Le capteur TDK montre à quel point les MEMS sont capacitifs et faibles

Parmi toutes les préoccupations de conception des appareils IoT, la consommation d’énergie règne en maître. Les optimisations de la consommation électrique peuvent provenir de diverses sources : les unités de traitement embarquées, les modules RF ou les capteurs. TDK Corporation s'attaque spécifiquement au problème de la consommation électrique des capteurs avec sa dernière version : un capteur de pression à faible consommation d'énergie basé sur une technologie MEMS capacitive propriétaire.

Dans cet article, nous explorerons le nouveau produit de TDK et discuterons de la technologie de détection de pression MEMS capacitive et résistive.

Le premier type de capteur de pression MEM disponible dans le commerce était un capteur MEMS résistif ou piézorésistif.

Ce type de capteur de pression exploite des résistances dépendant de la contrainte dans une configuration de diviseur de tension pour mesurer les changements de pression. Ces résistances font varier leur valeur de résistance en fonction de la pression à laquelle elles sont soumises ; la contrainte qu'ils subissent allonge le composant et fait varier sa valeur de résistance.

Ces résistances sont ensuite disposées dans une configuration de type diviseur de tension et testées avec une tension d'excitation. La tension de sortie mesurée varie directement en fonction des valeurs de la résistance, ce qui permet de mesurer électroniquement la pression appliquée.

Les capteurs de pression MEMS capacitifs tirent parti des propriétés des condensateurs à plaques parallèles pour mesurer les pressions atmosphériques. Ces capteurs misent sur le fait que la capacité d'un condensateur à plaques parallèles est fonction de l'espacement entre les plaques.

Pour tirer parti de cette fonctionnalité, ce type de capteur de pression se compose d'une couche conductrice déposée sur un diaphragme, qui crée un condensateur entre la couche conductrice et une autre électrode. La pression atmosphérique provoquera une déformation du diaphragme, diminuant l'espacement entre les plaques parallèles et augmentant la capacité (et vice versa).

Même si le changement de capacité peut être de l’ordre du picofarads, il reste mesurable par plusieurs techniques. Une façon de mesurer ce changement de capacité consiste à utiliser un circuit RC accordé, où la capacité variable sera détectable par la réponse en fréquence du circuit. Une autre méthode peut mesurer le temps nécessaire au condensateur pour se charger directement à partir d'une source de courant connue.

D'une manière générale, la solution MEMS capacitive a tendance à être une solution de consommation bien inférieure à celle des solutions piézorésistives. Dans cette optique, TDK a lancé son tout nouveau capteur de pression pour l’IoT basé sur la même technologie.

Selon la fiche technique, le capteur, baptisé ICP-10125, est conçu pour fonctionner sur une plage VDD de -0,3 V à 2,16 V et consomme un courant maximum de 10,4 μA en mode ultra-faible bruit. Cela correspond à une consommation d'énergie d'environ 25 μW dans le pire des cas, ce qui le rend adapté à l'IoT à faible consommation.

Outre une faible consommation, le nouveau capteur offre d'autres caractéristiques, notamment une étanchéité jusqu'à 10 ATM, un coefficient de température de ±0,5 Pa/°C et un bruit de pression de 0,4 Pa, qui, selon TDK, est le plus bas du marché.

Pour les appareils IoT, la faible consommation est sans doute la préoccupation de conception la plus importante pour les ingénieurs électriciens, et de nouveaux capteurs basse consommation comme l'ICP-10125 de TDK pourraient constituer un pas dans la bonne direction. Grâce à ses caractéristiques étanches, le capteur de TDK est commercialisé sur les marchés du fitness, des montres intelligentes et des appareils portables.