所述第二检测方向(x₂)上对齐排列。

18.根据权利要求15的所述陀螺仪，其中所述微电子机械结构(10)集成在半导体材料的第一芯片(12)中；进一步包括驱动电路(53)，被设计为驱动所述驱动块(13)，并与所述读出电路(30，30’)一起被集成在半导体材料的第二芯片(54)中；所述第一芯片(12)和所述第二芯片(54)被设置在相同封装(55)中。

19.一种电子装置(50)，包括依据权利要求14的多轴陀螺仪(52)和控制电路(56)，所述控制电路(56)在工作时耦合到所述多轴陀螺仪并被设计为管理与所述检测的角速度(Ω_x，Ω_y)有关的所述电子装置。

20.根据权利要求19的所述装置，是选择于下面的组的便携类型的：PDA(个人数字助理)装置；便携计算机；移动电话；数字音频播放器；照相机或摄像机；视频游戏控制台的控制器。