將三個單軸高精度加速度計組裝實現(xiàn)三個方向的加速度信號測量，該方案的優(yōu)點是三個方向精度高，對單軸加速度計的敏感方向沒有要求，并且三個方向的敏感結(jié)構(gòu)可以采用完全相同的工藝加工，因此一致性好、對微機電敏感結(jié)構(gòu)的加工工藝要求不高，可以采用任何一種工藝路線；缺點是體積和功耗大，對組裝精度要求高，否則會導(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單軸MEMS加速度計在平面內(nèi)組裝到一起，用于敏感三個方向的加速度信號。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加速度計所采用。

對于單片集成三軸MEMS加速度計，實現(xiàn)途徑主要有兩種：

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

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

目前，產(chǎn)量較大的是性能較差的MEMS加速度計，開發(fā)低成本、低噪音、長期穩(wěn)定性好、低溫度靈敏度的高精度加速度計仍然是一個挑戰(zhàn)。其難點之一是開發(fā)低應(yīng)力、低漂移的高精度封裝技術(shù)；另一個主要難點是接口電路，其中需要高靈敏度、低噪聲和大動態(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，對角速率敏感的MEMS陀螺儀受到越來越多的關(guān)注。根據(jù)性能指標(biāo)，MEMS陀螺儀可分為速率級、戰(zhàn)術(shù)級和慣性級。速率級陀螺儀可用于消費類電子產(chǎn)品、手機、數(shù)碼相機、游戲機和無線鼠標(biāo)；戰(zhàn)術(shù)級陀螺儀適用于工業(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，研究MEMS陀螺儀的機構(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MEMS陀螺儀的研究主要集中在以下幾個方面：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抑制；⑥驅(qū)動模式的閉環(huán)控制；⑦自校準(zhǔn)和溫度補償；⑧可靠性測試、失效分析和可靠性設(shè)計。

MEMS陀螺主要有線振動型陀螺和諧振環(huán)型陀螺，前者工藝簡單，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。

線振動型MEMS陀螺采用了兩個機械結(jié)構(gòu)：一個構(gòu)件諧振并耦合能量到第二個構(gòu)件，同時對第二個構(gòu)件的運動進行測量。盡管該方法能滿足很多場合的要求，但要達到導(dǎo)航級的要求還須進一步提高其性能。

環(huán)形結(jié)構(gòu)，由于采用高度對稱的設(shè)計，所以能方便地考慮軸間耦合，而且對干擾振動不敏感，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、實心盤和多環(huán)環(huán)形的發(fā)展過程，測控電路經(jīng)歷了角速率開環(huán)模式、力平衡模式和全角模式的發(fā)展過程，加工工藝經(jīng)歷了SOG到SOI的發(fā)展過程，其輸出性能逐步提高。

美國加州大學(xué)歐文分校A.M.Shkel團隊利用多環(huán)環(huán)形諧振子錨點設(shè)計靈活、電極擺放自由的優(yōu)勢，設(shè)計了錨點在外、電極在內(nèi)的多環(huán)環(huán)形陀螺，工作在3θ模態(tài)下，Q值達到10萬以上。角度隨機游走為0.047（°）/√h，短期零偏不穩(wěn)定性為0.65（°）/h。