英飛凌新型DPS368氣壓傳感器非常適合這些應(yīng)用，因為與其他防水壓力傳感器相比，該器件可以節(jié)省多達80%的空間。另外，與壓阻技術(shù)相比，DPS368氣壓傳感器的精度為±2 cm，可以節(jié)省多達50%的功率。這款數(shù)字式氣壓傳感器堅固耐用，其膠墊和隔膜均有凝膠保護(圖1)，可防止水、濕氣和灰塵進入。DPS368通過了IPx8認證，可以在水下50 米環(huán)境承受長達一小時。DPS368壓力傳感器組件采用電容傳感原理，可在溫度變化期間保證高精度。它基于久經(jīng)考驗的DPS310器件，并且?guī)в蟹浅怨糖曳浪姆庋b，因此非常適合惡劣環(huán)境下的各種應(yīng)用(圖2)。目標(biāo)應(yīng)用是智能手表、可穿戴設(shè)備和智能手機(例如健身追蹤、步數(shù)統(tǒng)計、跌倒檢測、導(dǎo)航、高度檢測)；家用電器(例如暖通空調(diào)/真空吸塵器中的氣流控制、洗衣機中的水位檢測、入侵檢測)；無人機(例如飛行穩(wěn)定性、高度控制)和醫(yī)療保健(例如跌倒檢測、氣流監(jiān)測)。
堅固且敏感
DPS368氣壓傳感器具有出色的分辨率、溫度穩(wěn)定性、能效和耐用性。這些優(yōu)點使它特別適用于需要檢測壓力變化很小的電池供電應(yīng)用，即使在惡劣的環(huán)境下也是如此。該傳感器將大氣壓和溫度感應(yīng)(圖3)功能集成到單一且非常緊湊的8引腳LGA封裝中，尺寸僅為2.0 mm × 2.5 mm × 1.1 mm。壓力測量的平均電流消耗為1.7μA(待機模式下僅為0.5μA)。
DPS368氣壓傳感器的精度可達±0.002 hPa(等于±2 cm)，可以在–40至+ 85°C溫度范圍測量300 hPa至1200 hPa之間的氣壓，并且具有低于0.5 Pa/°C的溫度敏感度。溫度讀數(shù)精確到±0.5°C。該傳感器能夠檢測單樓梯、身體動作或手勢。在生產(chǎn)過程中，每個單一組件都經(jīng)過單獨校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲在一次性可編程(OTP)存儲器中。可以使用I2C或SPI接口傳輸原始數(shù)據(jù)，并且在主機設(shè)備中計算補償壓力值。
全速運行時，該器件的功耗相比競爭對手產(chǎn)品低50%，這歸功于其電容技術(shù)(交流偏置)，從而可以延長電池使用壽命。集成的FIFO可以存儲32個測量值，并允許主機處理器在兩次讀取之間的長間隔進入睡眠模式，從而進一步節(jié)省了系統(tǒng)功耗。
高測量速率(高達200 Hz)和快速讀取可實現(xiàn)快速的傳感器反饋。
電容技術(shù)
典型的小尺寸MEMS(微機電系統(tǒng))壓力傳感器圍繞壓阻測量技術(shù)而構(gòu)建。在這些情況下，通過應(yīng)變傳感器來檢測膜片相對于壓力變化的撓曲。但是，壓阻式傳感組件特別容易隨溫度改變而變化，而且它們對于溫度變化沒有線性響應(yīng)。因此，與電容組件相比，這些傳感器需要更復(fù)雜的校準(zhǔn)。此外，電阻測量會帶來相對較高的電流消耗，在目標(biāo)應(yīng)用設(shè)備由電池供電且使用壽命至關(guān)重要的情況下，這是一個特別重要的考慮因素。
由于壓阻技術(shù)的局限性，英飛凌為其壓力傳感器開發(fā)了一種電容式MEMS技術(shù)。圖4顯示了所開發(fā)的單元結(jié)構(gòu)和電容式電橋配置。這個氣壓傳感器由四個傳感和參比單元陣列組成。傳感單元具有柔性膜，該膜片可對壓力變化做出反應(yīng)并提供氣壓測量值。參比單元則具有堅硬的膜，該膜片對壓力變化無反應(yīng)，并提供穩(wěn)定的測量參比。這種結(jié)構(gòu)的好處是壓力測量是可以差分的，并且傳感單元和參比單元都暴露在相同的溫度變化下，從而消除了溫度漂移的影響。單元尺寸針對高靈敏度和機械可靠性進行了優(yōu)化。它基于小型MEMS電池，沒有重力效應(yīng)。除了在寬溫度和壓力范圍內(nèi)具有非常好的溫度穩(wěn)定性之外，其他關(guān)鍵特性還包括低噪聲和低功耗。
優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計
為實現(xiàn)靈活的系統(tǒng)設(shè)計，這個傳感器可以針對不同的使用案例配置，以便在平衡能耗的情況下優(yōu)化分辨率。不同的操作模式(高精度、標(biāo)準(zhǔn)、低功耗和超低功耗 ) 協(xié)調(diào)了不同的精度(2至50 cm)和測量速率(單脈沖和高達200 Hz)。例如，可以針對GPS高度精度配置一次性測量操作，或者使用每秒進行多次測量的選項來滿足手勢識別或跌倒檢測的需求?？膳渲媚Ｊ?圖5)還可以優(yōu)化效率，因為功耗與測量頻率成正比。
