MEMS 壓阻式壓力傳感器與傳統(tǒng)氣壓計不同，具有防水封裝、內置溫度補償和高應力耐受性。

雖然氣壓計已經存在了 300 多年，但現(xiàn)代氣壓傳感器的作用遠遠超過傳統(tǒng)的天氣預報�？s小的芯片尺寸現(xiàn)在允許這些傳感器在汽車發(fā)動機甚至智能手機中發(fā)揮作用。 

ROHM Semiconductor 最近推出了 BM1390GLV 氣壓傳感器。這款新器件是一種 MEMS 壓阻式傳感器，防水等級為 IPX8，主要針對家用電器、工業(yè)設備和緊湊型物聯(lián)網設備。 

這種常見的傳感器有什么獨特之處？ 

MEMS 壓阻式壓力傳感器如何工作？

首先，簡要回顧一下 BM1390GLV 的基本原理可能會有所幫助：壓阻效應。這種效應是指響應于外部機械力而發(fā)生的材料電阻的變化。與金屬相比，半導體的壓阻效應更為明顯。

如下所示，壓阻式壓力傳感器通過將壓阻式傳感元件連接到柔性膜片上來 創(chuàng)建惠斯通電橋。

產生惠斯通電橋的壓阻式壓力傳感器。圖片由羅姆提供

在壓力的影響下，隔膜會發(fā)生偏轉，從而改變壓阻元件的電阻。電阻的變化會產生一個與電橋輸出端施加的壓力成比例的電壓信號。

今天的傳感器通常具有內置電子設備，可在將電橋輸出信號傳送到信號調理鏈中的下一個環(huán)節(jié)之前進一步處理電橋輸出信號。  

MEMS：一項關鍵的使能技術

許多傳感器，包括壓力傳感器，都依賴于系統(tǒng)中的可移動部件。MEMS（微機電系統(tǒng)的縮寫）是一種關鍵技術，可以在信號調節(jié)電子設備旁邊的硅芯片上實現(xiàn)可移動部件。

下圖顯示了如何使用該技術在硅芯片上創(chuàng)建微型質量阻尼彈簧系統(tǒng)以實現(xiàn)加速度計傳感器。 

CMOS MEMS 加速度計的掃描電子顯微照片 (SEM)。圖片由K. Zhang提供

事實上，微制造技術的巨大進步使當今許多小型低成本傳感器成為可能。例如， ROHM基于 MEMS 技術 的新型壓力傳感器采用緊湊的 2.0 mm × 2.0 mm × 1.0 mm 封裝。

防水性能

下圖比較了 BM1390GLV 與傳統(tǒng)設計。

圖片由羅姆提供

BM1390GLV 中使用的 MEMS 和控制電路可能與其他類似產品沒有太大區(qū)別；但是，新傳感器采用專有結構和特殊防水凝膠，可用于需要防水性能的工業(yè)設備和家用電器。

BM1390GLV 采用防水IPX8 等級封裝——防水等級。 

內置溫度補償

應變儀的特性隨溫度而變化，因此需要進行溫度補償以提高壓阻式壓力傳感器的精度，尤其是當設備要在廣泛的溫度范圍內使用時。

據(jù) ROHM 稱，BM1390GLV 采用專有的溫度補償算法，以大限度地減少溫度引起的誤差。

下圖是新傳感器與其他同類產品的性能對比。

BM1390GLV 與同類產品的性能比較。圖片由羅姆提供

該公司聲稱，新傳感器（上面的紅色曲線）優(yōu)于具有內部溫度補償（藍色曲線）的類似產品，以及那些在外部 MCU 中消除誤差的解決方案（綠色曲線）。另外請注意，由于溫度校準不需要外部 MCU，因此新器件可以提供較低的設計復雜度。 

對壓力的耐受性

BM1390GLV 采用陶瓷封裝，可大限度地減少安裝應力造成的誤差。下圖顯示了用于新型傳感器的陶瓷封裝和傳統(tǒng)傳感器常用的樹脂封裝的應力模擬。

陶瓷封裝與樹脂封裝的應力模擬。圖片由羅姆提供

采用更堅固的封裝消除了設計人員在使用樹脂產品時面臨的布局限制，從而提供了更大的設計靈活性。

氣壓傳感器的應用

氣壓傳感器測量絕對氣壓。除了傳統(tǒng)的天氣預報應用之外，這些傳感器還可以用于智能手機進行導航。由于氣壓隨海拔高度而降低，來自高分辨率氣壓傳感器的信息可用于確定海拔高度。

BM1390GLV典型應用電路及框圖。圖片由羅姆提供

此信息可用于輔助衛(wèi)星導航或在丟失衛(wèi)星信號的情況下。航位推算通過估計行進的方向和距離來計算一個人的位置。在某些情況下，氣壓傳感器可以區(qū)分小至一步高度的高度變化。 

這些傳感器適用于跟蹤健身活動和識別手勢。氣壓傳感器還用于汽車發(fā)動機，以在不同海拔高度行駛時實現(xiàn)效率。 

新型 BM1390GLV 氣壓傳感器的用例。圖片由羅姆提供

ROHM的新型傳感器主要針對電飯煲、吸塵器等家電產品而設計；需要防水性能的工業(yè)設備；在戶外運行的小型物聯(lián)網設備；和無人機。