In drahtlosen verteilten Systemen läuft auf jedem Knoten eine eigene Hardware-Uhr. Selbst identische Embedded-Systeme starten mit unterschiedlichen Zeitwerten, ticken mit leicht abweichender Frequenz und erleben variable Verzögerungen beim Senden, Empfangen und Verarbeiten von Daten. Ohne Synchronisation driftet ein System mit ±20 ppm Quarz über wenige Minuten bereits um mehrere Millisekunden auseinander und das ist für viele medizinische Anwendungen ein Problem.
Warum Synchronität entscheidend ist
In der Medizintechnik, etwa bei der Ganganalyse oder der Steuerung von Orthesen, müssen mehrere Sensoren exakt im Takt arbeiten. Unsere Lösung bei MEDtech Ingenieur ermöglicht die Synchronisation von BLE-Geräten mit einer Genauigkeit unter 50 Mikrosekunden bei gleichzeitiger Datenübertragung. Damit lassen sich Bewegungsdaten von Fußsensoren und Körpermodulen präzise zusammenführen und das kabellos.
Synchronisation in Aktion
Im Video zeigen wir, wie zwei Sensoren zunächst auseinanderdriften. Dann startet unsere Synchronisationslogik: Innerhalb kürzester Zeit sind beide Signale wieder perfekt aufeinander abgestimmt.
Die technischen Herausforderungen
Die Ursachen für Zeitabweichungen sind vielfältig:
- Quarz-Toleranzen (±20 ppm, temperatur- und spannungsabhängig)
- Alterung und Drift
- Feste Funkverzögerungen (z. B. Radio-Frontend + PPI-Kette)
- Jitter durch Interrupt-Latenz, CPU-Scheduling, Ringpuffer
- Paketverluste, die zu kumulierenden Fehlern führen
Unsere Lösung: Das bsync-Modul
Wir setzen auf ein beacon-basiertes Synchronisationsprotokoll für nRF52-Geräte, das folgende Komponenten kombiniert:
- Hardware-Zeitstempelung via PPI + TIMER
- Offset- und Drift-Schätzung mit leichtgewichtiger Logik
- Periodische Trigger über die Event Generation Unit (EGU)
- Timeslot-Management durch die Multiprotocol Service Layer (MPSL)
Master-Slave-Rollen
- Master: Erfasst seinen 1 MHz-TIMER-Zeitstempel, sendet ihn per Funk.
- Slave: Empfängt das Paket, erfasst seinen eigenen Zeitstempel und berechnet Offset und Drift.
Da beide ihre Routinen innerhalb von MPSL-Timeslots ausführen, wird deren Intervall zur effektiven Synchronisationsperiode. In der Praxis sind Timeslots jedoch nie exakt getimed. Daher ist unsere Lösung robust gegenüber Jitter im Bereich von Mikro- bis Millisekunden.
Anwendungen über die Ganganalyse hinaus
- Synchronisierte Vitaldatenerfassung (z. B. EKG + Bewegung)
- Multi-Sensor-Tracking in der Telemedizin
- Neurotechnologie mit Closed-Loop-Systemen
- Robotik und Prothetik mit Echtzeit-Sensorik
Da sind zuverlässige und schnelle Methoden gefragt, um die verschiedenen Knoten zeitlich zu synchronisieren. Unsere BLE-Synchronisationstechnologie schafft die Grundlage für neue, vernetzte Medizingeräte – präzise, robust und kabellos. Wenn Sie Anwendungen haben, bei denen Timing wichtig ist, dann sprechen Sie uns gerne an. Wir zeigen Ihnen, wie man Sensorik auf Mikrosekunden-Niveau synchron bekommt.