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Analog-Digital Wandlung

Die Verlustleistung digitaler Gatter und Schaltungen sinkt auf Grund einer geringeren Versorgungsspannung mit jedem neuen Technologieknoten kontinuierlich. Verbunden mit dieser Entwicklung ist der Trend, Funktionen, die ehemals mit Hilfe analoger Schaltungstechnik implementiert wurden, nun auf Basis digitaler Schaltungen leistungs- und flächeneffizient bereit zu stellen. Zur Umsetzung dieses Trends werden an der Schnittstelle zwischen der analogen Umwelt und der Welt der digitalen Signalverarbeitung stets zwei fundamentale Schaltungsblöcke benötigt: der Analog-Digital Umsetzer sowie der Digital-Analog Umsetzer. Beide müssen sich kontinuierlich immer neuen Herausforderungen im Hinblick auf Auflösung, Umsetzrate, Verlustleistung oder Rekonfigurierbarkeit stellen, wie sie  beispielsweise durch Telekommunikationsstandards definiert werden.

Die Fritz-Hüttinger-Professur für Mikroelektronik forscht seit mehr als 15 Jahren an einem besonderen Typ eines Analog-Digital Umsetzers: dem zeitkontinuierlichen Delta-Sigma Analog-Digital Umsetzer. Wie in Abbildung 1 gezeigt, besteht dieser aus einem zeitkontinuierlichen Schleifenfilter, einem internen Quantisierer sowie einem Digital-Analog Umsetzer in der Rückkopplung.

Delta-Sigma Modulator - Systemtheoretisches Model

 Abbildung 1: Systemtheoretisches Model eines einstufigen Delta-Sigma Modulators

Unter den Aspekten "niedrige Versorgungsspannung und Verlustleistung" (engl. low-voltage, low-power) konzentrieren sich unsere Forschungsaktivitäten auf die Entwicklung neuer robuster und leistungseffizienter Architekturen für hochauflösende und breitbandige Delta-Sigma Modulatoren sowie auf die Reduzierung des Einflusses von Nichtidealitäten durch clevere Implementierung. Neue Ideen und Konzepte - wie beispielsweise der in Abbildung 2 gezeigte konfigurierbare zeitkontinuierliche kaskadierte Delta-Sigma Modulator für Standard LTE / WiMax - werden stets implementiert, extern gefertigt und schließlich durch Messungen in unserem Labor evaluiert.

ds chip

Abbildung 2: Rekonfigurierbarer, zeitkontinuierlicher, kaskadierter Delta-Sigma Modulator

Unsere langjährige Expertise im Bereich zeitkontinuierlicher Delta-Sigma Modulatoren fließt des Weiteren in die Forschung und Entwicklung von Ausleseschaltungen für Sensoren ein, insbesondere Beschleunigungs-, Drehraten- und Magnetfeldsensoren. Bei diesen Ausleseschaltungen wird der Sensor in der Regelschleife des Delta-Sigma Modulators betrieben und somit selbst ein Bestandteil des Filters. Als besondere Vorteile sind das Betreiben der nichtlinearen Sensoren im linearen Messbereich auf Grund der Rückkopplung sowie eine intrinsische Analog-Digital Umsetzung hervor zu heben.

 

Aktuelle und abgeschlossene Projekte im Forschungsbereich Analog-Digital Wandlung

 

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