Laatste nieuws:

, 5 december 2019 11:36

Wereldrecord energiezuinige dataconversie voor IoT

Het succes van IoT, dat bestaat uit veel kleine en autonoom werkende sensoren, hangt in hoge mate af van het energieverbruik. De energie die nodig is om de fysieke signalen om te zetten in digitale data, kan nog flink omlaag. Daarbij ligt de nadruk vaak op de eigenlijke omzetting van analoog naar digitaal. Maar daaraan vooraf is er nog een energie vretende stap die vaak wordt genegeerd.

'
1/1
UT-onderzoeker Harijot Singh Bindra, die onlangs cum laude promoveerde op het proefschrift Low energy design techniques for data converters, heeft beide stappen aangepakt, met als resultaat een drastisch lager energieverbruik. De UT spreekt trots van een wereldrecord.
Als we straks worden omgeven door vele sensoren die verbonden zijn met het internet, moet het vervangen van batterijen niet onze grootste zorg zijn. Een van de aantrekkelijke opties is dat de sensor zijn eigen energie uit de omgeving haalt, bijvoorbeeld uit licht of beweging. In het project ‘Plantenna', dat de gezondheid van planten monitort, zou de energie uit de plant genoeg moeten zijn om de sensor te voeden. Om dit mogelijk te maken, moet het energieverbruik van elke onderdeel van een sensorknooppunt echter flink omlaag. Het omzetting van de fysieke signalen uit de omgeving naar digitale informatie, is nog steeds verantwoordelijk voor een belangrijk deel van het energieverbruik.

10 jaar met een enkele knoopcel

In deze AD-conversie is volgens Bindra nog winst te halen. "Maar er is meer. De eigenlijke sensor staat altijd ‘aan', om de veranderingen in de omgeving meteen te kunnen meten. Het kost ook energie om dit signaal naar de AD-converter te sturen. Dit is de spreekwoordelijke ‘elephant in the room' waar vaak overheen wordt gekeken." Bindra heeft gewerkt aan het energieverbruik van beiden, met als resultaat een energieverbruik dat tot 3 keer lager ligt dan de huidige zuinigste schakeling. Het gaat om minder dan een picojoule (10-12 joule) per conversiestap. Dat betekent bijvoorbeeld dat een batterij van het ‘button cell' type meer dan 10 jaar mee kan.

Verlies beperken

Bindra heeft een successive approximation AD-converter ontworpen. Het basisidee van dit type schakeling is dat het ingangssignaal wordt vergeleken met een referentie die verandert. Stap voor stap komt er dan een nauwkeurige digitale code uit. Het is de vergelijking met het referentiesignaal, de comparator, die 50 tot 60% van de totale energie verbruikt. Elke stap in de vergelijking verbruikt een minimum hoeveelheid energie die tijdelijk wordt opgeslagen. Die energie gaat verloren aan het eind van de vergelijking en moet, voor de volgende stap, weer worden bijgevuld. Bindra gebruikt maar een deel van de energie, zodat het verlies ook kleiner is. De energie hangt af van het spanningsverschil na iedere vergelijking, en van de capaciteitswaarde: door allebei slim bij te stellen, kan het verbruik van de comparator omlaag.
Belangrijk is ook dat, om de AD conversie mogelijk te maken, het signaal van de sensor daarvoor ‘klaargemaakt' wordt. Bestaande sensoren zijn vaak gekoppeld aan een relatief grote condensator die wordt opgeladen met het hele spanningsbereik. Laat de waarde van het ingangssignaal bepalen welke condensator wordt ingeschakeld, is Bindra's benadering. Het resultaat is dat de energie die nodig is om het sensorsignaal klaar te zetten voor de AD converter, met een factor 2 tot 3 omlaag kan.

Samen met de buren

De draadloze communicatie van elk sensorknooppunt is een grote energieverbruiker. De dataconversie is een belangrijk onderdeel van deze communicatie. Een andere strategie waaraan de UT werkt, is het minimaliseren van de communicatie. Dat kan bijvoorbeeld door sensoren te laten samenwerken met hun buren.

Reacties

Er zijn nog geen reacties op dit artikel.

Hier kunt u een reactie plaatsen bij het bericht .
Uw e-mailadres zal niet op de website worden getoond.
Uw naam *
Uw E-mail *
Uw bericht *
 

Van onze partners meer (3)...

DIS Sensors

Rotero Holland bv

Rollon Lineairtechniek BV

ab op Twitter

TwitterlogoVolg ab nu ook op Twitter!

Onze accountnaam is: @aenb

Agenda meer (2)

29 oktober 2020 - Den Bosch
Engineering Event SAFETY
16 december 2020 - Den Bosch
Efficiënt Aandrijven Event

Geen nieuws meer missen?

Meldt u dan direct aan voor de gratis ab nieuwsbrief.

 

Knop nieuwsbriefMet de gratis ab nieuwsbrief wordt u wekelijks op de hoogte gehouden over het aandrijven en besturen nieuws. U ontvangt wekelijks het laatste nieuws en elke maand een themanieuwsbrief.

 

Direct aanmelden