BME680 – новый датчик параметров среды от Bosch

Не только классический датчик температуры, влажности, давления, но и датчик качества воздуха. Ток потребления в рабочем режиме от 90мкА. Встроенный микроконтроллер для обработки данных. Миниатюрный корпус 3х3 мм.
6044
В избранное

Компания Bosh Sensortec в очередной раз порадовала разработчиков портативной электроники новым датчиком, а если быть точнее, то целым набором датчиков в едином корпусе. Микросхема BME680 предназначена для измерения параметров окружающей среды. Она позволяет определять не только такие привычные характеристики как давление, температура и влажность, но и оценивать качество воздуха. Если учесть, что данная микросхема отличается весьма компактными габаритами и скромным потреблением, то она может стать идеальным выбором для таких приложений как умные часы, фитнес-браслеты, шагомеры, смартфоны, навигаторы и многих других.

BME680 от Bosch Sensortec: интеграция, компактность и малое потребление

 

Рис. 1. BME680 от Bosch Sensortec: интеграция, компактность и малое потребление

В настоящий момент на рынке присутствует огромное количество датчиков различных параметров среды: давления, температуры, влажности, освещенности, качества воздуха. Подъем интереса к такого рода сенсорам связан в первую очередь с расцветом, так называемой, носимой электроники: умные часы, фитнес-браслеты, шагомеры и т. д. Объем выпуска подобных устройств уже сейчас колоссален и продолжает расти. Неудивительно, что производители датчиков ведут между собой жесткую борьбу. Их продукция конкурирует по трем основным показателям: уровню интеграции, уровню потребления, габаритным размерам.

Повышение уровня интеграции позволяет «упаковать» в один корпус сразу несколько сенсоров. Это достаточно сложная задача, так как не все сенсоры можно создать в рамках одного техпроцесса. Производителям зачастую приходится использовать не «системы на кристалле» (system on chip, SOC), а «системы в корпусе» (system in package, SIP), которые представляют собой сборки из нескольких интегральных микросхем. Данная технология не такая простая, как может показаться, и не многие производители способны выпускать крупные серии подобных сложных датчиков. В результате на рынке гораздо чаще можно встретить микросхемы с двумя или тремя интегральными сенсорами, например, температуры и давления.

При использовании SIP очень часто встает проблема габаритов. Это один из самых критичных параметров для современных компактных устройств, таких как, например, смартфоны, не говоря уже об умных часах и различных типах умных браслетов. В результате, чтобы предложить разработчикам электроники приемлемый вариант микросхемы, производителям приходится как следует потрудиться. У кого-то это получается лучше, у кого-то хуже. У компании Bosch Sensortec это получается очень хорошо, о чем свидетельствую характеристики новой микросхемы BME680.

BME680 – микросхема, включающая в себя сразу четыре сенсора, и позволяющая измерять давление, температуру, влажность и качество воздуха (рис. 2). Главными преимуществами BME680 являются:

  • четыре встроенных датчика;
  • развитая система управления потреблением;
  • сверхкомпактные габариты;
  • программные алгоритмы BSEC (Bosch Software Environmental Cluster).

BME680 от Bosch Sensortec позволяет измерять давление, температуру, влажность и качество воздуха

Рис. 2. BME680 от Bosch Sensortec позволяет измерять давление, температуру, влажность и качество воздуха

Начнем обзор новой микросхемы с рассмотрения встроенных датчиков.

Датчик температуры позволяет измерять температуру во всем рабочем диапазоне –40 …+85 °С. Абсолютная точность в диапазоне 0 …+65 °С составляет ±1 °С. Несмотря на 20-битное разрешение встроенного АЦП, на выходе пользователи получают данные с разрешением 0, 01 °С, что связано с уровнем собственных шумов 0,005 °С. Потребление датчика составляет 1 мкА при частоте измерений 1 Гц.

Датчик давления имеет рабочий диапазон 300…1100 кПа с разрешением 0,18 Па. В диапазоне температур 0 …+65 °С сенсор характеризуется абсолютной погрешностью ± 0,6 кПа.

Максимальная частота опроса датчика достигает 182 Гц. При частоте опроса 1 Гц типовое потребление составляет 3,1 мкА.

Не стоит забывать о таком негативном эффекте, как старение, которое для данного сенсора оказывается равным примерно ± 1 кПа в год.

Датчик влажности работает в диапазоне 0…100% с абсолютной точностью ± 3% (температура 0 …+65 °С) и разрешением 0,008%. При частоте опроса 1 Гц максимальное потребление для данного сенсора не превышает 2,8 мкА, а типовое равно 2,1 мкА. Старение для датчика составляет 0,5% в год.

Датчик качества воздуха – главная «изюминка» в рассматриваемом наборе сенсоров. BME680 имеет встроенный металло-оксидный датчик (Metal Oxide Semiconductor) органических летучих веществ (ЛОВ). Это датчик резистивного типа, сопротивление поверхности которого зависит от содержания в воздухе ЛОВ (этанол, ацетон, изопрен, продукты дыхания и т. д). Недостаток таких сенсоров заключается в необходимости дополнительного разогрева чувствительного элемента с помощью специального нагревателя, температура которого достигает нескольких сотен градусов. В частности в BME680 она составляет около 320 °С.

Сопротивление датчика измеряется, оцифровывается 20-битным АЦП и фильтруется. Естественно, что «сырая» информация о сопротивлении не очень удобна для использования. По этой причине Bosch Sensortec предоставляет программные алгоритмы BSEC (Bosch Software Environmental Cluster), которые преобразуют исходные данные в форму, удобную для дальнейшей обработки, а конкретно в баллы качества воздуха IAQ (Indoor air quality) (рис. 3). BME680 работает с диапазоном IAQ 0…500 с разрешением 1. По предложенной таблице можно легко принять решение о необходимости проветривания, если речь идет о системе вентиляции, или просто предупредить пользователя, если микросхема BME680 установлена в умных часах.

С помощью BME680 можно легко оценить качество воздуха

Рис. 3. С помощью BME680 можно легко оценить качество воздуха

К сожалению, использование нагревателя приводит к тому, что датчик ЛОВ оказывается самым «прожорливым» среди встроенных сенсоров. Пиковый ток потребления нагревателя достигает 18 мА, а типовой 12 мА. Благодаря наличию режимов пониженного потребления удается значительно сэкономить ресурс батареи. Среднее потребление датчика в режиме «Ultra Low Power» составляет 90 мкА, 0,9 мА в режиме «Low Power» и 12 мА при периодическом опросе. Между собой режимы главным образом отличаются частотой опроса и, соответственно, временем отклика.

Несмотря на то, что в состав BME680 входит четыре датчика габариты микросхемы оказываются весьма компактными 3,0 x 3,0 x 1 мм (рис. 4).

Габариты микросхемы BME680

Рис. 4. Габариты микросхемы BME680

Для взаимодействия BME680 с управляющим микроконтроллером используется один из двух доступных интересов I2C или SPI (рис. 5). Выводы питания ядра и портов ввода-вывода разделены: 1,2…3,6 В (VDD) и 1,71…3,6 В (VDDIO).Таким образом, хотя корпус имеет восемь выводов, для минимальной схемы включения будет использоваться только пять из них (если связь осуществляется по I2C).

Назначение выводов микросхемы BME680

Рис. 5. Назначение выводов микросхемы BME680

Подводя итог данному обзору, можно отметить, что BME680 в очередной раз подтверждает сильные позиции Bosh Sensortec в сегменте датчиков. Новая микросхема идеально подходит для носимой электроники, но будет востребована и в других приложениях: климат-контроль, навигаторы (альтиметр), датчики интернета вещей и т. д.

Технические характеристики BME680:

  • Датчик ЛОВ: IAQ 0…500 с разрешением 1, потребление от 0,1 мА;
  • Датчик влажности: 0…100 %, точность ±3%, время отклика 8 с;
  • Датчик давления: диапазон 300…1100 кПа, точность ± 0,6 кПа;
  • Датчик температуры: диапазон измерений –40 … 85 °С, абсолютная точность ±1 °С;
  • Потребление: 3,1 мкА температура/ давление при 1 Гц; 3,7 мкА температура/ давление/ влажность; 0,09…12 мА температура/ давление/ влажность/ воздух;
  • Потребление в режиме сна: 0,15 мкА;
  • Коммуникационные интерфейсы: I2C или SPI;
  • Напряжение питания: 1,2…3,6 В (VDD); 1,71…3,6 В (VDDIO);
  • Диапазон рабочих температур: –40 … 85 °С;
  • Корпус: 8-выводный LGA размером 3,0 x 3,0 x 1 мм.
Производитель: Bosch Gpoup
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
BME680
BME680
Bosch Gpoup
Арт.: 2608827 ИНФО PDF
Доступно: 20455 шт. от: 1100 руб.
BME680 – микросхема включает в себя четыре сенсора и позволяет измерять давление, температуру, влажность и качество воздуха. Главными преимуществами BME680 являются: четыре встроенных датчика; развитая система управления потреблением; сверхкомпактные габариты;программные алгоритмы BSEC
BME680 от 1100,00 от 4 шт. 944,00 от 8 шт. 850,00 от 18 шт. 787,00 от 45 шт. 747,00
21 шт.
(на складе)
20434 шт.
(под заказ)

Сравнение позиций

  • ()