Sensor TDK mostra como MEMS capacitivos e baixos

De todas as preocupações de design para dispositivos IoT, o consumo de energia reina supremo. As otimizações no consumo de energia podem vir de diversas fontes: unidades de processamento integradas, módulos de RF ou sensores. A TDK Corporation está abordando especificamente a questão do consumo de energia do sensor com seu mais novo lançamento: um sensor de pressão de baixo consumo de energia baseado em uma tecnologia MEMS capacitiva proprietária.

Neste artigo, exploraremos o novo produto da TDK e discutiremos a tecnologia de detecção de pressão MEMS capacitiva e resistiva.

O primeiro tipo de sensor de pressão MEMs disponível comercialmente foi um sensor MEMS resistivo ou piezoresistivo.

Este tipo de sensor de pressão utiliza resistores dependentes de deformação em uma configuração de divisor de tensão para medir mudanças na pressão. Esses resistores variam seu valor de resistência com base na quantidade de pressão sob a qual estão; a tensão que sofrem alonga o componente e varia seu valor de resistência.

Esses resistores são então dispostos em uma configuração do tipo divisor de tensão e testados com uma tensão de excitação. A tensão de saída medida varia diretamente com os valores do resistor, permitindo que a pressão aplicada seja medida eletronicamente.

Os sensores de pressão capacitivos MEMS aproveitam as propriedades dos capacitores de placas paralelas para medir pressões atmosféricas. Esses sensores baseiam-se no fato de que a capacitância de um capacitor de placas paralelas é função do espaçamento entre as placas.

Para aproveitar esta característica, este tipo de sensor de pressão consiste em uma camada condutora depositada sobre um diafragma, que cria um capacitor entre a camada condutora e outro eletrodo. A pressão atmosférica causará deformação no diafragma, diminuindo o espaçamento entre as placas paralelas e aumentando a capacitância (e vice-versa).

Embora a mudança na capacitância possa ser da ordem de picofarads, ainda é mensurável por múltiplas técnicas. Uma maneira de medir essa mudança na capacitância é com um circuito RC sintonizado, onde a capacitância variável será detectável pela resposta de frequência do circuito. Outro método pode medir o tempo que leva para o capacitor carregar diretamente de uma fonte de corrente conhecida.

De modo geral, a solução MEMS capacitiva tende a ser uma solução de consumo de energia muito menor do que as soluções piezoresistivas. Pensando nisso, a TDK lançou seu mais novo sensor de pressão para IoT baseado na mesma tecnologia.

De acordo com a folha de dados, o sensor, apelidado de ICP-10125, está classificado para funcionar em uma faixa VDD de -0,3 V – 2,16 V e consome uma corrente máxima de 10,4 μA no modo de ruído ultrabaixo. Isso representa um consumo de energia de aproximadamente 25 μW no pior caso, tornando-o adequado para IoT de baixo consumo de energia.

Junto com o baixo consumo de energia, o novo sensor oferece outros recursos, incluindo ser à prova d’água até 10 ATM, um coeficiente de temperatura de ±0,5 Pa/°C e um ruído de pressão de 0,4 Pa, que a TDK afirma ser o mais baixo do mercado.

Para dispositivos IoT, o baixo consumo de energia é sem dúvida a preocupação de projeto mais importante para os engenheiros elétricos, e novos sensores de baixo consumo de energia, como o ICP-10125 da TDK, podem ser um passo na direção certa. Com seus recursos à prova d'água, o sensor da TDK é comercializado para os mercados de fitness, smartwatch e dispositivos portáteis.