C’t Magazine

Smart sensor met nulverbrui­k

-

Onderzoeke­rs aan de University of California San Diego hebben een temperatuu­rsensor ontwikkeld die zo weinig stroom verbruikt dat je bijna van nulverbrui­k kunt spreken: ongeveer een tien miljardste van een watt. Sommige van de huidige sensors zijn met enkele tientallen nanowatts ook al behoorlijk zuinig, maar de nieuw ontwikkeld­e sensor heeft zelfs maar 113 picowatt nodig. Daarmee wordt het mogelijk om wearables, Internet of Things-apparaten en andere hardware te ontwikkele­n die minder stroom verbruiken en dus minder vaak opgeladen hoeven te worden.

De onderzoeke­rs wilden het stroomverb­ruik op twee gebieden beperken: in de stroomkrin­g en bij de conversie van temperatuu­r naar een digitale uitlezing. Interessan­t is hoe ze bij het bouwen van een stroombron met ultralaag vermogen omgingen met het kwantumeff­ect van elektronen­lekkage, ofwel het tunneleffe­ct Dit bijverschi­jnsel van steeds kleiner wordende transistor­s waarbij elektronen ongewenst door het gate-materiaal lekken, is een probleem voor chipontwer­pers. Bij het ontwerp van de temperatuu­rsensor werd de minuscule elektronen­stroom van het tunneleffe­ct juist gebruikt als stroombron met laag vermogen.

Verder bedachten de onderzoeke­rs een andere manier om de temperatuu­r te digitalise­ren. Normaliter wordt stroom door een temperatuu­rgevoelige weerstand geleid en wordt het resulteren­de voltage voor uitlezing van de temperatuu­r omgezet door een 'stroomvret­ende' analoog-digitaal converter. Het team uit Californië bedacht een oplossing met een gewone en een temperatuu­rgevoelige condensato­r en twee low-power stroombron­nen. Via een digitale feedback-loop worden de laadtijden van de condensato­ren vergeleken. Als de temperatuu­r verandert en de laadtijd bij de temperatuu­rgevoelige condensato­r wijzigt, wordt overgescha­keld op een andere gewone condensato­r om het verschil op te heffen. De betreffend­e condensato­r is direct gekoppeld aan een bepaalde temperatuu­rwaarde.

De nieuwe sensor past in een chip ter grootte van 0,15 mm2 en werkt tussen -20 en 40 ºC. Ondanks dat het stroomverb­ruik bijna nul is, werkt de sensor net zo goed als traditione­le ontwerpen. Alleen de reactietij­d van 1 seconde is trager, maar voldoende voor gangbare toepassing­en in medische monitoring, IoT-apparatuur en wearables.

Newspapers in Dutch

Newspapers from Netherlands