Analog und digital Hand in Hand

Die Zeiten sind vorbei, als in elektronischen Geräten eine Flut schwarzer IC-Klötzchen und viele durch Kabelstränge verbundene Platinen zu sehen waren. Rasant entwickeln sich neue CMOS-Prozesse: Die Bauteile erhalten immer kleinere Strukturen bei höheren Integrationsgraden. Der Schlüsselbegriff für diesen Trend heißt »System on a Chip« – mehrere Schaltungsteile werden auf einem einzigen Chip zusammengefasst. Ein Beispiel dafür liefern Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen. Einer Projektgruppe im Bereich Angewandte Elektronik ist es gelungen, Sendechips für die drahtlose Datenübertragung in Standard-CMOS-Technologie zu fertigen. »Bisher gab es bei analogen Schaltungen wie hochfrequenten Sendern oder Empfängern Schwierigkeiten. Denn CMOS-Prozesse sind für digitale Chips optimiert«, erläutert Projektmitarbeiter Dr. Frank Oehler die Probleme der Fertigungstechnik.

Die am IIS entwickelten Schaltungen können Daten über mehrere hundert Meter im europäischen ISM-Band (Industrial, Scientific, Medical) bei 868 Megahertz übertragen. Der Chip besteht aus einem programmierbaren Frequenzsynthesizer, einem Oszillator und einem Verstärker mittlerer Leistung. Die einzigen externen Bauteile sind ein Schwingquarz, der die Referenzfrequenz liefert, und ein passives Schleifenfilter, das auf individuelle Anwendungen einstellbar ist.

Damit lassen sich viele neue Anwendungen realisieren. Gerade mittelständische Betriebe könnten kostengünstige und hochintegrierte drahtlose Geräte entwickeln, die beispielsweise den Luftdruck in Autoreifen messen, den Verbrauch von Gas- und Stromzählern ablesen oder die Temperatur von Wälzlagern überwachen.

Neben dem Sender wurden bereits vielversprechende Messungen an einem Empfänger durchgeführt. Sender und Empfänger auf einem Chip zu einem »Transceiver« zu vereinen, steht unmittelbar bevor. Daneben arbeiten die Wissenschaftler am IIS daran, noch leistungsfähigere Chips zu entwickeln, die im Gigahertz-Frequenzbereich senden und empfangen. Derzeit richten sie jedoch ihr Hauptaugenmerk darauf, Partner aus der Industrie zu finden, um mit ihnen drahtlose Systeme der nächsten Generation zu entwickeln.