배터리-프리 무선 센서는 크기와 접근성이 중요한 다양한 애플리케이션에서 온도, 압력, 근접성 및 습도 데이터를 확인하는 데 사용될 수 있다. 배터리 없이 동작 되는 이 최신 기술은 여러 종류의 센서들이 가지는 주요 특징과 기능들을 단일 칩으로 통합하여 사용 될 수 있다.
자극 감지기(stimulus detector)가 사용되지 않는 것 외에도, 더 중요한 것은 각 감지 노드당 MCU가 하나씩 설계되지 않아도 센싱이 된다는 것이다. 감지된 데이터는 '인터로게이터'라 불리는 원격 중앙 처리 허브로 보내지는데 여기서 그 다음 단계의 후처리가 이뤄진다. 기존의 센서 솔루션과 달리한 개의 프로세싱 유닛으로 많은 센서를 한 번에 처리할 수 있다.
배터리-프리 무선 센서는 원가절감효과가 큰 솔루션이며 일단 제품에 세팅이 되면 사실상 유지 보수의 필요가 없어진다. 배터리 프리 무선 센서의 낮은 비용으로 인해 이 기술을 채택한 시스템은 자동차의 타이어 기압 모니터링 솔루션 (TPMS)과 같은 일회용으로 사용되는 제품에 매우 적합하다.
위 영상은 어떻게 스마트 패시브 센서 제품이 타이어 기압 모니터링 솔루션에 쓰이는 지를 보여준다. 이 데모는 온세미컨덕터의 스마트 패시브 센서 태그에 적합한 스탠다드 사이즈의 승용차 타이어를 사용하였다. 센서 태그는 감지 소자로 활용되는 인덕티브 튠 루프와, 프린터블 안테나 및 스마트 센서 IC로 구성되어 있다.
우선 유연한 금속 조각을 압력의 상승과 하락에 의한 루프 인덕턴스 변화가 발생하도록 타이어 안에 장착시킨 후, 스마트 센서 IC에 구성된 적응성 RF 프론트 엔드를 이용하여 이러한 환경에서의 임피던스 변화를 감지하고, 최대의 안테나 게인을 유지하도록 그 변화값을 수정하게 된다.
인피던스의 변화는 5 비트 센서 코드로서 극초단파 RFID 리더에 전달된다. 온세미컨덕터는 데모에서 휴대형 리더를 사용했는데 실제 애플리케이션에서는 자동차에 내장된 고정식 리더로 바뀔 수 있다. 이때 얻어진 센서코드가 리더로 전달 되면 백-엔드 마이크로컨트롤러가 감지된 정보를 처리해 그 정보를 특정한 타이어 기압으로 자동차 내부의 계기판 혹은 전자 제어 장치로 전달하도록 구성될 수 있다.
이번 데모에서는 세 번 압력을 측정하였다. 첫 번째는 일반적인 아날로그 압력계로 42 PSI로 충전된 타이어를 측정한 후, 타이어 내에 위치시킨 스마트 패시브 센서의 값과 비교하게 될 것이다. 데모가 정상적으로 동작한다면, 오차범위 2 PSI이내의 값이 센서 태그에서 읽혀야 한다. 실제 데모에서는 아날로그 압력계로 읽은 값은 41.9 PSI였고, 스마트 패시브 센서로 읽은 값은 41 PSI였다. 이는 +/-2 PSI의 오차 범위 이내의 결과를 보여준다.
두 번째 측정은 공기압을 38 PSI까지 (아날로그 압력계는 38.2 PSI 를 표시) 낮춘 후 실시했고, 이 때 스마트 패시브 센서 태그는 오차 범위 안쪽인 39 PSI를 읽어냈다.
세 번째 마지막 측정은 타이어 공기압을 35 PSI 로 (아날로그 압력계는 35.2 PSI로 표시) 좀 더 낮춰서 실시했으며, 이 때 스마트 패시브 센서의 값은 36 PSI이었다.
이 데모를 통해 온세미컨덕터의 스마트 패시브 센서를 이용해 타이어 기압 모니터링 솔루션이 어떻게 구현될 수 있는 지 알아보았다. 프린터블 안테나와 한 개의 스마트 센서 IC를 붙여서 만든 패시브 태그는 매우 낮은 비용의 타이어 압력 센싱 솔루션를 구현할 수 있게 해 준다.
