Sen­sor­aus­le­se für robus­te Anwendungen

Genau, robust und sicher – Eigen­schaf­ten, die sich in Bezug auf Sen­so­ren zu wider­spre­chen schei­nen. Das Fraun­ho­fer-Insti­tut für Mikro­elek­tro­ni­sche Schal­tun­gen und Sys­te­me IMS in Duis­burg hat erneut einen wich­ti­gen Schritt für die siche­re Imple­men­tie­rung der Indus­trie 4.0 getan und zwei Sen­sor-ASIC Rei­hen für kapa­zi­ti­ve und induk­ti­ve Sen­sor­aus­le­se ent­wi­ckelt, die die­se Attri­bu­te vereinen.
Bei Sen­so­ren wird neben einer hohen Grund­ge­nau­ig­keit zuneh­mend auch die Robust­heit unter wid­ri­gen Ein­satz­be­din­gun­gen und eine erhöh­te Sicher­heit der Daten gefor­dert. Bis­her waren die­se drei Eigen­schaf­ten jedoch nur schwie­rig wirt­schaft­lich zu ver­ei­nen. Die neu ent­wi­ckel­ten Sen­sor­aus­le­se ASICs des Fraun­ho­fer IMS, die für die kapa­zi­ti­ve und induk­ti­ve Sen­sor­aus­le­se bestimmt sind, ermög­li­chen dies nun. “Unse­re ASICs lie­fern immer eine extre­me Genau­ig­keit. Die Schal­tungs­im­ple­men­tie­rung der neu­en Sen­sor­tech­nik ist dazu noch robus­ter gegen­über äuße­ren Ein­flüs­sen wie bei­spiels­wei­se Tem­pe­ra­tur- oder Betriebs­span­nungs­schwan­kun­gen. Außer­dem ver­fügt sie über umfang­rei­che Sicher­heits­ele­men­te und ‑funk­tio­nen, die direkt auf Hard­ware­ebe­ne ver­baut sind”, erklärt Rai­ner Koko­zinski vom Fraun­ho­fer IMS.

Sicher und platzsparend

Für eine erhöh­te Sicher­heit gegen­über Hacker-Angrif­fen wur­den neu­ar­ti­ge Struk­tu­ren ent­wi­ckelt, die inte­grier­te und unkopier­ba­re Schlüs­sel­spei­cher bil­den. “Die­se Sicher­heits-funk­tio­nen sind vor allem zur Gewähr­leis­tung der Daten­si­cher­heit und zum Schutz vor uner­laub­ten Zugrif­fen oder Modi­fi­ka­tio­nen im indus­tri­el­len Umfeld von Bedeu­tung”, sagt Rai­ner Kokozinski.
Durch die Absi­che­rung direkt auf Hard­ware­ebe­ne ent­ste­hen hin­sicht­lich Sicher­heit und Per­for­mance erheb­li­che Vor­tei­le gegen­über exis­tie­ren­den Lösun­gen. Durch die direk­te Ver­an­ke­rung in den ICs ent­steht bei­spiels­wei­se kein zusätz­li­cher Platz­be­darf. Gleich­zei­tig ist die Über­wa­chung der Bau­tei­le und – falls not­wen­dig – die Feh­ler­ana­ly­se auf Sys­tem­ebe­ne stark vereinfacht.

Diver­se Einsatzmöglichkeiten

Die Anwen­dungs­be­rei­che der neu­en Sen­sor­tech­nik sind viel­fäl­tig. Induk­ti­ve Aus­le­se-ASICs kön­nen bei­spiels­wei­se in der kon­takt­lo­sen Posi­ti­ons­sen­so­rik ein­ge­setzt werden.
Da das Ver­fah­ren ohne Magne­te aus­kommt, benö­tigt es ledig­lich gedruck­te Spu­len sowie ein metal­li­sches Tar­get. Das macht sie nicht nur kos­ten­güns­tig, son­dern vor allem auch robust. Die kapa­zi­ti­ven Sen­sor­aus­le­se-ASICs las­sen sich an eine Viel­zahl von Sen­so­ren anpas­sen. Beson­ders, wenn Mess­da­ten von größ­ter Genau­ig­keit gefor­dert sind, aller­dings nur ein schwa­ches Signal vor­liegt, ent­fal­ten sie ihr Poten­ti­al. Anwen­dung fin­den sie dann bei­spiels­wei­se in Beschleu­ni­gungs­sen­so­ren. Dabei kön­nen sie zum Bei­spiel bei seis­mi­schen Mes­sun­gen der Erd­be­ben­früh­erken­nung die­nen oder zur Zustands­über­wa­chung im Bereich “Pre­dic­ti­ve Main­ten­an­ce” ein­ge­setzt werden.
Fraun­ho­fer auf der SPS IPC Dri­ves 2018: Hal­le 7A, Stand 301