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Forschungsprojekt 'EGEVATIS'

Eigenschaftsraum gestützter Entwurf von hoch präzisen verlustleistungsarmen Auswerteschaltungen für Anwendungen thermoelektrischer 2-D Infrarot-Sensoren

Im Zuge der zunehmenden Digitalisierung von Produktionsprozessen in der Industrie steigt die Relevanz der „In-Line“ Material- und Stoffprüfung durch Spektroskopie im Infrarotbereich. Grundlage solcher Messgeräte sind neuartige Arrays aus Thermopile Sensoren, entwickelt am IPHT Jena, mit einer hohen und breitbandigen Empfindlichkeit im nahen Infrarotbereich. Die Sensoren liefern sehr kleine Signalspannungen nahe ihrer Rauschgrenze. Daraus ergeben sich hohe Ansprüche an die analoge Signalverarbeitung, wie eine hohe Verstärkung bei geringem Rauschen, aber auch eine geringe Leistungsaufnahme der gesamten Elektronik, um den empfindlichen Sensor nicht durch Wärmestrahlung zu blenden. Um den Sensor in ein digitalisiertes Gesamtsystem einbinden zu können ist es notwendig, diesen um eine leistungsfähige digitale Schnittstelle zu erweitern.

Das In-Institut für integrierte Systeme am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der Ernst-Abbe-Hochschule befasst sich mit Entwurfsabläufen und der Entwurfsmethodik für integrierte mixed-signal und optoelektronische Systeme. Das Institut stützt den Forschungsschwerpunkt Präzisionssysteme, als einen der drei großen Schwerpunkte im Bereich Forschung und Entwicklung der Hochschule.
Im Forschungsvorhaben EGEVATIS werden neue Ansätze zum Entwurf von hoch präzisen low-power Sensorfrontends in integrierter Schaltungstechnik erforscht. Sensorfrontends sind Auswerteschaltungen für Sensoren, die aus analoger Signalaufbereitung und Verstärkung, sowie Umwandlungsschaltungen in digitale Signale bestehen. Bisher übliche  Entwurfsverfahren für derartige Schaltungsteile gehen von Entscheidungen in einer frühen Systementwurfsphase aus, deren Konsequenzen erst zu einem späteren Zeitpunkt bewertet und dann aufwändig revidiert werden müssen. Demgegenüber sollen im Ergebnis des Projektes neue Systemmodelle anwendbar sein, welche die erreichbaren Eigenschaften dieser Schaltungsstrukturen beschreiben, so dass ohne genaue Kenntnisse über die endgültige Schaltkreisrealisierung eine Systemsimulation des gesamten optoelektronischen
Systems durchgeführt werden kann. So lässt sich schon zu einem frühen Zeitpunkt im Entwurfsablauf die Relevanz einer Schaltungsstruktur für eine bestimmte Sensoranwendung vorab analysieren.
Der neue Entwurfsablauf von integrierten analog und mixed-signal Schaltkreisen soll anhand einer Prototypenentwicklung eines Sensormoduls verifiziert werden. Das Leibniz Institut für Photonische Technologien e.V. in Jena, welches das Projekt als wissenschaftlicher Projektpartner begleitet, stellt Thermopile Sensorarrays zur Verfügung, die mit der integrierten Schaltung in einem Bauelement zusammengeführt werden sollen. Als Partner aus der Wirtschaft unterstützt die MAZeT GmbH aus Jena das Forschungsvorhaben mit Präperationen von Schaltkreis-Teststrukturen. Darüber hinaus hat die MAZeT GmbH ein großes Interesse an der wirtschaftlichen Verwertung der entstehenden Systemlösungen. Die eingebundene kooperative Promotion wird von der Technischen Universität Ilmenau betreut.

  • MAZet GmbH 
  • Leibniz Institut für Photonische Technologien (IPHT) Jena 
  • Technische Universität Ilmenau

01.05.2017 - 30.04.2021

David Schreiber david.schreiber(at)eah-jena.de

Bundesministerium für Bildung und Forschung