Eckdaten

Seit Jahrzehnten werden Sensoren zur quantitativen Bestimmung physikalischer Größen und gleichzeitig als Katalysatoren für eine optimierte Entscheidungsfindung eingesetzt. Durch die Zunahme des Software-Anteils in Embedded-Controllern steigt die Komplexität von Embedded-Systemen exponentiell. Dies stellt auch neue Herausforderungen an die Testsysteme.

Einige der eindrucksvollsten Beispiele dieser Herausforderung im Sensorikbereich sind den kundenorientierten Volumenmärkten der Automobil- und Telekommunikationsbranche zuzuordnen. In diesen Branchen haben Kunden, Lieferanten und gesetzgebende Organe besonders hohe Anforderungen an die Produkte.

Zitat von Janusz Bryzek, Fairchild

Janusz Bryzek, Vice President Development, MEMS und Sensor Solutions bei Fairchild Semiconductor, ist der Meinung, dass die Anzahl von Sensoren auf eine Billion pro Jahr ansteigen und 15 % des weltweiten Bruttoinlandsprodukts bis 2024 ausmachen könnte.

In der Automobilindustrie wurden Sensoren in der Vergangenheit eingesetzt, um Schlüsselparameter wie die Motortemperatur oder den Öldruck zu überwachen. Aufgrund steigender gesetzlicher Anforderungen und wachsender Nachfrage durch die Kunden sind Automobilhersteller inzwischen gezwungen, die elektronischen Komponenten und Eigenschaften ihrer Fahrzeuge stark aufzustocken. Heutzutage erwartet man von Fahrzeugen unter anderem Emissionskontrolle, die Korrektur gefährlichen menschlichen Fahrverhaltens, den Empfang von Satellitensignalen und mehr Komfort für die Fahrzeuginsassen. Um all dies zu erreichen, müssen Ingenieure ihre Vorstellung eines „Sensors“ erweitern. Sensoren sollen auch den Katalysatorausstoß überwachen, in Kameras die Augen des Fahrers beobachten, in Antennen die Signale von Satellitenradios sowie Navigationssignale empfangen. Display zur Video- und Informationskommunikation erfordern ebenfalls Sensoren.

Höhere Erwartungen schaffen weitere Herausforderungen

Bei einer modularen Testsystemarchitektur können nach Bedarf Messgeräte hinzugefügt oder entfernt werden.

Bei einer modularen Testsystemarchitektur können nach Bedarf Messgeräte hinzugefügt oder entfernt werden.National Instruments

Auch in der Mobilfunkbranche sind die Anforderungen stark gewachsen. So soll ein Mobiltelefon im Jahr 2015 mit zirka 20 MEMS (mikro-elektromechanische Systeme) beziehungsweise Sensoren ausgestattet sein. Im Jahr 2000 waren es lediglich zwei Sensoren. Das aktuelle Design des Samsung Galaxy S4, das im März 2013 auf den Markt kam, war mit zehn Sensoren ausgestattet, um Gesten, Abstände, Rotation, Beschleunigung, geomagnetisches Feld, Temperatur, Feuchtigkeit, barometrischen Druck und Licht zu erkennen. Die Zunahme von Sensoren ist ein Trend, der zu neuen sensorbasierten „Apps“ geführt hat. Diese rasanten Weiterentwicklungen bei Fahrzeugen und Mobiltelefonen führt zu neuen Arten von I/Os und erfordert Sensoren für weitere physikalische Größen.

Da sich die Erwartungshaltung am Markt schnell ändert, arbeiten Ingenieure kontinuierlich daran, neue Technologien zu verstehen und diese ebenso schnell anzupassen, wie ihre Prüflinge.

Auswirkungen auf Tests

Die Kapitalkosten von automatisierten Testsystemen liegen teilweise bei über 60 % der Gesamttestkosten. Hardware-Änderungen zu minimieren kann daher zu einer erheblichen Reduzierung der Gesamtkosten führen. Eine dedizierte Testlösung für mobile Geräte, die üblicherweise eine Lebensdauer von 18 Monaten haben, hat bei jedem neuen Design bereits überholte Sensoren und Technologien. Erforderlich ist ein agiles oder proaktives Testsystem, das sich an die ein- oder zweimal pro Jahr stattfindenden Änderungen anpassen lässt. Anders als bei einem Ad-hoc-Ansatz mit dedizierten Stand-alone-Messgeräten, die auf eine bestimmte Messung spezialisiert sind, weist ein proaktiver Testansatz modulare Hardware auf und sieht technologische Neuerungen voraus. Ein modularer Ansatz minimiert die Gemeinkosten eines Testgeräts durch schrittweise Änderungen, anstatt ein komplettes Produkt zu ersetzen.

Zitat von Tom Pierce, Honeywell

Künftig werden Menschen Sensoren an Orten sowie in Geräten einsetzen, an die man zuvor niemals gedacht hätte. Der Bedarf an Sensoren ist extrem hoch und es gibt mehr potenzielle Sensoranwendungen, als wir uns je hätten vorstellen können (Tom Pierce, Vize President und General Manager, Test and Measurement Business, Honeywell Sensing and Control).

Zusätzlich zu einer modularen Testsystemarchitektur, bei der nach Bedarf Messgeräte hinzugefügt oder entfernt werden können, benötigen Ingenieure rekonfigurierbare Hardware, die sie dabei unterstützt, die gleichen Messgeräte für unterschiedliche und sich weiterentwickelnde Projektanforderungen einzusetzen. Dies wird vor allem in Fahrzeugen mit Empfängern für globale Navigationssatellitensysteme deutlich, wie zum Beispiel GPS oder Glonass. Möchte ein OEM aus dem Automobilsektor Fahrzeuge in den USA und vielen anderen Teilen der Welt verkaufen, muss das Navigationssystem des Fahrzeugs in der Lage sein, ein GPS-Signal an allen Orten zu empfangen und zu entschlüsseln.

Das typische Prüfverfahren für diese Systeme sieht so aus, dass ein simuliertes GPS-Signal für die Fahrzeugelektronik erzeugt und anschließend eine Analyse durchgeführt wird, um herauszufinden, wie die Elektronik reagiert. Aufgrund der kontinuierlichen Anpassung unterschiedlicher Navigationssysteme, müssen die gleichen OEMs mehrere Navigationssignale in Abhängigkeit der Märkte, in die sie vordringen möchten, testen. Verfügen OEMs über einen RF-Signalgenerator, den sie an die jeweilige Simulation von GPS- sowie Glonass-Signalen anpassen können, sind sie in der Lage, maximalen Gewinn aus ihren Kapitalinvestitionen in Testsysteme zu erzielen. Außerdem ist es möglich, zumindest einen Teil ihres Equipments zukunftssicher auszulegen.

Testsysteme zukunftssicher auslegen

Wird die Vision von einer Billion Sensoren bis zum Jahr 2024 Wirklichkeit, dann steigt die Produktkomplexität weiter und die Intervalle, in denen neue Produktgenerationen auf den Markt  kommen, verkürzen sich. Diese Entwicklung wird weiterhin Auswirkungen auf Testabteilungen haben, da noch häufigere Produktüberarbeitungen die Gesamtprüfkosten erheblich beeinflussen. Unternehmen, die Teststrategien mit einem modularen Ansatz verwenden, die sich den Veränderungen auf dem Sensormarkt anpassen, werden ihre Gesamtbetriebskosten reduzieren und für eine optimierte Überarbeitungszeit sorgen, um stringentere Anforderungen an die Markteinführungszeit zu erfüllen.