Mess- und Prüftechnik / Laborinterview Low-Power-Validierung von IoT-Komponenten

Dr. Christian Miesner, Senior Expert Power Electronics, bei einer Messaufgabe in seinem Münchner Labor.
Dr. Christian Miesner, Senior Expert Power Electronics, bei einer Messaufgabe in seinem Münchner Labor.

Der Betriebsstrom-Analysator CX3300 löst die Stromdynamik bis 100 pA im Nanosenkundenbereich auf. Damit kann der Stromumsatz von Mikrocontrollern und Sensorik in autonomen Sensor- wie Steuerungsapplikationen genauer unter die Lupe genommen werden.

Der Wortschöpfer des »Internet der Dinge« Kevin Ashton postulierte 2009 im RFID Journal: »Eine Basis für selbstorganisiertes, ressourcenoptimiertes Management elektrotechnischer Infrastruktur und ihrer Applikationen im Logistik- und Transportwesen sowie darüber hinaus in allgemeinen ökonomischen Problemen, bildet das eigenständige Sammeln und Auswerten sämtlicher Informationen in einer Internet-Struktur.«

Angesichts der mathematischen Theorie dynamischer Systeme vielleicht ein zu starkes Statement: Chaotische Systeme wie Chuas Diodenschaltung [1] werden auch unter beliebig hoher Auflösung nicht vorhersagbar. Für viele industrielle Fertigungsprozesse ist die Aussage aber zutreffend, das Schlagwort ist der Six-Sigma-Prozess [2].

Daher muss der Sinn einer IoT-Anwendung letztendlich am Use-Case verifiziert
werden. Und dieser Use-Case wohnt offenbar seit 2017 in München. In der Münchner
IoT-Wirtschaft öffneten Fujitsu, IBM und Microsoft eigene IoT-Büros und mit dem Siemens-MindSphere-Universum sind mindestens vier Global-Player regelmässig
in den Tagesfeuilletons vertreten [3]. In der bayerischen Elektroindustrie scheint
die IoT-Technologie, zumindest in der Zustandsüberwachung, anzukommen.

Für die deskriptive wie präskriptive Statistik im Internet-der-Dinge werden möglichst autonome Dinge notwendig: Es nützt nichts, wenn am Ende des Tages die Sensorik genauso oft gewartet werden muss, wie die damit dargestellten Maschinen. Bei Energie- und Informationsversorgung aus einer Quelle mit den observierten Maschinen, erbt die Sensorik letztendlich deren Fehleranfälligkeit. Damit wird Energiemanagement auf Schaltungsebene zum Thema, die profane Messtechnik zur Entwicklung von Verbraucher- wie stationärer Elektronik, ist aber eher auf Evaluation höherer Lasten, wie Displays oder Antennentechnologie ausgelegt.

Low Power bei Dingen wie Sensoren oder Mikrocontrollern wird vor allem in zwei Themen dividiert: Im »Low Power Design« wird der Stromumsatz reduziert, hier sind Ruheströme im Bereich unterhalb der Mikroampereskala und Betriebsströme im Bereich 10 mA Gegenstand der Messaufgabe.

»Low-Power-Device«-Charakterisierung bedeutet im Wesentlichen, die Stromwellenformen zu messen. Bei niedrigen Strömen mit hoher Dynamik und Prozessen, die sich auf Zeitskalen im ns- und μs-Bereich abspielen sind vor allem Bandbreite und Rauschen hemmender Messfaktor.

Für solche Messaufgaben bietet Keysight den einzigartigen Betriebsstrom-Analysator CX3300. Mit 200 MHz Bandbreite und maximal 1 GHz Samplingrate und 14-/16-Bit-A/D-Wandler werden Ströme bis 100 pA im Nanosekundenbereich auflösbar.
DESIGN&ELEKTRONIK besuchte Dr. Christian Miesner, Senior Expert Power Electronics bei Keysight, in seinem Münchner Labor, der gerade mit diesem Gerät an der Evaluierung eines »Motorsteuerungscontrollers« arbeitete.