Zum Stand der MEMS-Technologie ASIC-Design am Komplexitätssprung

Im Interview erläuterte Dr. Horst Symanzik (rechts), Director of Engineering Integrated Circuits bei Bosch Sensortec, den Komplexitätsgrad der ASIC-Entwicklung für MEMS-Sensorik.
Im Interview erläuterte Dr. Horst Symanzik (rechts), Director of Engineering Integrated Circuits bei Bosch Sensortec, den Komplexitätsgrad der ASIC-Entwicklung für MEMS-Sensorik.

Dr. Horst Symanzik eröffnete die DVCON Europe 2017 mit der Keynote "Consumer MEMS Products: Quality Rather than Commodity". Im Interview beleuchtet DESIGN&ELEKTRONIK die Verifikationsaufgaben in der zunehmenden Vernetzungs- und Integrationsdichte.

DESIGN&ELEKTRONIK: Herr Dr. Symanzik, der Arbeitstitel Ihres Vortrags suggeriert, dass die Sensorentwicklung für das Verbrauchersegment, wenig mit der Arbeitsweise auf gesättigten Märkten gemein hat. Für welche Sensorik stimmt die Aussage im Allgemeinen, mit welcher Sensorik beschäftigen Sie sich?

Dr. Horst Symanzik: Wir beschäftigen uns mit einem sehr breiten Anwendungsspektrum von MEMS-Sensoren: Beschleunigungs-, Druck- und Gassensoren, Magnetometern und Gyroskopen, bis hin zu optischen Systemen wie dem BML050-Microscanner. Hinsichtlich der Qualität betrifft der Titel meines Vortrags insbesondere Smartphones der Oberklasse, da dort möglichst anspruchsvolle Signale untersucht werden. Wenn detektiert werden soll, ob der Anwender gerade geht oder Treppen steigt, muss die Sensorfusion Komponenten aus demselben hohen Qualitätssegment mischen.

Können Sie die Aussage, anhand einer Vielzahl proprietärer Werkzeuge, hard- und softwareseitig belegen? Das meint Entwicklungswerkzeuge (Designsoftware, Prototypinghardware), sowie die Sensorik selbst (Hardware-Architektur, Embedded Software)?

Bei der Toolchain: Viele Bereiche ähneln sich sehr stark in Bezug auf den Kostendruck des Endproduktes. Der schlägt bei uns genauso wie auf gesättigten Märkten durch, hier erfolgt die Differenzierung in erster Linie  über den Marktpreis. Wir wählen Tools, die in der Entwicklung eine bessere Performanz ermöglichen. Bei manchen Simulationstools stoßen wir an die Grenzen der numerischen Genauigkeit, weil die MEMS-Komponenten und damit deren Signale mittlerweile äußerst klein geworden sind, im Vergleich zu den mitsimulierten Versorgungsspannungen. Mit numerischen Effekten in den Simulatoren, die nicht mehr dem neuesten Stand der Technik entsprechen, können Sensoren nicht mehr entwickelt werden. Im Digitalbereich ist Simulationsgeschwindigkeit bei der riesigen Anzahl von Simulationen zur Absicherung der Produktqualität ein wichtiges Thema.

Als „dritte Welle“ der MEMS-Sensorik nennen Sie in Ihrem Vortrag das Internet-der-Dinge. Was treibt Ihrer Meinung nach den Ausbau dieser Maschinenkommunikation?

Ich glaube das Thema drahtlose Vernetzung von Sensorik birgt zwei Aspekte, die ein Kerntreiber in der Kommunikation sind.

Einer leitet sich nach low power bzw. ultra low power ab: Die weitverbreitete Erwartungshaltung, nach Installation laufen Sensoren zehn bis fünfzehn Jahre, obwohl sie stetig Daten kommunizieren, muss erfüllt werden.

Das zweite Thema ist low cost. Solche Systeme müssen so günstig werden, dass sie nicht wie heutzutage nur in hochwertigen technischen Geräten vorkommen, sondern auch in einfachen Kaffeemaschinen und Werkzeugen zum Einsatz kommen.

Der Mehrwert ergibt sich ganz unterschiedlich: Erweiterte Funktionalität ebenso wie die Unterstützung ungeübter Anwender. Im Sportbereich wird sich das erheblich durchsetzen, zum Beispiel um Bewegungsabläufe zu überprüfen. Klassische Anwendungen sind die Lokalisierung von Gegenständen oder die Umweltüberwachung. Im Internet-der-Dinge werden insbesondere verteilte Sensoren wichtig, nehmen Sie als Beispiel die Parkflächenerkennung, die man ohnehin durch die Fahrzeugsensorik erfassen kann. In vielen weiteren Bereichen verhält sich das ähnlich: Man trägt die Sensoren ressourceneffektiv bei sich.

„UseCases are more diverse“ – Bewegt sich damit die ASIC-Entwicklung mehr in die Richtung der Messgeräteindustrie: Zur Handhabung einer großen Signalvielfalt? Was bedeutet das für die Verifikation?

Dazu kenne ich den Messgerätebau zu wenig. Aber es zählt ja nicht nur Art und Implementierung der Signale, sondern auch die elektrische und physikalische Spezifikation, die bei der Plattformintegration hinreichend robust gestaltet werden muss. Oft ergeben sich subtile Abweichungen von Standards, welche die Systemfunktionalität nur unter besonderer Robustheit gewährleisten. Und solche Modifikationen weist eine Spezifikation nicht aus, da dort lediglich der typische Normalfall definiert wird. Auch die Spezifizierung der Schnittstellenstandards ignoriert viele Szenarien, die industrieweit in Realität vorkommen, aber nirgendwo sonst beschrieben sind.

Solche Dinge muss man erst herausfinden und seine Lernkurve darauf ausrichten: Am Ende ist zu verifizieren ob diese Dinge die Funktionalität des Gesamtsystems beeinträchtigen.