將三個(gè)單軸高精度加速度計(jì)組裝實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的加速度信號(hào)測(cè)量，該方案的優(yōu)點(diǎn)是三個(gè)方向精度高，對(duì)單軸加速度計(jì)的敏感方向沒(méi)有要求，并且三個(gè)方向的敏感結(jié)構(gòu)可以采用完全相同的工藝加工，因此一致性好、對(duì)微機(jī)電敏感結(jié)構(gòu)的加工工藝要求不高，可以采用任何一種工藝路線；缺點(diǎn)是體積和功耗大，對(duì)組裝精度要求高，否則會(huì)導(dǎo)致各軸之間的交叉耦合系數(shù)很大，影響三軸加速度計(jì)的整體精度。典型產(chǎn)品包括Crossbow公司的TG和GP系列、Silicon Design公司的2470和2476系列等，如圖1、圖2所示。Crossbow公司的TG系列和GP系列三軸MEMS加速度傳感器產(chǎn)品量程從±2g到±10g，噪聲20μg/√Hz，交叉耦合1% 。

三軸組裝的另一種途徑是將采用不同加工工藝且敏感方向不同的三個(gè)單軸MEMS加速度計(jì)在平面內(nèi)組裝到一起，用于敏感三個(gè)方向的加速度信號(hào)。和前一種組裝方案相比，該方法顯著降低了組裝的復(fù)雜性，但由于不同敏感方向的加速度計(jì)通常采用不同的工作原理和加工工藝，各軸之間的一致性很難保證，所以通常不被高精度三軸MEMS加速度計(jì)所采用。

對(duì)于單片集成三軸MEMS加速度計(jì)，實(shí)現(xiàn)途徑主要有兩種：

一種方案是采用一個(gè)敏感質(zhì)量來(lái)敏感三個(gè)方向的加速度信號(hào)。該方案的優(yōu)點(diǎn)是芯片體積??；缺點(diǎn)是各軸之間的交叉耦合大、器件精度較低。主要用于振動(dòng)、沖擊和傾角測(cè)量等工業(yè)領(lǐng)域。

另一種方案是將三個(gè)分立結(jié)構(gòu)制作在一個(gè)芯片上，三個(gè)芯片在工作中是相互獨(dú)立的，分別用于敏感X向、Y向和Z向的加速度信號(hào)，相當(dāng)于三個(gè)單軸加速度計(jì)。該方案的優(yōu)點(diǎn)是三個(gè)軸向之間的交叉耦合小; 缺點(diǎn)是三個(gè)結(jié)構(gòu)制作在一個(gè)芯片上，芯片體積偏大，若減小芯片體積則會(huì)導(dǎo)致每個(gè)敏感結(jié)構(gòu)的尺寸都很小，導(dǎo)致加速度計(jì)整體精度較低。這種方法制作出三軸加速度計(jì)產(chǎn)品尺寸非常小，可以達(dá)到2mm×2mm×1mm，但技術(shù)指標(biāo)很低，分辨力超過(guò)10mg，主要用于消費(fèi)領(lǐng)域，如手機(jī)、玩具、無(wú)人機(jī)等。

目前，產(chǎn)量較大的是性能較差的MEMS加速度計(jì)，開(kāi)發(fā)低成本、低噪音、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、低溫度靈敏度的高精度加速度計(jì)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。其難點(diǎn)之一是開(kāi)發(fā)低應(yīng)力、低漂移的高精度封裝技術(shù)；另一個(gè)主要難點(diǎn)是接口電路，其中需要高靈敏度、低噪聲和大動(dòng)態(tài)范圍的低漂移讀出/控制電路。

2、MEMS陀螺儀

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，對(duì)角速率敏感的MEMS陀螺儀受到越來(lái)越多的關(guān)注。根據(jù)性能指標(biāo)，MEMS陀螺儀可分為速率級(jí)、戰(zhàn)術(shù)級(jí)和慣性級(jí)。速率級(jí)陀螺儀可用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、游戲機(jī)和無(wú)線鼠標(biāo)；戰(zhàn)術(shù)級(jí)陀螺儀適用于工業(yè)控制、智能汽車、火車、汽船等領(lǐng)域；慣性級(jí)陀螺儀可用于衛(wèi)星、航空航天的導(dǎo)航、制導(dǎo)和控制。

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，研究MEMS陀螺儀的機(jī)構(gòu)如下：斯坦福大學(xué)、密歇根大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、歐文、洛杉磯、中東技術(shù)大學(xué)、弗萊堡大學(xué)、南安普敦大學(xué)、首爾國(guó)立大學(xué)、根特大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)、東南大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、博世、ST、InvenSense、NXP、ADI、TI等。目前，對(duì)MEMS陀螺儀的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：①新材料、新制備技術(shù)和新工藝；②ASIC單片集成電路；③高真空度封裝；④新的結(jié)構(gòu)和工作原理；⑤模式匹配控制，噪聲抑制和耦合信號(hào)抑制；⑥驅(qū)動(dòng)模式的閉環(huán)控制；⑦自校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償；⑧可靠性測(cè)試、失效分析和可靠性設(shè)計(jì)。

MEMS陀螺主要有線振動(dòng)型陀螺和諧振環(huán)型陀螺，前者工藝簡(jiǎn)單，利于大批量、低成本生產(chǎn)；后者具有更高的理論精度但結(jié)構(gòu)及原理更為復(fù)雜。

線振動(dòng)型MEMS陀螺采用了兩個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)：一個(gè)構(gòu)件諧振并耦合能量到第二個(gè)構(gòu)件，同時(shí)對(duì)第二個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。盡管該方法能滿足很多場(chǎng)合的要求，但要達(dá)到導(dǎo)航級(jí)的要求還須進(jìn)一步提高其性能。

環(huán)形結(jié)構(gòu)，由于采用高度對(duì)稱的設(shè)計(jì)，所以能方便地考慮軸間耦合，而且對(duì)干擾振動(dòng)不敏感，因此陀螺儀的敏感度得到有效提高。

環(huán)形MEMS陀螺諧振子經(jīng)歷了單環(huán)環(huán)形、實(shí)心盤和多環(huán)環(huán)形的發(fā)展過(guò)程，測(cè)控電路經(jīng)歷了角速率開(kāi)環(huán)模式、力平衡模式和全角模式的發(fā)展過(guò)程，加工工藝經(jīng)歷了SOG到SOI的發(fā)展過(guò)程，其輸出性能逐步提高。

美國(guó)加州大學(xué)歐文分校A.M.Shkel團(tuán)隊(duì)利用多環(huán)環(huán)形諧振子錨點(diǎn)設(shè)計(jì)靈活、電極擺放自由的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了錨點(diǎn)在外、電極在內(nèi)的多環(huán)環(huán)形陀螺，工作在3θ模態(tài)下，Q值達(dá)到10萬(wàn)以上。角度隨機(jī)游走為0.047（°）/√h，短期零偏不穩(wěn)定性為0.65（°）/h。