Датчик TDK показывает, насколько емкостный MEMS и низкий уровень

Из всех проблем, связанных с проектированием IoT-устройств, энергопотребление занимает первое место. Оптимизация энергопотребления может осуществляться за счет различных источников — встроенных процессоров, радиочастотных модулей или датчиков. Корпорация TDK специально решает проблему энергопотребления датчиков в своей новейшей версии: датчике давления с низким энергопотреблением, основанном на запатентованной емкостной технологии MEMS.

В этой статье мы рассмотрим новый продукт TDK и обсудим как емкостную, так и резистивную технологию измерения давления MEMS.

Первым типом датчика давления МЭМ, который был коммерчески доступен, был резистивный или пьезорезистивный датчик МЭМС.

Датчик давления этого типа использует тензозависимые резисторы в конфигурации делителя напряжения для измерения изменений давления. Эти резисторы меняют значение своего сопротивления в зависимости от величины давления, под которым они находятся; напряжение, которое они испытывают, удлиняет компонент и меняет значение его сопротивления.

Эти резисторы затем компонуются в виде делителя напряжения и проверяются напряжением возбуждения. Измеряемое выходное напряжение напрямую зависит от номинала резистора, что позволяет измерять приложенное давление электронным способом.

Емкостные датчики давления MEMS используют свойства конденсаторов с параллельными пластинами для измерения атмосферного давления. Эти датчики полагаются на тот факт, что емкость конденсатора с параллельными пластинами является функцией расстояния между пластинами.

Чтобы использовать эту особенность, этот тип датчика давления состоит из проводящего слоя, нанесенного на диафрагму, которая создает конденсатор между проводящим слоем и другим электродом. Атмосферное давление вызовет деформацию диафрагмы, уменьшая расстояние между параллельными пластинами и увеличивая емкость (и наоборот).

Хотя изменение емкости может составлять порядка пикофарад, его все же можно измерить несколькими методами. Одним из способов измерения этого изменения емкости является использование настроенной RC-цепи, где переменная емкость будет определяться по частотной характеристике схемы. Другой метод позволяет измерить время, необходимое конденсатору для зарядки непосредственно от известного источника тока.

Вообще говоря, емкостное решение MEMS имеет тенденцию быть решением с гораздо меньшим энергопотреблением, чем пьезорезистивное решение. Принимая это во внимание, TDK выпустила свой новейший датчик давления для IoT, основанный на той же технологии.

Согласно техническому описанию, датчик, получивший название ICP-10125, рассчитан на работу в диапазоне VDD от -0,3 В до 2,16 В и потребляет максимальный ток 10,4 мкА в режиме сверхнизкого шума. В худшем случае энергопотребление составит ~25 мкВт, что делает его подходящим для маломощного Интернета вещей.

Помимо низкой мощности, новый датчик предлагает и другие функции, в том числе водонепроницаемость до 10 атм, температурный коэффициент ±0,5 Па/°C и уровень шума давления 0,4 Па, который, по утверждению TDK, является самым низким на рынке.

Для устройств IoT низкое энергопотребление, пожалуй, является наиболее важной проблемой при проектировании для инженеров-электриков, и новые датчики с низким энергопотреблением, такие как ICP-10125 от TDK, могут стать шагом в правильном направлении. Благодаря своим водонепроницаемым функциям датчик TDK продается на рынках фитнеса, умных часов и портативных устройств.