Neuer Beschleunigungssensor mit Digitalanzeige
Resonanzbeschleunigungsmesser sind häufig die Beschleunigung messende mikroelektromechanische Systeme (MEMS), bei denen die Differenz der Resonanzfrequenzen von deren beiden Resonatoren erfasst wird. Die Tatsache, dass sie unempfindlich gegenüber ionisierender Strahlung sind, spricht für ihre Eignung innerhalb von Raumfahrtanwendungen. Bisher wurden jedoch nur sehr wenige Ausleseschaltkreise für Resonanz-MEMS-Beschleunigungsmesser entwickelt, denen es oft an einer Digitalanzeige mangelte. Vor diesem Hintergrund hat das EU-finanzierte Projekt RESACC(öffnet in neuem Fenster) (Development of a readout circuit for a resonant accelerometer) einen anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), einen Mikrochip für einen MEMS-Resonanzbeschleunigungsmesser, entwickelt. RESACC kombinierte eine analoge Sensorschnittstelle und eine Digitalausgabe auf einem einzelnen Chip. Die Frequenzverschiebungsmessung des MEMS liefert die Eingangswerte für den ASIC, um eine digitale Anzeige der Beschleunigung bereitzustellen. Schwerpunkte waren die Architektur der Sensorschnittstelle und die detaillierten Entwurfsspezifikationen der einzelnen Blöcke, welche die ASIC enthält. Es sind jeweils zwei Oszillatorblöcke mit einem Resonator des MEMS verbunden. Die ASIC beinhaltet überdies einen Dämpfungsblock. Weniger kritische Teile wie Oszillator, Spannungsregler und nichtflüchtiger Speicher sind nicht enthalten; an deren Stelle kommen externe Komponenten zum Einsatz. Das Projektteam baute während der Spezifikationsphase des Projekts Modelle des Oszillators und der Dämpfungsblöcke. Man entwickelte überdies das Layout der ASIC. Es sind nun sämtliche Unterblöcke entworfen und getrennt validiert sowie zur Integrationsprüfung zusammengebaut worden. RESACC hat eine integrierte Sensorschnittstellenschaltung mit Digitalausgabe der Beschleunigung entwickelt, die den Energiebedarf von Hochleistungs-Resonanzbeschleunigungsmessern reduziert, um zu einem Stromverbrauch von deutlich unter 100 mW zu gelangen. Diese anwendungsspezifische integrierte Schaltung hat eine zufriedenstellende Leistungsfähigkeit in Hinsicht auf Funktionseigenschaften, Rauschen und Temperaturstabilität gezeigt und gleichermaßen als Machbarkeitsnachweis für das System einschließlich der mikroelektromechanischen Systeme gedient. Die ASICs sind wahrscheinlich für den Bausektor geeignet, wo auf dem Beschleunigungsmesser basierende Sensorschnittstellen zur Zustandsüberwachung (Structural Health Monitoring) von großen Gebäuden, Brücken und Tunneln eingesetzt werden können. Sie können gleichermaßen in Fahrzeugen Einsatz finden, wo Sensoren und Schnittstellen immer mehr Aufgaben in Bezug auf Sicherheit und Komfort übernehmen. Die Maschinenindustrie kann sie dort verwenden, wo miniaturisierte Sensoren und Sensorschnittstellen eine wirkungsvolle Überwachung und Wartung ermöglichen. Anwendungen in den Bereichen Sport/Wellness und Medizin/Gesundheit können neuartige Produkte zur ununterbrochenen Überwachung von Körperbewegungen umfassen.
