Drucksensoren von Infineon
Kein Hals- und Beinbruch
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Präzise Höhenmessung
Für den neuen Drucksensor DPS310 nutzt Infineon Halbleiter-Prozesstechnologien, welche für die in der Automobilindustrie eingesetzten Drucksensoren entwickelt wurden. Die verwendete Zellstruktur sorgt für eine große Temperatur-Stabilität. Außerdem ist die Zellgröße optimiert für eine hohe Empfindlichkeit und mechanische Robustheit. Dank der kleinen MEMS-Zelle sind Gravitationseinflüsse vernachlässigbar.
Der kapazitive Drucksensor basiert auf vier Arrays mit Sensor- und Referenzzellen. Die Sensorzellen haben eine flexible Membran und reagieren auf Luftdruckänderungen, während die Referenzzellen eine starre Membran besitzen. Der Vorteil dieser Struktur ist, dass die Druckmessungen differenziell sind, wobei sowohl die Sensor- als auch die Referenzzellen den gleichen Temperaturänderungen ausgesetzt sind und somit der Temperatur-Drift vernachlässigt werden kann.
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Unterschiedliche Mess- und Auflösungsmodi
Der barometrische Niedrigstrom-Drucksensor kann Höhen mit einer Auflösung von ± 0,005 hPA und damit mit einer Genauigkeit von ± 5 cm messen. Die Messrate ist bis zu 200 Hz einstellbar. Mehrere Mess- und Auflösungsmodi sorgen dafür, dass das entsprechende Gerät je nach Anwendung ausgelegt werden kann. So kann zum Beispiel eine Einmalmessung für die GPS-Höhengenauigkeit konfiguriert werden, während für die Gestenerkennung oder bei Stürzen mehrere Messungen pro Sekunde benötigt werden.
Die Stromaufnahme ist direkt proportional zur Messrate. Im Low-Power-Modus beträgt die Stromaufnahme 3 μA bei einer Messung pro Sekunde und weniger als 1 μA im Stand-by-Modus. Bei maximaler Auflösung benötigt der DPS310 etwa 38 μA. Der DPS310 arbeitet mit einer Versorgungsspannung von 1,7 bis 3,6 V und bietet genaue Ergebnisse bei einem Druck von 300 hPa bis 1200 hPa und bei Temperaturen von –40 °C bis 85 °C. Geliefert wird der DPS310 in einem 8-poligen LGA-Gehäuse (2,0 mm × 2,5 mm × 1,0 mm).
Drucksensoren in vielen Bereichen einsetzbar
Barometrische Drucksensoren werden mehr und mehr zu einem wichtigen Bestandteil von mobilen und smarten Endgeräten. Auch im Hinblick auf IoT ist der Drucksensor eine Schlüsselkomponente für integrierte Sensorlösungen im Bereich der Konsumelektronik. Entwickler können die Funktionalität und den Benutzerkomfort in Anwendungen wie assistierte Lokalisierung und Navigation in Gebäuden und im Freien, Sport- und Fitness-Apps, Sicherung der Flugstabilität von Drohnen, Echtzeit-Wetterüberwachung, IoT-Geräten und eben im Gesundheitswesen – wie bei der automatischen Sturz-Erkennung – verbessern.
Drucksensoren ermöglichen eine genauere Navigation, da sie exakte Werte zur vertikalen Position liefern und somit das GPS -Signal generell sowie das »Dead Reckoning« (Koppelnavigation) unterstützen, wenn kein GPS-Signal verfügbar ist. Darüber hinaus können exakte Daten für die Berechnung von Höhenunterschied und Vertikalgeschwindigkeit für die Aktivitätsverfolgung in mobilen und tragbaren Gesundheits- und Sportgeräten bereitgestellt werden. Die präzise Druckmessung eröffnet ebenfalls neue Möglichkeiten für die Gestenerkennung und die Erkennung plötzlicher Wetteränderungen.
Die Entwicklung geht weiter
Infineon bietet künftig neben dem bereits etablierten DPS310 weitere barometrische Drucksensoren an, die für unterschiedliche Anwendungen zugeschnitten sind. So wird im 1. Halbjahr 2019 der DPS368 auf den Markt kommen. Dieser entspricht mit seinen elektrischen Eigenschaften praktisch dem DPS310, ist aber zudem robust gegenüber Wasser (IPx8), Staub und Feuchtigkeit. Auch nach einer Stunde in 50 m tiefen Wasser ist seine Funktion uneingeschränkt, daher eignet er sich für Smart Watches und Wearables.
Im Vergleich zu anderen wasserdichten Drucksensoren ermöglicht der DPS368 mit seinem kleinen Formfaktor (2,0 mm × 2,5 mm × 2,1 mm) eine Platzersparnis von bis zu 80 % und liefert eine maximale Auflösung von ±2 cm. Mit dem DPS422 bietet Infineon ab Ende 2018 einen Sensor mit noch kleinerem Formfaktor an. Er hat dieselbe Fläche wie die Varianten DPS310 und DPS368. Darüber hinaus zählt er mit nur 0,73 mm Höhe jedoch zu den derzeit flachsten Drucksensoren auf dem Markt.
Weiterhin liefert er nicht nur eine hohe Auflösung wie seine Pendants, sondern erfasst auch die absolute Temperatur mit einer Genauigkeit von ±0,4 °C.
Daher eignet sich dieser Sensor unter anderem für »smarte« Wetterstationen und Thermostaten mit zusätzlichen Funktionen, beispielsweise einem Einbruchalarm.
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