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《英飞凌电容式压力传感器:DPS310》

麦姆斯咨询
2017-02-17
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Infineon DPS310 Capacitive Pressure Sensor

——逆向分析报告

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麦姆斯咨询 王懿

电子邮箱:wangyi#memsconsulting.com(#换成@)

应用于智能手机和可穿戴设备的微型MEMS数字式气压计

英飞凌DPS310是一款基于MEMS技术的低功率数字式大气压力传感器,具有±5厘米超高分辨率,可促进开发新的增强型导航、定位、健康、手势识别和天气监测等应用。该款压力传感器的市场定位是与意法半导体、博世的压阻式大气压力传感器展开竞争。

英飞凌DPS310封装外形

英飞凌DPS310有两项创新之处:(1)相比一些汽车压力传感器的单芯片解决方案,两颗芯片解决方案更具可扩展性。(2)采用塑料金属化(plastic metallized)盖来取代传统的金属盖。

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英飞凌DPS310的ASIC芯片

英飞凌DPS310的MEMS芯片

英飞凌DPS310的优越性表现在:

(1)英飞凌DPS310可在很大的温度范围内实现精确而又稳定的性能,特别适用于室内导航和辅助定位应用,如购物广场和停车场的楼层检测,以及户外导航——在这类应用中,它有助于提高导航精度,或者在无法获得GPS信号时,支持“航位推算法”。此外,它能够为计算海拔升高和垂直速度提供准确数据,适用于移动和可穿戴健康和运动设备的活动追踪特性,同时,超高精度压力测量则为手势识别和探测天气变化提供了新的可能性。

(2)英飞凌DPS310压力传感器是基于电容式感测原理,而不是大多数其他数字式压力传感器所采用的压阻原理。这保证了在很大温度范围内,哪怕温度急遽变化,也能实现较高精确度。这是一个突出优势,因为若干热源可能导致移动终端内部温度快速变化。

(3)在高精度模式下,英飞凌DPS310可以±5厘米的精度进行高度测量,实现精确瞬态检测,而这正是室内导航面临的最大挑战。譬如,英飞凌压力传感器的高分辨率有助于确定某个人正在从建筑物的一层楼移动至另一层楼,并触发下载新的平面图。需要区分佩戴者的不同类型“步伐”和相应的卡路里“燃烧率”的运动和健身应用,也要求高精度高度测量。

(4)对于这颗新的压力传感器,英飞凌采用了最初专为英飞凌汽车传感器而开发的高级半导体工艺技术。这些汽车传感器高度可靠,并且集成在诸如安全气囊等安全应用中。这些技术为实现其仅2.0mm x 2.5mm x 1.0mm的小巧外形和低功耗做出了贡献。在低功率模式下,如果每秒钟测量一次,电流消耗仅为3μA,待机模式下则不足1μA。一个能够保存最近32次测量结果的集成式FIFO,有助于通过延长主处理器在传感器读出期间保持睡眠模式的时间,进一步降低系统总体功耗。

(5)DPS310能够在300hPa至1200hPa的压力范围内和-40℃至85℃的温度范围内,提供可靠、精确的性能。得益于多种测量和分辨率模式,该器件可以针对目标应用进行优化。譬如,每秒一次测量配置可用于高精度GPS海拔测量,而每秒多次测量则能满足手势识别应用的需求。每一颗传感器都经过单独校准,并且采用了校准系数来精确补偿测得的压力值和温度值。可通过传感器的I2C或SPI数字接口,获得传感器测量数据和校准系数。

英飞凌传感器业务部门负责人Roland Helm博士表示:“压力传感器日益成为移动和可穿戴设备不可或缺的要素。就物联网而言,压力传感器也是集成式消费类传感器解决方案的重要组成部分。采用了成熟的半导体工艺,并兼具超高分辨率、良好的温度稳定性、低功耗运行和小巧的封装尺寸,英飞凌DPS310允许开发人员改善各种应用的功能,提升用户体验,包括从辅助定位和导航,到运动和健身,再到实时天气监测。”

本报告详细分析了英飞凌电容式压力传感器:DPS310的器件结构和成本情况,并将其与意法半导体的压力传感器LPS22HB和博世的压力传感器BMP280进行对比分析。

报告目录:

Overview / Introduction

Company Profile and Supply Chain

Physical Analysis

• Package

- Package views and dimensions

- Package opening

- Package cross-section

• ASIC die

- View, dimensions, and marking

- Delayering and process

- Cross-section

• MEMS Die

- View, dimensions and marking

- Sensing area details

- Cross-section sensor capacitor

- Cross-section reference capacitor

- Process characteristics

• Comparison

Manufacturing Process Flow

• ASIC front-end process

• ASIC wafer fabrication unit

• MEMS process flow

• MEMS wafer fabrication unit

• Packaging process flow

• Package assembly unit

Cost Analysis

• Yield hypotheses

• ASIC front-end cost

• ASIC back-end 0: probe test and dicing

• ASIC wafer and die cost

• MEMS front-end cost

• MEMS back-end 0: probe test and dicing

• MEMS front-end cost per process step

• MEMS wafer and die cost

• Back-end: packaging cost

• Back-end: packaging cost per process step

• Back-end: final test cost

• Pressure sensor component cost

Estimated Price Analysis

若需要《英飞凌电容式压力传感器:DPS310》样刊,请发E-mail:wangyi#memsconsulting.com(#换成@)。

延伸阅读:

《全球最小MEMS气压传感器:意法半导体LPS22HB》

《Melexis绝对压力传感器:MLX91802》

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