坚固且敏感的气压传感器来满足可穿戴设备的需求

英飞凌新型 DPS368 气压传感器非常适合这些应用，因为与其他防水压力传感器相比，该器件可以节省多达 80%的空间。另外，与压阻技术相比，DPS368 气压传感器的精度为±2 cm，可以节省多达 50%的功率。这款数字式气压传感器坚固耐用，其胶垫和隔膜均有凝胶保护（图 1），可防止水、湿气和灰尘进入。DPS368 通过了 IPx8 认证，可以在水下 50 米环境承受长达一小时。DPS368 压力传感器组件采用电容传感原理，可在温度变化期间保证高精度。它基于久经考验的 DPS310 器件，并且带有非常坚固且防水的封装，因此非常适合恶劣环境下的各种应用（图 2）。目标应用是智能手表、可穿戴设备和智能手机（例如健身追踪、步数统计、跌倒检测、导航、高度检测）；家用电器（例如暖通空调 / 真空吸尘器中的气流控制、洗衣机中的水位检测、入侵检测）；无人机（例如飞行稳定性、高度控制）和医疗保健（例如跌倒检测、气流监测）。

坚固且敏感

DPS368 气压传感器具有出色的分辨率、温度稳定性、能效和耐用性。这些优点使它特别适用于需要检测压力变化很小的电池供电应用，即使在恶劣的环境下也是如此。该传感器将大气压和温度感应（图 3）功能集成到单一且非常紧凑的 8 引脚 LGA 封装中，尺寸仅为 2.0 mm × 2.5 mm × 1.1 mm。压力测量的平均电流消耗为 1.7μA（待机模式下仅为 0.5μA）。

图 1：DPS368 的 ASIC 和 MEMS 芯片在非常坚固的封装中受到凝胶保护。

图 2：DPS368 非常适合经常在恶劣环境中使用的各种移动设备和可穿戴设备中的精确压力感测。

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。

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。

优化的系统设计

为实现灵活的系统设计，这个传感器可以针对不同的使用案例配置，以便在平衡能耗的情况下优化分辨率。不同的操作模式（高精度、标准、低功耗和超低功耗 ） 协调了不同的精度（2 至 50 cm）和测量速率（单脉冲和高达 200 Hz）。例如，可以针对 GPS 高度精度配置一次性测量操作，或者使用每秒进行多次测量的选项来满足手势识别或跌倒检测的需求。可配置模式（图 5）还可以优化效率，因为功耗与测量频率成正比。

图 5：不同的操作模式能够实现优化的能耗和精度，以满足相关应用的需要。