Belangrijke ontwerpoverwegingen, toekomst van IoT-sensoren

In deze blog bespreken we, zij het op hoofdlijnen, hoe deze veranderingen de beperkingen op sensorontwerp beïnvloeden en welke sensormodules consumenten waarschijnlijk zullen overwegen naarmate deze trends zich verder ontwikkelen.

Sensoren erin IoT

Vrijwel elke sensor kan nu worden beschouwd als een IoT-sensor. Bron: onsemi

Belangrijke overwegingen bij het ontwerp van sensoren voor IoT

Opkomende factoren in de IoT-markt drijven sensorontwerp richting integratie, waarbij meerdere sensoren en verwerkingstechnologieën worden gecombineerd in één chip. Deze aanpak vermindert het ruimtegebruik en verbetert de sensorfusiemogelijkheden.

Inertiële sensoren zoals accelerometers en gyroscopen kunnen gebruikmaken van MEMS-productie en kunnen worden geïntegreerd met halfgeleiderprocessen. Voor hoogfrequente en magnetische sensoren zijn echter speciale materialen en een complexe SiP-ontwikkeling nodig, wat aanzienlijke investeringen vergt.

Bovendien kampt modern sensorontwerp met inherente fouten en interferentieproblemen; piëzo-elektrische sensoren zijn bijvoorbeeld gevoelig voor schokken, trillingen en elektromagnetische interferentie. Hoewel gegevensverwerkingstechnieken zoals middeling en windowing fouten kunnen verminderen, zijn geavanceerdere signaalverwerkingstechnologieën nodig om de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van gegevens bij hogere gegevensoverdrachtssnelheden te verbeteren.

Drie stappen om slimme sensorconnectiviteit te bereiken

    1. selectie van draadloze connectiviteitsnormen

    2. Selectie van IoT-connectiviteits-/antennemodules

    3. Certificering en nalevingstesten

Toekomst van IoT sensor ontwerp

Hoogfrequente elektronica en sensoren worden geïntegreerd naast snelle digitale signaalverwerkingselektronica en verhogen de responstijd en betrouwbaarheid van sensoren die met deze technologie zijn gebouwd aanzienlijk. Dat omvat autoradars, radargebaseerde nabijheidssensoren en microgolf-/millimetergolfbeeldvormingssystemen.

Er is ook een groeiend aantal onderzoeken en onderzoeksinspanningen gericht op het realiseren van complexere metamaterialen (metastructuren) op de chip voor verbeterde sensortransducers en signaalverwerkingscapaciteit. Voorbeelden hiervan zijn metamateriaalpolarisatoren die worden gebruikt om golfgeleiderpolarisatoren te vervangen voor topologische optimalisatie van on-chip fotosensoren. Geïntegreerde metastructuren naast sensoren kunnen een belangrijke factor zijn bij het verminderen van fouten en ruis in sensorgegevens door passieve signaalconditionering te bieden die geen substantiële vertraging toevoegt aan het sensorgegevenssignaal.

Zoals bij veel andere technologieën zijn miniaturisatie, verbeterde efficiëntie en grotere nauwkeurigheid de toekomstige eisen voor IoT-sensortechnologieën. Dit is een groeiende uitdaging, vooral omdat veel sensortechnologieën beperkt zijn in hun potentieel voor miniaturisatie of integratie met verwerkings- of communicatietechnologieën. Daarom is er waarschijnlijk ruimte voor nieuwe, beter integreerbare sensortechnologieën om oudere sensortechnologieën te vervangen die niet zo gemakkelijk passen bij de compacte en zeer geoptimaliseerde vormfactoren van IoT-systemen.