坚固且敏感的气压传感器来满足可穿戴设备的需求

图 3:DPS368 架构框图

DPS368 气压传感器的精度可达±0.002 hPa(等于±2 cm),可以在–40 至+ 85°C 温度范围测量 300 hPa 至 1200 hPa 之间的气压,并且具有低于 0.5 Pa/°C 的温度敏感度。温度读数精确到±0.5°C。该传感器能够检测单楼梯、身体动作或手势。在生产过程中,每个单一组件都经过单独校准,校准系数存储在一次性可编程(OTP)存储器中。可以使用 I2C 或 SPI 接口传输原始数据,并且在主机设备中计算补偿压力值。

全速运行时,该器件的功耗相比竞争对手产品低 50%,这归功于其电容技术(交流偏置),从而可以延长电池使用寿命。集成的 FIFO 可以存储 32 个测量值,并允许主机处理器在两次读取之间的长间隔进入睡眠模式,从而进一步节省了系统功耗。

坚固且敏感的气压传感器来满足可穿戴设备的需求

图 4:其电容式传感器的单元结构可实现温度漂移极低的差分测量。

高测量速率(高达 200 Hz)和快速读取可实现快速的传感器反馈。

电容技术

典型的小尺寸 MEMS(微机电系统)压力传感器围绕压阻测量技术而构建。在这些情况下,通过应变传感器来检测膜片相对于压力变化的挠曲。但是,压阻式传感组件特别容易随温度改变而变化,而且它们对于温度变化没有线性响应。因此,与电容组件相比,这些传感器需要更复杂的校准。此外,电阻测量会带来相对较高的电流消耗,在目标应用设备由电池供电且使用寿命至关重要的情况下,这是一个特别重要的考虑因素。

由于压阻技术的局限性,英飞凌为其压力传感器开发了一种电容式 MEMS 技术。图 4 显示了所开发的单元结构和电容式电桥配置。这个气压传感器由四个传感和参比单元阵列组成。传感单元具有柔性膜,该膜片可对压力变化做出反应并提供气压测量值。参比单元则具有坚硬的膜,该膜片对压力变化无反应,并提供稳定的测量参比。这种结构的好处是压力测量是可以差分的,并且传感单元和参比单元都暴露在相同的温度变化下,从而消除了温度漂移的影响。单元尺寸针对高灵敏度和机械可靠性进行了优化。它基于小型 MEMS 电池,没有重力效应。除了在宽温度和压力范围内具有非常好的温度稳定性之外,其他关键特性还包括低噪声和低功耗。