Wichtige Designüberlegungen, Zukunft von IoT-Sensoren

In diesem Blog soll (wenn auch auf allgemeinem Niveau) erörtert werden, wie sich diese Änderungen auf die Einschränkungen beim Sensordesign auswirken und nach welchen Sensormodulen Verbraucher im Zuge der Weiterentwicklung dieser Trends voraussichtlich suchen werden.

Sensoren drin IoT

Nahezu jeder Sensor kann heute als IoT-Sensor betrachtet werden. Quelle: onsemi

Wichtige Überlegungen zum Sensordesign für IoT

Neue Faktoren im IoT-Markt treiben die Sensorentwicklung in Richtung Integration voran, wobei mehrere Sensoren und Verarbeitungstechnologien in einem einzigen Chip kombiniert werden. Dieser Ansatz reduziert den Platzbedarf und verbessert die Sensorfusionsfähigkeiten.

Während Trägheitssensoren wie Beschleunigungsmesser und Gyroskope die MEMS-Fertigung nutzen und in Halbleiterprozesse integriert werden können, erfordern Hochfrequenz- und Magnetsensoren spezielle Materialien und eine komplexe SiP-Entwicklung, was erhebliche Investitionen erfordert.

Darüber hinaus ist das moderne Sensordesign mit inhärenten Fehlern und Interferenzproblemen konfrontiert. Piezoelektrische Sensoren sind beispielsweise anfällig für Stöße, Vibrationen und elektromagnetische Interferenzen. Obwohl Datenverarbeitungstechniken wie Mittelwertbildung und Fensterung Fehler reduzieren können, sind fortschrittlichere Signalverarbeitungstechnologien erforderlich, um die Datengenauigkeit und -treue bei höheren Datenübertragungsraten zu verbessern.

Drei Schritte zur intelligenten Sensorkonnektivität

    1. Auswahl von Standards für drahtlose Konnektivität

    2. Auswahl von IoT-Konnektivitäts-/Antennenmodulen

    3. Zertifizierung und Konformitätsprüfung

Zukunft von IoT Sensordesign

Hochfrequenzelektronik und -sensoren werden zusammen mit Hochgeschwindigkeitselektronik für die digitale Signalverarbeitung integriert und verbessern die Reaktionszeit und Genauigkeit von Sensoren, die mit dieser Technologie gebaut werden, erheblich. Dazu gehören Automobilradare, radarbasierte Näherungssensoren und Mikrowellen-/Millimeterwellen-Bildgebungssysteme.

Es gibt auch eine wachsende Zahl von Forschungsarbeiten und -bemühungen, die sich auf die Realisierung komplexerer Metamaterialien (Metastrukturen) auf dem Chip für verbesserte Sensorwandler und Signalverarbeitungsfähigkeiten konzentrieren. Beispiele hierfür sind Metamaterialpolarisatoren, die als Ersatz für Wellenleiterpolarisatoren zur topologischen Optimierung von On-Chip-Fotosensoren verwendet werden. Integrierte Metastrukturen neben Sensoren könnten ein Schlüsselfaktor zur Reduzierung von Fehlern und Rauschen in Sensordaten sein, indem sie eine passive Signalaufbereitung bieten, die das Sensordatensignal nicht wesentlich verzögert.

Wie bei vielen anderen Technologien sind Miniaturisierung, verbesserte Effizienz und höhere Genauigkeit die zukünftigen Anforderungen an IoT-Sensortechnologien. Dies ist eine wachsende Herausforderung, insbesondere da viele Sensortechnologien in ihrem Miniaturisierungspotenzial oder ihrer Integration mit Verarbeitungs- oder Kommunikationstechnologien begrenzt sind. Daher besteht wahrscheinlich Raum für neue, besser integrierbare Sensortechnologien, um ältere Sensortechnologien zu ersetzen, die nicht so leicht in die kompakten und hochoptimierten Formfaktoren von IoT-Systemen passen.