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TDK高性能防水气压计,在意您的一“举”一动:

关键词:TDK 防水气压计

时间:2020-05-19 10:43:08      来源:网络

随着美国FCC E911对手机竖直方向±3米定位要求的强制实施、智能穿戴设备普及率快速提升,大气压传感器在2020年迅速成为消费类MEMS传感器的一大热点。大气压传感器,在个人消费类电子产品上主要被用来测量高度,所以又称高度计。

随着美国FCC E911对手机竖直方向±3米定位要求的强制实施、智能穿戴设备普及率快速提升,大气压传感器在2020年迅速成为消费类MEMS传感器的一大热点。大气压传感器,在个人消费类电子产品上主要被用来测量高度,所以又称高度计。

受全球疫情影响,人们对个人身体健康的关注度普遍升高,健身运动意愿空前高涨,预期智能穿戴产品(智能手表、运动手表、手环)需求在2020年会有可观的成长。

TDK近期应势推出了业内功耗最低、噪声最小、封装最薄的10ATM防水气压计ICP-10125,满足智能穿戴产品之需求。


图1 ICP-10125

ICP-10125采用了TDK基于电容式原理特别优化设计的MEMS气压传感器芯片,辅以TDK经验丰富的陶瓷基底烟囱式灌胶封装,完美匹配可穿戴产品对气压计性能和防水的苛刻要求。

相较于电阻式大气压传感器, 电容式大气压传感器具有非常明显的优势, 具体来说有以下几个方面:


图2 感测原理比较

功耗更低:压电电阻式在测量时应用惠斯通电桥, 会消耗功耗,而电容式的测量原理几乎不消耗电流
噪声更低:压电电阻的热噪声从根本上限制了气压计的灵敏度和分辨率
更高的温度稳定性:压电电阻对温度很敏感
精度更高:从原理上来说, 电容式对气压变化更为敏感

TDK针对个人消费类电子产品大气压传感器的应用特点,在传感器设计上对功耗和噪声进一步优化,体现在产品上,ICP-10125与业内竞品(包括电容式和压电电阻式)比较,同等设置下消耗最低电流、输出最低噪声。


图 3 功耗和噪声竞品对比


图 4 ICP-10125关键参数

低功耗

ICP-10125在低功耗模式下,每秒钟采样一次的平均电流消耗仅1.3微安。穿戴产品可以保持气压计常开,持续监测环境气压变化/高度变化,而为此付出的功耗相较于系统整体功耗微不足道。即使工作在超低噪声模式下(可满足气压或者高度超高精度测量),ICP10125每秒钟采样一次的平均电流消耗也仅为10.4微安。

低噪声

ICP-10125可以根据应用对测量精度的不同需求,动态工作在不同的模式。超低噪声模式下,ICP-10125的输出气压噪声(RMS)仅为0.4帕,对应到在大气环境下的高度测量输出噪声(RMS)仅为~3.4厘米(0.4帕 x ~8.5厘米/帕)。对应到高度测量应用上,ICP-10125可以精确测量到3.4厘米以上的高度变化,换句话说,ICP-10125对高度的有效分辨率为3.4厘米。


图 5 台阶识别

如上图展示的实测数据,ICP-10125可以精准检测用户每下一个台阶(18厘米)引起的气压变化(2.1帕),而竞品压电电阻式气压计在类似配置下输出噪声远高于2.1帕,所以完全无法识别相应的气压变化。

特色应用

结合以上低功耗和低噪声的突出优势,ICP-10125在可穿戴产品上可以帮助客户丰富应用场景,实现基于压电电阻式气压计无法实现的应用。


图 6 独特应用

如上图所示,在可穿戴产品中ICP-10125持续追踪用户的厘米级高度变化,配合运动传感器数据(加速度、角速度),算法融合处理后可以精准识别、记录用户上下台阶、乘坐自动扶梯或升降电梯、平地步行或乘坐交通工具移动、上下坡步行或乘坐交通工具移动。简言之,ICP-10125可以使能可穿戴设备完整详细记录用户全天候的移动方式和过程。

运动识别和记录是可穿戴产品最基本也是最重要的应用,目前市面上的绝大部分产品会基于运动传感器(加速度计和陀螺仪)来感测运动数据(加速度和角速度),通过运动算法处理大概识别运动模式并记录运动过程。但通常会遇到识别率和精准度的问题,因为两种不同的运动方式下运动传感器采集到的数据可能非常相似。现在使用ICP-10125检测厘米级的高度变化,把高度信息和运动数据相融合,识别率和精准度会得到极大提升。

独特的防水封装

防水,是可穿戴产品的基本要求,用户会戴着智能手表、手环游泳、淋浴、玩水等,产品整体需要满足5ATM甚至10ATM的防水要求。结构设计和组装上,通常会做近似于密封的处理。但气压计要感测外界环境的大气压,不能像其它元器件一样被密封在可穿戴产品的壳体内,必须要跟外界环境(大气)保持连通。

ICP-10125采用了烟囱式灌胶封装,满足可穿戴产品的高规格防水要求,同时兼顾气压感测的性能。


图 7 封装特点

下图右半部分示意ICP-10125在可穿戴产品上的相关结构设计。


图 8 结构设计

与采用常规封装的气压计相比,使用ICP-10125的产品在防水可靠性、透气性和产线装配的便利性上都有明显优势。

以上介绍了TDK新近推出的防水气压计ICP-10125的特性和在可穿戴产品上的特色应用。ICP-10125在全球范围内已经获得多家可穿戴产品客户的高度认可,并运用在新产品的设计中,多款搭载ICP-10125的智能可穿戴产品在年内会陆续推向市场。通过戴在手腕上的小小传感器,您会更加了解自己的一“举”一动。

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