摘要：导航技术从古代的天文导航方法发展到现代GPS系统。虽然GPS彻底改变了导航方式，但由于需要依赖外部卫星信号，在信号受限环境下应用受到限制。这促进了使用MEMS惯性测量单元(IMU)的自主惯性导航系统(INS)的发展[1]。
引言
导航技术从古代的天文导航方法发展到现代GPS系统。虽然GPS彻底改变了导航方式，但由于需要依赖外部卫星信号，在信号受限环境下应用受到限制。这促进了使用MEMS惯性测量单元(IMU)的自主惯性导航系统(INS)的发展[1]。
工作原理
MEMS陀螺仪基于科里奥利效应工作，当物体在旋转参考系中运动时会受到惯性力。在MEMS陀螺仪中，质量块被驱动产生谐振振动(驱动模式)。当器件旋转时，科里奥利力将这个运动耦合到次级振动模式(检测模式)，检测模式的振幅与旋转速率成正比。
为获得最佳性能，MEMS陀螺仪通常在模式匹配条件下工作，即驱动模式和检测模式频率相等。这通过品质因数(Q)实现检测响应的机械放大，提高信噪比。
高性能设计要素
实现高性能需要仔细考虑多个方面，包括正交误差消除、灵敏度提升和零偏稳定性。一个重要进展是在MHz范围工作的高频体声波(BAW)陀螺仪的开发。
环形设计结合了高频操作与优化的模式形状。这种设计实现了高科里奥利灵敏度，同时保持基底解耦以提高稳定性。
制造工艺
先进制造工艺对实现高性能MEMS陀螺仪非常重要。HARPSS+工艺能够在多个方向上制作纳米间隙电极。
性能优化
影响陀螺仪性能的几个关键因素：
通过适当的电极设计和布局实现正交误差消除。
灵敏度提升：优化传感机制提高灵敏度同时保持线性度。
零偏稳定性：通过仔细的基底解耦和模式形状设计减小漂移，提高长期稳定性。
集成与封装
现代MEMS陀螺仪需要复杂的封装方案以获得最佳性能。晶圆级封装(WLP)提供真空封装，同时通过硅通孔(TSV)实现电连接。
性能表征
对MEMS陀螺仪进行表征需要测量几个关键指标：
灵敏度：测量旋转输入响应角度随机游走(ARW)：量化噪声性能 零偏不稳定性：表征长期稳定性未来发展方向
该领域继续朝着更高性能和更低功耗方向发展。主要发展领域包括：
提高产率和性能的先进制造工艺降低噪声的改进电路集成提高功率效率的新型设计改善真空保持的先进封装方案MEMS谐振陀螺仪的发展代表了惯性传感技术的重大进展。通过仔细考虑设计、制造和集成方面，这些器件在保持批量制造和小尺寸优势的同时不断提高性能。先进设计与复杂制造工艺的结合使导航、机器人和消费电子等新应用成为现实。
随着技术成熟，重点转向在保持MEMS优势的同时实现惯性级性能。这包括解决长期稳定性、功耗和环境敏感性等挑战。在单个芯片上成功集成多个传感轴展示了紧凑型完整惯性测量解决方案的实现。
参考文献
H. Wen, "Toward Inertial-Navigation-on-Chip: The Physics and Performance Scaling of Multi-Degree-of-Freedom Resonant MEMS Gyroscopes," Ph.D. dissertation, School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, USA, 2019.来源：搭配灵感盒
