Il sensore TDK mostra come MEMS capacitivo e basso

Tra tutte le preoccupazioni relative alla progettazione dei dispositivi IoT, il consumo energetico regna sovrano. Le ottimizzazioni nel consumo energetico possono provenire da diverse fonti: unità di elaborazione integrate, moduli RF o sensori. TDK Corporation sta affrontando in modo specifico il problema del consumo energetico dei sensori con la sua ultima versione: un sensore di pressione a basso consumo energetico basato su una tecnologia MEMS capacitiva proprietaria.

In questo articolo esploreremo il nuovo prodotto di TDK e discuteremo della tecnologia di rilevamento della pressione MEMS sia capacitiva che resistiva.

Il primo tipo di sensore di pressione MEM disponibile in commercio era un sensore MEMS resistivo o piezoresistivo.

Questo tipo di sensore di pressione sfrutta resistori dipendenti dalla deformazione in una configurazione con divisore di tensione per misurare le variazioni di pressione. Questi resistori variano il loro valore di resistenza in base alla quantità di pressione a cui sono sottoposti; la sollecitazione subita allunga il componente e ne varia il valore di resistenza.

Questi resistori vengono quindi disposti in una configurazione di tipo partitore di tensione e testati con una tensione di eccitazione. La tensione di uscita misurata varia direttamente con i valori del resistore, consentendo la misurazione elettronica della pressione applicata.

I sensori di pressione MEMS capacitivi sfruttano le proprietà dei condensatori a piastre parallele per misurare la pressione atmosferica. Questi sensori si basano sul fatto che la capacità di un condensatore a piastre parallele è una funzione della spaziatura tra le piastre.

Per sfruttare questa caratteristica, questo tipo di sensore di pressione è costituito da uno strato conduttivo depositato su un diaframma, che crea un condensatore tra lo strato conduttivo e un altro elettrodo. La pressione atmosferica causerà la deformazione del diaframma, diminuendo la spaziatura tra le piastre parallele e aumentando la capacità (e viceversa).

Anche se la variazione di capacità può essere dell'ordine dei picofarad, è comunque misurabile con molteplici tecniche. Un modo in cui è possibile misurare questa variazione di capacità è con un circuito RC sintonizzato, dove la capacità variabile sarà rilevabile dalla risposta in frequenza del circuito. Un altro metodo può misurare il tempo impiegato dal condensatore per caricarsi direttamente da una fonte di corrente nota.

In generale, la soluzione MEMS capacitiva tende ad essere una soluzione di potenza molto inferiore rispetto alle soluzioni piezoresistive. Con questo in mente, TDK ha rilasciato il suo nuovissimo sensore di pressione per IoT basato sulla stessa tecnologia.

Secondo la scheda tecnica, il sensore, denominato ICP-10125, è progettato per funzionare per un intervallo VDD compreso tra -0,3 V e 2,16 V e assorbe una corrente massima di 10,4 μA in modalità a rumore ultra-basso. Nel caso peggiore, il consumo energetico è di circa 25 μW, rendendolo adatto per l'IoT a basso consumo.

Oltre al basso consumo, il nuovo sensore offre altre caratteristiche tra cui l'impermeabilità fino a 10 ATM, un coefficiente di temperatura di ±0,5 Pa/°C e un rumore di pressione di 0,4 Pa, che secondo TDK è il più basso sul mercato.

Per i dispositivi IoT, il basso consumo è probabilmente la preoccupazione di progettazione più importante per gli ingegneri elettrici, e i nuovi sensori a basso consumo come ICP-10125 di TDK potrebbero rappresentare un passo nella giusta direzione. Grazie alle sue caratteristiche di impermeabilità, il sensore di TDK è commercializzato nei mercati del fitness, degli smartwatch e dei dispositivi portatili.