El sensor TDK muestra cómo MEMS capacitivos y bajos

De todas las preocupaciones de diseño de los dispositivos IoT, el consumo de energía es el que predomina. Las optimizaciones en el consumo de energía pueden provenir de una variedad de fuentes: las unidades de procesamiento integradas, módulos de RF o sensores. TDK Corporation está abordando específicamente el problema del consumo de energía del sensor con su lanzamiento más reciente: un sensor de presión de bajo consumo de energía basado en una tecnología MEMS capacitiva patentada.

En este artículo, exploraremos el nuevo producto de TDK y discutiremos la tecnología de detección de presión MEMS tanto capacitiva como resistiva.

El primer tipo de sensor de presión MEM que estuvo disponible comercialmente fue un sensor MEMS resistivo o piezoresistivo.

Este tipo de sensor de presión aprovecha resistencias dependientes de la tensión en una configuración de divisor de voltaje para medir cambios en la presión. Estas resistencias varían su valor de resistencia según la cantidad de presión a la que se encuentran; la tensión que experimentan alarga el componente y varía su valor de resistencia.

Luego, estas resistencias se disponen en una configuración de tipo divisor de voltaje y se prueban con un voltaje de excitación. El voltaje de salida medido varía directamente con los valores de la resistencia, lo que permite medir electrónicamente la presión que se aplica.

Los sensores de presión MEMS capacitivos aprovechan las propiedades de los condensadores de placas paralelas para medir presiones atmosféricas. Estos sensores se basan en el hecho de que la capacitancia de un condensador de placas paralelas es función del espacio entre las placas.

Para aprovechar esta característica, este tipo de sensor de presión consta de una capa conductora depositada sobre un diafragma, que crea un condensador entre la capa conductora y otro electrodo. La presión atmosférica provocará deformación en el diafragma, disminuyendo el espacio entre las placas paralelas y aumentando la capacitancia (y viceversa).

Si bien el cambio en la capacitancia puede ser del orden de picofaradios, aún se puede medir mediante múltiples técnicas. Una forma de medir este cambio en la capacitancia es con un circuito RC sintonizado, donde la capacitancia variable será detectable por la respuesta de frecuencia del circuito. Otro método puede medir el tiempo que tarda el condensador en cargarse directamente desde una fuente de corriente conocida.

En términos generales, la solución MEMS capacitiva tiende a ser una solución de energía mucho menor que las soluciones piezoresistivas. Con esto en mente, TDK lanzó su sensor de presión más nuevo para IoT basado en la misma tecnología.

Según la hoja de datos, el sensor, denominado ICP-10125, está clasificado para funcionar en un rango VDD de -0,3 V a 2,16 V y consume una corriente máxima de 10,4 μA en modo de ruido ultrabajo. Esto equivale a un consumo de energía de ~25 μW en el peor de los casos, lo que lo hace adecuado para IoT de bajo consumo.

Además de su baja potencia, el nuevo sensor ofrece otras características que incluyen ser resistente al agua hasta 10 ATM, un coeficiente de temperatura de ±0,5 Pa/°C y un ruido de presión de 0,4 Pa, que según TDK es el más bajo del mercado.

Para los dispositivos IoT, la baja potencia es posiblemente la preocupación de diseño más importante para los ingenieros eléctricos, y los nuevos sensores de baja potencia como el ICP-10125 de TDK pueden ser un paso en la dirección correcta. Con sus características a prueba de agua, el sensor de TDK se comercializa en los mercados de fitness, relojes inteligentes y dispositivos portátiles.