Wie RFID Low-Power- zu No-Power-Geräten macht

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Wenn jetzt die Batterie nicht wäre

Was spricht dagegen, die Energie, die aus dem elektromagnetischen Feld entnommen und bislang nur für den RFID-Chip intern verwendet wird, auch weiterzugeben, um damit angeschlossene Geräte zu versorgen? Das neue Ultra-High-Frequency-Produkt MB97R8110 von Fujitsu Semiconductor, das Anfang 2018 in Massenproduktion geht, bietet exakt diese beiden Features: Es ermöglicht die Kommunikation mit externen Geräten über ein SPI-Master-Interface oder eine Key-Scan-Matrix zum Ansteuern von Tastaturen sowie die Ausgabe von Spannung zur Versorgung angeschlossener Geräte.

Selbstverständlich funktioniert dieser Ansatz ausschließlich bei Applikationen, die nur bei Zugriff funktionieren müssen und keinen permanenten Standby-Betrieb benötigen. Beim obigen Beispiel mit dem e-Paper-Display ist dieser Fall gegeben: Neue Daten, geschickt per RFID, werden gleich ans Display weitergeleitet. Nutzt die Applikation wechselnde Inhalte, abgelegt auf einem Speicher, und der Inhalt soll wie bei einer Anzeigetafel regelmäßig geändert werden, dann wären Mikrocontroller und Batterie unverzichtbar. Das Beispiel mit dem Sensor funktioniert ohne zusätzliche Stromversorgung, wenn nur der momentane Sensorwert, etwa die aktuelle Temperatur, relevant ist.

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Wer hingegen einen Datenlogger bauen möchte, der in festen Zeitintervallen einen Wert misst und speichert, und die Informationen später per RFID auslesen will, der benötigt sowohl Mikrocontroller als auch Batterie oder alternativ ein permanentes elektromagnetisches Feld von einem Lesegerät. Letzteres ist je nach Anwendungsfall auch denkbar. Z. B. ließe sich in medizinischen Kühlboxen, in denen etwa Organe transportiert werden, einfach das Lesegerät integrieren, sodass alle Elemente, die sich in der Box befinden, jederzeit nach Bedarf angesteuert werden können.

Technisch funktioniert der RFID-Chip als Brücke zwischen dem UHF-RFID-Lesegerät und dem angeschlossenen Gerät, also zum Beispiel dem Sensor oder dem Display. Das Lesegerät schickt dem RFID-IC die richtigen Einstellungen und die Daten zum Weiterschicken, daraufhin führt der RFID-Chip die SPI-Kommunikation mit dem Slave-Device aus und erhält die Antwort zurück, die er dann wieder dem RFID-Lesegerät weiterleitet. Bei größeren Datenmengen kann ein Speicherbereich im RFID-Chip vorher mit den zu verschickenden Daten gefüllt werden, die später auf Kommando an das Slave-Device geschickt werden.

Neben SPI-Kommunikation bietet der IC weitere Möglichkeiten, um Geräte oder Funktionen passiv über RFID anzusprechen, darunter ein Key-Scan-Interface zum Anschluss von tastenbasierten Geräten, etwa Keyboards, oder einfach nur verschiedene GPOs (General Purpose Outputs), die sich über Funk ein- oder ausschalten lassen, um etwa LEDs zu steuern, indem man die Spannung an- oder abstellt. Der Medikamentenschrank eines Krankenhauses eignet sich als Applikationsbeispiel. RFID-Antennen ließen sich in die Seiten integrieren und auf den Transpondern wären verschiedene Informationen gespeichert. So könnten alle Medikamente mit abgelaufenem Haltbarkeitsdatum aufleuchten und ließen sich schnell aussortieren. Die Möglichkeit, mittels der via Energy Harvesting gewonnenen überschüssigen Energie weitere Komponenten zu versorgen, realisiert kostengünstige Lösungen, die einfache Funktionen erledigen können, welche sonst aus Kostengründen vielleicht nicht realisiert worden wären. Seien es die oben genannten Beispiele mit dem Sensor oder dem Display oder einfach das Aktivieren einer LED – durch Automatisierung lassen sich Prozesse optimieren und Kosten sparen. Schon einfache Applikationen liefern so einen immensen Mehrwert.

Erfolgreiche Produktentwicklung mit starken Partnern

Die Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Produkte sind vielfältig. Gerade dort, wo Energie ein knappes Gut ist, benötigen Hersteller möglichst effiziente, bestens aufeinander abgestimmte Bauteile. Wie lässt sich eine spezifische Funktion möglichst kostengünstig und energiesparend realisieren? Wie können mehrere Funktionen in eine einzelne Komponente integriert werden? Ist ein maßgeschneidertes Bauteil oder eine kostengünstige Standardlösung perfekt für meine Anforderungen? Eine Antwort ist schwierig. Da in Europa nur wenige Zulieferer auf Low-Power-Applikationen spezialisiert sind, müssen Bauteile oft aus aller Welt zusammengetragen werden. Ohne globalen Zugang zu passenden Lösungen können Entwicklungspfade daher schnell versanden. Wer erfolgreich sein will, benötigt Partner, die über eine zuverlässige globale Lieferkette verfügen und das Know-how mitbringen, um die technische Komplexität im Niedrigspannungsbereich zu meistern. Nur so lassen sich Innovationsprojekte verzögerungsfrei verwirklichen.

* Jozsef Miho ist Senior Product Marketing Engineer bei Fujitsu Electronics Europe

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