Drahtlos-Sensorik HF-RFID-Transponder-ASIC für die industrielle Datenerfassung

| Redakteur: Jürgen Schreier

Einen batterielosen HF-Transponder-ASIC hat das Fraunhofer IMS in Duisburg entwickelt, der sich vor allem für drahtlose Sensoranwendungen eignet. Er ist offen für kundenspezifische Erweiterungen - z.B. einen RISC-V-Mikroprozessor für KI-Anwendungen.

Der Transponder-ASIC zeichnet sich durch seine SPI-Schnittstelle aus, die sich über die HF-Schnittstelle frei ansteuern lässt.
Der Transponder-ASIC zeichnet sich durch seine SPI-Schnittstelle aus, die sich über die HF-Schnittstelle frei ansteuern lässt.
(Bild: Fraunhofer IMS )

Enabler für neue Themen wie agile Produktionsprozesse, Condition Monitoring und digitale Zwillinge in der Industrie 4.0 ist sind das Tracken von Assets in Produktions- und Logistikprozessen sowie die Online-Erfassung und Analyse von Prozessparametern.

So könnte man beispielsweise die Temperatur während des Trocknens der Farbe eines gespritzten Karosserierahmens aufzeichnen und diese Informationen an die Cloud senden, Eine leistungsfähige KI bewertet die Temperaturtransienten und reguliert diese für ein optimales Lackierergebnis.

Externer FRAM-Speicher kann über SPI angeschlossen werden

Für in Anwendungen in der und in drahtlosen Sensortechnik hat das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS), Duisburg, den neuen ISO15693-(Long-Range)-HF-Transponder-ASIC HF18. Sein stromsparendes Frontend ermöglicht den Anschluss verschiedener Arten von Sensoren oder FRAM-Speicher über eine Hochgeschwindigkeits-SPI-Schnittstelle. Der Transponder fungiert dann als transparente HF-Schnittstelle.

Durch den batterielosen Betrieb eignet sich der ASIC vor allem für industrielle Datenerfassungsanwendungen, wobei ihn seine Fähigkeit, angeschlossene Sensoren zu versorgen und zu steuern besonders interessant für drahtlose Sensoranwendungen macht. Diverse Sicherheitsfunktionen wie Verschlüsselung oder eine integrierte eindeutige Hardware-Kennung können implementiert werden.

Für die Verfolgung von Vorprodukten in einer Montagelinie verfügt der RFID-Chip HF18 über einen integrierten einen EEPROM-Speicher, der im Feld mit einer großen Anzahl von Zyklen (100.000) und langer Datenspeicherung (> 7 Jahre) gelesen und beschrieben werden kann.

Wenn mehr Speicher benötigt wird, ist es möglich, externe FRAM-Speicher über SPI an den HF18 anzuschließen. Am Markt erhältliche FRAMs stellen jedoch besondere Anforderungen an die Einschalt- und Abschaltsequenzen, damit es zu keinem Verlust der Speicherinhalte kommt. Der RFID-ASIC HF18 des Fraunhofer IMS erfüllt diese Spezifikationen.

Der HF18 ist mit einer SPI-Master-Schnittstelle ausgestattet, die über die HF-Verbindung voll zugänglich ist. Dies ermöglicht eine Plug-and-Play-Verbindung von SPI-Komponenten, um verschiedene Arten der Datenerfassung zu ermöglichen.

ASIC offen für kundenspezifische Entwicklungen

HF-RFID-Transponder-ASIC HF18 ist offen für kundenspezifische Erweiterungen. Beispielsweise ermöglichen physisch nicht klonbare Funktionen (PUFs) die hardwarebasierte Sicherheit für Datenverschlüsselung oder IP-Schutz. Ein RISC-V-Mikroprozessor mit niedrigem Stromverbrauch kann ebenfalls implementiert werden, um lokale, KI-basierte Analysen von Sensordaten durchzuführen.

Derzeit befindet sich der Transponder in der finalen Evaluierungsphase. Nach Abschluss der Testphase steht ein Evaluation-Kit zur Verfügung, mit dem die Funktionen und Einsatzmöglichkeiten getestet werden können.

Features des HF-RFID-Transponder-ASIC HF18

  • On-Chip-EEPROM-Speicher
  • FRAM-kompatibel
  • SPI-Schnittstelle und geregelte Spannung für externe Sensoren
  • Analoges Front-End mit niedriger Leistung
  • Robuster Spannungsbegrenzer zur Verwendung mit Hochleistungs-Lesegeräten
  • Kundenspezifische Versionen auf Anfrage, z.B. PUF-basierte Krypto-Funktionen, RISC-Prozessoren mit niedriger Leistung, Erweiterung des proprietären Protokolls
  • Antennen- und Interposer-Designdienste auf Anfrage

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