{"id":23263,"date":"2026-10-09T06:57:58","date_gmt":"2026-10-09T06:57:58","guid":{"rendered":"https:\/\/allsensors.eu\/news-ressourcen\/blog\/interview-mit-dem-leiter-der-forschungs-und-entwicklungsabteilung\/"},"modified":"2026-10-14T08:39:02","modified_gmt":"2026-10-14T08:39:02","slug":"interview-mit-dem-leiter-der-forschungs-und-entwicklungsabteilung","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/allsensors.eu\/de\/news-ressourcen\/blog\/interview-mit-dem-leiter-der-forschungs-und-entwicklungsabteilung\/","title":{"rendered":"Interview mit dem Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung"},"content":{"rendered":"\t\t
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Fragen Sie den Experten: Interview mit Sandi Kocjan<\/h1>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
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Digitale Signalaufbereitung f\u00fcr piezoresistive MEMS-Drucksensoren unter Verwendung eines Sensor-Signalprozessors (SSP)<\/h4>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Die digitale Signalaufbereitung ist eine zentrale Voraussetzung daf\u00fcr, die Rohdaten piezoresistiver MEMS-Drucksensoren in pr\u00e4zise, stabile und intelligente Sensorsignale umzuwandeln. Moderne SSPs vereinen Verst\u00e4rkung, Wandlung, Kompensation und digitale Schnittstelle in einer kompakten L\u00f6sung und tragen so zur Leistungssteigerung bei, w\u00e4hrend sie gleichzeitig die Kalibrierung und die Systemintegration vereinfachen. <\/p>

Dieses Interview befasst sich mit den wichtigsten Vorteilen, den konstruktiven Aspekten und dem Zukunftspotenzial der digitalen Signalaufbereitung f\u00fcr Drucksensoren der n\u00e4chsten Generation.<\/p><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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All Sensors:<\/span> Was sind aus Sicht der Sensorleistung und der Fertigung die wichtigsten Vorteile und Kompromisse der digitalen Signalaufbereitung mit einem SSP im Vergleich zur herk\u00f6mmlichen Kompensation mittels lasergetrimmter passiver Widerstandsnetzwerke?<\/strong><\/p><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Herr Kocjan:<\/strong><\/span> Die Hauptvorteile des Einsatzes eines SSP sind eine einfachere und flexiblere Kalibrierung, die Kompensation von Sensor-Offset, Empfindlichkeit, Temperatureinfl\u00fcssen und Nichtlinearit\u00e4t sowie eine geringere Abh\u00e4ngigkeit von lasergetrimmten passiven Bauteilen. Dies kann die Fertigung vereinfachen und die Konsistenz der Kalibrierung verbessern. Im Gegensatz dazu erfordern laseragetrimmte Sensoren anspruchsvollere und teurere Produktionsanlagen, pr\u00e4zise Abstimmungsverfahren und zus\u00e4tzliche Pr\u00fcfschritte, was die Komplexit\u00e4t und die Kosten der Fertigung erh\u00f6ht. <\/p>

Die wichtigsten Kompromisse bei einem SSP sind die Notwendigkeit einer Analog-Digital-Wandlung und einer digitalen Verarbeitung, was im Vergleich zu einer einfachen analogen Kompensationsl\u00f6sung zu l\u00e4ngeren Reaktionszeiten und einem h\u00f6heren Stromverbrauch f\u00fchren kann. Auch die Aufl\u00f6sung des ADC (Analog-Digital-Wandler), das Rauschen und die Verarbeitungslatenz k\u00f6nnen die Leistung einschr\u00e4nken. Daher geht es bei der Wahl um einen Kompromiss zwischen h\u00f6herer Flexibilit\u00e4t bei der Kalibrierung und einfacherer Fertigung einerseits und Reaktionszeit, Stromverbrauch und Einschr\u00e4nkungen bei der digitalen Verarbeitung andererseits. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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All Sensors:<\/strong><\/span> Wie w\u00e4hlt man die optimale Verst\u00e4rkung des PGA (Programmable Gain Amplifier) und den optimalen Eingangsbereich des ADC aus, um die Aufl\u00f6sung zu maximieren, ohne eine S\u00e4ttigung aufgrund von Druck-, Temperatur- und Produktionsschwankungen zu riskieren?<\/strong><\/span><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Herr Kocjan:<\/strong><\/span> Die optimale PGA-Verst\u00e4rkung und der optimale ADC-Eingangsbereich sollten auf der Grundlage eines detaillierten Verst\u00e4ndnisses des grundlegenden Sensorausgangs \u00fcber den gesamten Druck- und Temperaturbereich ausgew\u00e4hlt werden. Sensor-Offset, Empfindlichkeit, Temperaturdrift, Nichtlinearit\u00e4t und Fertigungstoleranzen m\u00fcssen dabei ber\u00fccksichtigt werden. Die PGA-Verst\u00e4rkung sollte so hoch wie m\u00f6glich eingestellt werden, um den verf\u00fcgbaren ADC-Eingangsbereich gr\u00f6\u00dftm\u00f6glich auszunutzen und die Aufl\u00f6sung zu maximieren, wobei jedoch eine ausreichende Sicherheitsmarge verbleiben muss, um eine S\u00e4ttigung des ADC oder des PGA bei maximalem Druck, Temperaturextremen und Sensortoleranzen zu verhindern. Daher stellt die Wahl der Verst\u00e4rkung einen Kompromiss zwischen maximaler ADC-Auslastung und ausreichender Betriebsreserve dar. Eine gute Charakterisierung des Sensors hinsichtlich Druck, Temperatur und Fertigungstoleranzen ist f\u00fcr die Auswahl der optimalen Einstellung unerl\u00e4sslich. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\u201eBei niedrigen Druckbereichen unter 10 mbar erreichen wir eine Gesamtgenauigkeit von bis zu 0,25 % FS.\u201c\t\t\t<\/p>\n\t\t\t\t\t<\/blockquote>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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All Sensors: <\/span>Welches Kalibriermodell (mathematische Korrektur) verwenden Sie f\u00fcr Offset, Empfindlichkeit, Nichtlinearit\u00e4t und Temperaturkompensation, und wie viele Druck\/Temperatur-Kalibrierpunkte sind erforderlich?<\/strong><\/p><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Herr Kocjan:<\/strong><\/span> In der Regel verwenden wir eine Mehrpunktkalibrierung, um Sensor-Offset, Empfindlichkeit, Nichtlinearit\u00e4t und Temperatureinfl\u00fcsse zu kompensieren. F\u00fcr unseren standardm\u00e4\u00dfig kompensierten Temperaturbereich erfolgt die Kalibrierung an drei Temperaturpunkten, typischerweise bei 0 \u00b0C, 35 \u00b0C und 70 \u00b0C. Bei der Referenztemperatur von 35 \u00b0C wird der Sensor an drei Druckpunkten kalibriert: 0, PN (Nenndruck) und PN\/2. An den Temperaturendpunkten (0 \u00b0C, 70 \u00b0C) nehmen wir normalerweise zwei Kalibrierpunkte pro Temperatur (f\u00fcr Offset und Nenndruck). Dies ergibt insgesamt sieben Kalibrierpunkte. Die Kalibrierkoeffizienten werden dann vom SSP verwendet, um das korrigierte Druckausgangssignal \u00fcber den angegebenen Druck- und Temperaturbereich zu berechnen. Die genaue Anzahl der Kalibrierpunkte und das mathematische Korrekturmodell k\u00f6nnen je nach erforderlicher Genauigkeit, Sensoreigenschaften und kompensiertem Temperaturbereich angepasst werden. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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All Sensors:<\/span> Welches Temperatursignal sollte f\u00fcr die Kompensation verwendet werden: SSP-Temperatur, MEMS-Br\u00fcckentemperatur oder ein externer Temperatursensor?<\/p><\/strong>\n\n<\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Herr Kocjan:<\/strong><\/span> Wenn m\u00f6glich, sollte das MEMS-Temperaturmesselement zur Kompensation verwendet werden, da es den direktesten Hinweis auf die Temperatur liefert, der am druckempfindlichen Element herrscht. Dies ist besonders wichtig, wenn der Sensor in direktem Kontakt mit dem Druckmedium steht, da die MEMS-Temperatur in diesem Fall von der vom SSP gemessenen Temperatur abweichen kann. Die Verwendung der SSP-Temperatur kann aufgrund von Temperaturgradienten und unterschiedlichen thermischen Zeitkonstanten zwischen dem MEMS und dem SSP zu zus\u00e4tzlichen Fehlern f\u00fchren. Es kann auch ein externer Temperatursensor verwendet werden, dessen Genauigkeit jedoch von seiner physikalischen Position und der thermischen Kopplung zum MEMS-Element abh\u00e4ngt. Daher ist die MEMS-Temperatur im Allgemeinen die bevorzugte Wahl, sofern dies m\u00f6glich ist.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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All Sensors:<\/span><\/strong> Welche Gesamtgenauigkeit bzw. welches Gesamtfehlerband l\u00e4sst sich realistisch \u00fcber den gesamten Druck- und Temperaturbereich hinweg erreichen, unter Ber\u00fccksichtigung von MEMS, SSP, Kalibrierung, Montage und Alterung?<\/strong><\/span><\/p>\n\n<\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Herr Kocjan:<\/span><\/strong> Das erreichbare Gesamtfehlerband h\u00e4ngt haupts\u00e4chlich von der Leistung und Stabilit\u00e4t des MEMS-Sensorelements selbst ab. F\u00fcr h\u00f6here Druckbereiche, typischerweise \u00fcber 1 bar, l\u00e4sst sich mit einer passenden Kalibrierung und Temperaturkompensation realistisch eine Gesamtgenauigkeit im Bereich von 0,1 %FS erreichen. F\u00fcr niedrige Druckbereiche unter 10 mbar erreichen wir eine Gesamtgenauigkeit von bis zu 0,25 %FS. Bei h\u00f6heren Genauigkeitsanforderungen k\u00f6nnen wir zus\u00e4tzliche \u201eNachkalibrierverfahren\u201c durchf\u00fchren, bei denen Offset- und Spannenparameter bei 25 \u00b0C als zus\u00e4tzlicher Schritt nach dem Standardkalibrierverfahren korrigiert werden. Damit l\u00e4sst sich der Fehler des Kalibriersystems selbst minimieren.<\/p>

Die endg\u00fcltige Leistung h\u00e4ngt zudem von der Genauigkeit des SSP, der Kalibriermethode, montagebedingter Verspannungen, der Fertigungsqualit\u00e4t und der Langzeitalterung ab. Diese Faktoren sollten daher bei der Festlegung der endg\u00fcltigen Genauigkeit gemeinsam ber\u00fccksichtigt werden. Bei einem gut charakterisierten MEMS-Element, einem geeigneten SSP und einer Mehrpunktkalibrierung muss das SSP selbst in der Regel nicht der begrenzende Faktor sein. Der erreichbare Wert sollte letztendlich durch Tests des kompletten Sensors \u00fcber den spezifizierten Druck- und Temperaturbereich best\u00e4tigt werden.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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All Sensors:<\/strong><\/span> Was sind die Hauptgr\u00fcnde bei der Wahl einer bestimmten SSP-Architektur hinsichtlich Genauigkeit, Bandbreite, Latenz, Kalibrieraufwand und Produktionskosten?<\/strong><\/p><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Herr Kocjan:<\/strong><\/span> Die wichtigsten Kriterien f\u00fcr die Wahl einer SSP-Architektur sind ihre Leistungsmerkmale, die einfache Handhabung und die bew\u00e4hrte Zuverl\u00e4ssigkeit. Genauigkeit, verf\u00fcgbare Bandbreite, Konvertierungs- und Verarbeitungslatenz, Kalibrierm\u00f6glichkeiten sowie die erforderliche Anzahl externer Komponenten sollten dabei ber\u00fccksichtigt werden. Auch die Produktionskosten sowie der Aufwand f\u00fcr Kalibrierung und Programmierung spielen eine wichtige Rolle, insbesondere bei Anwendungen mit hohen St\u00fcckzahlen. In der Praxis k\u00f6nnen gute Erfahrungen mit einem bestimmten SSP aus der Vergangenheit und dessen Zuverl\u00e4ssigkeit in \u00e4hnlichen Anwendungen ein wichtiger Faktor sein. Ein bekanntes und bew\u00e4hrtes Bauteil kann die Entwicklungszeit, den Kalibrieraufwand und die Produktionsrisiken reduzieren. Daher ist der beste SSP nicht unbedingt der mit den h\u00f6chsten technischen Spezifikationen, sondern derjenige, der die erforderliche Leistung bei einer einfachen, zuverl\u00e4ssigen und kosteneffizienten Umsetzung bietet. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tFunktionsbeschreibung SSPs<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
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Fragen Sie den Experten: Interview mit Sandi Kocjan, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung f\u00fcr Sensoren bei HYB<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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All Sensors:<\/span> <\/span>Wie hoch sind die realistische effektive Aufl\u00f6sung und das Druckrauschen bei unserer erforderlichen Bandbreite im Vergleich zur Nenn-ADC-Aufl\u00f6sung?<\/strong><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Herr Kocjan:<\/strong><\/span> Die realistische effektive Aufl\u00f6sung (Effective Number of Bits, ENOB) liegt aufgrund von ADC-Rauschen, Sensorrauschen, elektrischen St\u00f6rungen, Offset und anderen nicht idealen Effekten in der Regel unter der nominalen ADC-Aufl\u00f6sung. Als praktische Richtlinie gilt, dass die effektive Aufl\u00f6sung etwa 1\u20132 Bit unter der nominalen ADC-Aufl\u00f6sung liegen kann, wobei dies von der gew\u00e4hlten Bandbreite, der PGA-Verst\u00e4rkung, der Abtastrate und der digitalen Filterung abh\u00e4ngt. Das tats\u00e4chliche Druckrauschen sollte daher bei der erforderlichen Messbandbreite unter Einbeziehung der gesamten Signalkette aus Sensor und SSP bewertet werden, anstatt allein die ADC-Spezifikation zu ber\u00fccksichtigen. In der Praxis werden das endg\u00fcltige Druckrauschen und die effektive Aufl\u00f6sung durch die Kombination aus Sensorrauschen, Leistung des analogen Frontends, ADC-Leistung und digitaler Filterung bestimmt. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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All Sensors:<\/strong><\/span> Wie w\u00e4hlt man die Abtastrate und die Bandbreite des Digitalfilters aus, um den erforderlichen Kompromiss zwischen Rauschen, Ansprechzeit und Latenz zu erreichen?<\/strong><\/span><\/p><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Herr Kocjan:<\/strong><\/span> Die Abtastrate und die Bandbreite des digitalen Filters werden haupts\u00e4chlich auf der Grundlage von Mess- und Testergebnissen ausgew\u00e4hlt. Zun\u00e4chst werden die erforderliche Druckansprechzeit und die Bandbreite festgelegt. Anschlie\u00dfend wird eine Abtastrate gew\u00e4hlt, die hoch genug ist, um die erforderliche Druckdynamik zu erfassen. Die Bandbreite des digitalen Filters wird so angepasst, dass der erforderliche Kompromiss zwischen Rauschunterdr\u00fcckung und Ansprechzeit erreicht wird. Eine geringere Filterbandbreite reduziert im Allgemeinen das Rauschen, erh\u00f6ht jedoch die Ansprechzeit und die Latenz, w\u00e4hrend eine h\u00f6here Bandbreite eine schnellere Reaktion erm\u00f6glicht, aber mehr Rauschen durchl\u00e4sst. Die endg\u00fcltigen Einstellungen sollten daher durch Tests des kompletten Sensor- und SSP-Systems unter realistischen Betriebsbedingungen \u00fcberpr\u00fcft werden, einschlie\u00dflich sowohl statischer Rauschanteile als auch dynamischer Druck\u00e4nderungen. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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All Sensors:<\/span><\/strong> Was bestimmt das endg\u00fcltige Druckrauschen: MEMS-W\u00e4rmerauschen, PGA-Rauschen, ADC-Rauschen, Referenz-\/Ansteuerungsrauschen oder digitales Quantisierungsrauschen?<\/strong><\/p><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Herr Kocjan:<\/strong><\/span> Der MEMS-Sensor selbst ist in der Regel der Hauptverursacher des endg\u00fcltigen Druckrauschens, insbesondere durch das piezoresistive Br\u00fcckenrauschen. Das verbleibende Rauschen stammt vom PGA, vom ADC, von der Referenz- oder Erregungsspannung sowie von der digitalen Signalverarbeitung. Der Beitrag des PGA und des ADC gewinnt an Bedeutung, wenn das Ausgangssignal des Sensors sehr schwach ist. Auch das Rauschen der Referenz- oder Erregungsspannung kann einen erheblichen Einfluss haben, wenn die Br\u00fcckenspannung nicht ausreichend stabil ist. Das digitale Quantisierungsrauschen spielt normalerweise eine untergeordnete Rolle, wenn eine ausreichende ADC-Aufl\u00f6sung vorhanden ist. Daher ist in einem gut konzipierten SSP-System oft das Rauschen des MEMS-Druckelements die gr\u00f6\u00dfte Einschr\u00e4nkung, w\u00e4hrend das SSP und die Signalaufbereitungskette so ausgelegt sein sollten, dass ihr zus\u00e4tzliches Rauschen deutlich unter dem Sensorrauschen bleibt. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\u201eDer beste SSP ist derjenige, der die erforderliche Leistung bei einer einfachen, zuverl\u00e4ssigen und kosteng\u00fcnstigen Implementierung bietet.\u201c\t\t\t<\/p>\n\t\t\t\t\t<\/blockquote>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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All Sensors:<\/span><\/strong> Welche Diagnose- und Selbst\u00fcberwachungsfunktionen bietet der SSP, und welche Sensor- oder Signalkettenfehler kann es w\u00e4hrend des Betriebs zuverl\u00e4ssig erkennen?<\/strong><\/p><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Herr Kocjan:<\/strong><\/span> Zu den typischen Diagnosefunktionen des SSP geh\u00f6ren die Erkennung von Signalausf\u00e4llen, die Erkennung von Eingangswerten au\u00dferhalb des zul\u00e4ssigen Bereichs (\u00dcber- bzw. Unterschreitung), die \u00dcberwachung der Versorgungsspannung, Speicher- und Kommunikationspr\u00fcfungen sowie die Erkennung bestimmter Sensor- oder Signalkettenfehler. Diese Funktionen k\u00f6nnen offene oder abnormale Sensorsignale sowie andere elektrische Fehler w\u00e4hrend des Betriebs identifizieren. Der genaue Umfang der Diagnose h\u00e4ngt von der jeweiligen SSP-Architektur und den verf\u00fcgbaren Diagnosefunktionen ab.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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All Sensors:<\/span> Mit Blick in die Zukunft: Welche Entwicklungen oder neuen Funktionen w\u00fcrden Sie sich bei k\u00fcnftigen SSP-Generationen w\u00fcnschen, um die Sensorleistung weiter zu verbessern, die Kalibrierung zu vereinfachen oder die Gesamtsystemkosten zu senken?<\/strong><\/p><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Herr Kocjan:<\/strong><\/span> Tats\u00e4chlich sollten all diese Aspekte in zuk\u00fcnftigen SSP-Generationen weiter verbessert werden. Wir w\u00fcnschen uns eine h\u00f6here Genauigkeit, eine h\u00f6here effektive Aufl\u00f6sung, eine gr\u00f6\u00dfere Bandbreite, geringere Latenzzeiten, eine einfachere Kalibrierung und niedrigere Gesamtsystemkosten. Es w\u00e4re au\u00dferdem von Vorteil, wenn SSPs einige grundlegende Mikrocontroller-Funktionen integrieren k\u00f6nnten, wie beispielsweise einfache Logik, Signalverarbeitung, Diagnose, Kommunikationsabwicklung oder konfigurierbare Ausg\u00e4nge. Dies k\u00f6nnte den Bedarf an einem separaten Mikrocontroller und zus\u00e4tzlichen externen Komponenten verringern, wodurch das gesamte Sensordesign vereinfacht und die Systemkosten gesenkt w\u00fcrden. Gleichzeitig sollte der SSP weiterhin einfach zu konfigurieren und zu bedienen sein. Insgesamt sollten zuk\u00fcnftige SSPs eine bessere Leistung, mehr Funktionalit\u00e4t, eine einfachere Kalibrierung sowie einfachere und kosteng\u00fcnstigere Sensorl\u00f6sungen bieten. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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All Sensors:<\/span> Vielen Dank f\u00fcr das Interview, Herr Kocjan.<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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