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2020年05月19日 | TDK高性能防水气压计，在意您的一“举”一动：
2020-05-19 来源：TDK电子
随着美国FCC E911对手机竖直方向±3米定位要求的强制实施、智能穿戴设备普及率快速提升，大气压传感器在2020年迅速成为消费类MEMS传感器的一大热点。大气压传感器，在个人消费类电子产品上主要被用来测量高度，所以又称高度计。 受全球疫情影响，人们对个人身体健康的关注度普遍升高，健身运动意愿空前高涨，预期智能穿戴产品（智能手表、运动手表、手环）需求在2020年会有可观的成长。 TDK近期应势推出了业内功耗最低、噪声最小、封装最薄的10ATM防水气压计ICP-10125，以满足智能穿戴产品之需求。
图1 ICP-10125
ICP-10125采用了TDK基于电容式原理特别优化设计的MEMS气压传感器芯片，辅以TDK经验丰富的陶瓷基底烟囱式灌胶封装，完美匹配可穿戴产品对气压计性能和防水的苛刻要求。
相较于电阻式大气压传感器， 电容式大气压传感器具有非常明显的优势， 具体来说有以下几个方面：
图2 感测原理比较
功耗更低：压电电阻式在测量时应用惠斯通电桥， 会消耗功耗，而电容式的测量原理几乎不消耗电流
噪声更低：压电电阻的热噪声从根本上限制了气压计的灵敏度和分辨率
更高的温度稳定性：压电电阻对温度很敏感
精度更高：从原理上来说， 电容式对气压变化更为敏感
TDK针对个人消费类电子产品大气压传感器的应用特点，在传感器设计上对功耗和噪声进一步优化，体现在产品上，ICP-10125与业内竞品（包括电容式和压电电阻式）比较，同等设置下消耗最低电流、输出最低噪声。
图 3 功耗和噪声竞品对比
图 4 ICP-10125关键参数
低功耗
ICP-10125在低功耗模式下，每秒钟采样一次的平均电流消耗仅1.3微安。穿戴产品可以保持气压计常开，持续监测环境气压变化/高度变化，而为此付出的功耗相较于系统整体功耗微不足道。即使工作在超低噪声模式下（可满足气压或者高度超高精度测量），ICP10125每秒钟采样一次的平均电流消耗也仅为10.4微安。
低噪声
ICP-10125可以根据应用对测量精度的不同需求，动态工作在不同的模式。超低噪声模式下，ICP-10125的输出气压噪声（RMS）仅为0.4帕，对应到在大气环境下的高度测量输出噪声（RMS）仅为~3.4厘米（0.4帕 x ~8.5厘米/帕）。对应到高度测量应用上，ICP-10125可以精确测量到3.4厘米以上的高度变化，换句话说，ICP-10125对高度的有效分辨率为3.4厘米。
图 5 台阶识别
如上图展示的实测数据，ICP-10125可以精准检测用户每下一个台阶（18厘米）引起的气压变化（2.1帕），而竞品压电电阻式气压计在类似配置下输出噪声远高于2.1帕，所以完全无法识别相应的气压变化。
特色应用
结合以上低功耗和低噪声的突出优势，ICP-10125在可穿戴产品上可以帮助客户丰富应用场景，实现基于压电电阻式气压计无法实现的应用。
图 6 独特应用
如上图所示，在可穿戴产品中ICP-10125持续追踪用户的厘米级高度变化，配合运动传感器数据（加速度、角速度），算法融合处理后可以精准识别、记录用户上下台阶、乘坐自动扶梯或升降电梯、平地步行或乘坐交通工具移动、上下坡步行或乘坐交通工具移动。简言之，ICP-10125可以使能可穿戴设备完整详细记录用户全天候的移动方式和过程。
运动识别和记录是可穿戴产品最基本也是最重要的应用，目前市面上的绝大部分产品会基于运动传感器（加速度计和陀螺仪）来感测运动数据（加速度和角速度），通过运动算法处理大概识别运动模式并记录运动过程。但通常会遇到识别率和精准度的问题，因为两种不同的运动方式下运动传感器采集到的数据可能非常相似。现在使用ICP-10125检测厘米级的高度变化，把高度信息和运动数据相融合，识别率和精准度会得到极大提升。
独特的防水封装
防水，是可穿戴产品的基本要求，用户会戴着智能手表、手环游泳、淋浴、玩水等，产品整体需要满足5ATM甚至10ATM的防水要求。结构设计和组装上，通常会做近似于密封的处理。但气压计要感测外界环境的大气压，不能像其它元器件一样被密封在可穿戴产品的壳体内，必须要跟外界环境（大气）保持连通。
ICP-10125采用了烟囱式灌胶封装，满足可穿戴产品的高规格防水要求，同时兼顾气压感测的性能。
图 7 封装特点
下图右半部分示意ICP-10125在可穿戴产品上的相关结构设计。
图 8 结构设计
与采用常规封装的气压计相比，使用ICP-10125的产品在防水可靠性、透气性和产线装配的便利性上都有明显优势。
以上介绍了TDK新近推出的防水气压计ICP-10125的特性和在可穿戴产品上的特色应用。ICP-10125在全球范围内已经获得多家可穿戴产品客户的高度认可，并运用在新产品的设计中，多款搭载ICP-10125的智能可穿戴产品在年内会陆续推向市场。通过戴在手腕上的小小传感器，您会更加了解自己的一“举”一动。
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