Schluss mit dem Kabelsalat: Ingenieure entwerfen integrierte Schaltungen im Gbit/s-Bereich

Vorbei mit dem Kabelsalat – auf der Basis von Silizium-MOS-Feldeffekttransistoren entwerfen Ingenieure um Prof. Dr.-Ing. Ulrich Langmann (Integrierte Systeme, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik) integrierte Schaltungen für schnelle lokale Funknetze, mit denen sich z.B. Kabel zwischen Computer, Monitor und Videoprojektor einsparen lassen. Zudem könnten hochfrequente Schaltungen Komfortsysteme der Oberklasse wie das Kfz-Abstandsradar für Fahrzeuge des Massenmarktes kostengünstiger machen.

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Ziel: „Bluetooth-Nachfolger“

Das Arbeitspferd der heutigen Mikrochips ist der sog. Silizium-MOS-Feldeffekttransistor (Si-MOSFET) – Herzstück fast aller digitalen Funktionsblöcke in der Mikroelektronik. Vor allem die kontinuierliche Verkleinerung von Transistoren macht seinen Einsatz nun für schnelle analoge Funktionen möglich. Mit Bauelementen der Nanoelektronik entwerfen Ingenieure integrierte Schaltungen für lokale Funknetze, die im Vergleich zu Bluetooth mehr als tausendfach höhere Datenübertragungsraten zulassen sollen. Ihr ausgezeichnetes Konzept (EEEfCOM-Innovationspreis 2006) für Komponenten eines 60-GHz-WPAN konnten die Forscher mit der aktuellen 65nm-CMOS-Technologie der Firma Infineon Technologies realisieren und zudem einen rauscharmen Verstärker für 60 GHz entwickeln.

Kfz-Abstandsradar: Es geht auch kostengünstiger

Sicherheitssysteme in Kraftfahrzeugen wie der Abstandsregeltempomat (ACC) sind ein weiteres Einsatzgebiet hochfrequenter Schaltungen. Sicherheitssysteme für den Nahbereich von rund 30 m Reichweite arbeiten im Frequenzbereich von 21,65 bis 26,65 GHz. Da sie in dieser Spanne andere Nutzer stören können, schreibt die Europäische Kommission ab 2013 Anwendungen im Frequenzbereich von 77 bis 81 GHz vor. Mit einem Sendeteil für ein ACC-Radarsystem auf Basis einer sog. Phasenregelschleife können die Ingenieure Einflüsse durch die Umgebungstemperatur und durch Prozesstoleranzen bei den Schaltungen vermeiden.

Das Prinzip: Die Sendefrequenz von 77 GHz wird durch einen spannungsgesteuerten Oszillator erzeugt, über einen Trennverstärker (Buffer) und Verstärker zur Antenne geleitet und von dort ausgesendet. Zudem zeigte sich (Prof. Dr.-Ing. Hans-Martin Rein; Integrierte Systeme), dass Komponenten für solche Radarsysteme auch mithilfe kostengünstigerer SiGe-Bipolartechnologien (bisher Galliumarsenid- und Indiumphosphid-Technologien) hergestellt werden können.

Themen in RUBIN Frühjahr 2008

Den gesamten Beitrag lesen Sie in RUBIN Frühjahr 2008, wo sie folgende Themen finden: Geschichtenvorleser gefragt: Entwicklungspsychologen untersuchen das Potenzial „Familie“ für den Schulerfolg der Kinder; Warum dopen?: Individuelles Training im Rhythmus des Hormonzyklus könnte Sportlerinnen natürliche Leistungssteigerungen bringen; Ferromagnetische Halbleiter: Traum oder Wirklichkeit?; Kein Kabelgewirr und kein Blechschaden mehr: Ingenieure entwerfen integrierten Schaltungen im Gigabit-pro-Sekunde-Bereich für Funkkommunikation und mehr Sicherheit im Straßenverkehr; Erstarrung in der Schwebe: Köln – Bochum: Materialwissenschaften zwischen Himmel und Erde; Frisches Blut in der Hundezucht: Wie sich die genetische Vielfalt bestimmen und erhalten lässt; Sushi American Style: Wie sich die japanische und die amerikanische Kultur vermischen; Gift aus dem Wasserhahn: Die Folgen von PFT im Trinkwasser; Von Cowboys und Prinzessinnen: Was der Gang über Läufer und Betrachter verrät; Der Kurs im eigenen Kiez: Die Sozialraumanalyse ergründet, wer sich warum wo weiterbildet; Schlanke Giganten: Vision Aufwindkraftwerk: Die technischen Voraussetzungen sind da, Bochumer Bauingenieure sind an der Entwicklung eines Prototyps beteiligt.