法国CEA-Leti实验室成功研制工作频率达到50kHz的MEMS陀螺仪

据麦姆斯咨询报道，CEA-Leti近日发布了全球首款工作频率达到50kHz的MEMS & NEMS(简称：M&NEMS，中文名称：微纳机电系统)陀螺仪，超越了在恶劣环境下工作的常规MEMS(微机电系统)陀螺仪振动频率。

法国CEA Leti科学家通过与米兰理工大学(Politecnico di Milano)研究人员合作，开发出了这款可以在汽车、工业以及航空等恶劣环境下工作的高性能M&NEMS陀螺仪。这一突破性研究成果证实，这种高性能陀螺仪即使处于高频系统振动中也能探测极微小的旋转运动。

如今，惯性传感器已经渗透至我们日常生活之中，同时还需要满足不断提高的微型化、成本、性能和鲁棒性要求。对于某些汽车、工业和军事应用，陀螺仪必须能够在强烈的持续振动环境中检测到每小时1°的旋转运动变化(注：地球自转的角速度大约是每小时15°)。

低功耗MEMS陀螺仪凭借体积小、功耗低等优势在各个领域得到广泛应用：它们可以监测设备的位置、滚动、俯仰和偏航，从而实现精确的控制;在汽车应用中，集成MEMS陀螺仪的电子稳定控制(ESC)系统可以提高车辆的稳定性;它们还可以用于无人驾驶系统的航位推算;此外，将它们集成在智能手机中可以监测设备的旋转运动(实现手势识别功能)，在GPS不可用时，可助力实现室内导航和混合现实(MR)等应用。

这些MEMS陀螺仪通常在给定的谐振频率下工作，寄生机械振动很少超过40kHz。目前还没有一种高性能MEMS陀螺仪的谐振频率远大于20kHz，即高于寄生振动的频带。当谐振频率接近环境振动的频率时，机械干扰会使测量结果失真。通过与米兰理工大学合作，CEA Leti科学家开发出了一款工作频率达到50kHz的M&NEMS陀螺仪(基于NEMS传感技术的MEMS陀螺仪)，比传统MEMS陀螺仪的性能高出两倍以上，甚至超过了汽车、工业和航空等恶劣环境常见的振动频率。

CEA Leti科学家在论文中称：“尽管很多应用要求MEMS陀螺仪能够提高对20kHz以上振动的鲁棒性，但是由于频率提高会导致MEMS陀螺仪的性能恶化，因此，目前最先进MEMS陀螺仪的工作频率仍在该数值的附近。我们的这项研究证明，基于NEMS传感技术的MEMS陀螺仪可以在具有更高的工作频率，考虑到芯片面积和功耗等因素，它们在噪声、稳定性和寄生模态等方面具有卓越的性能。”

CEA-Leti的MEMS业务开发经理、高级专家Philippe Robert评价称：“为了在不降低传感器性能的前提下提高MEMS陀螺仪的工作频率，我们用超灵敏压阻纳米应变计取代了常规MEMS陀螺仪的电容检测。这款芯片面积仅为1.5平方毫米的新型高频陀螺仪已经申请了多项专利，在偏压、噪声、线性度等方面都超越了目前的最先进水平。”

米兰理工大学电子、信息技术和生物工程系MEMS和微型传感器实验室负责人Giacomo Langfelder说：“过去15年来，我一直在研究多种MEMS技术，可以肯定的是，M&NEMS技术优势在未来的一些应用中非常突出。”

这些新型MEMS器件在CEA-Leti的硅基试验线生产，并与大多数MEMS代工厂的工艺兼容。它们的制造基于CEA-Leti的M&NEMS技术平台，根据需要，这款MEMS陀螺仪可以与3轴MEMS加速度计和/或高性能MEMS压力传感器一起集成在单颗芯片上。