Innovativer Halbleiterchip bis zur Serienfertigung
Erfolgreiche Kooperation des Lehrstuhls Integrierte Schaltungen mit der Wirtschaft
Seit 1999 besteht eine Kooperation zur Entwicklung einer programmierbaren Interfaceschaltung für ein berührungsloses Wegmesssystem zwischen den bayrischen Unternehmen Micro-Epsilon Messtechnik in Ortenburg bei Passau, MicroFuzzy Industrie Elektronik in München und dem Magdeburger Lehrstuhl Integrierte Schaltungen (Prof. Dr. Ulrich Kleine), Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik. Ziel dieser Zusammenarbeit ist es, die von den Firmen entwickelten Messverfahren in einen Halbleiterchip zu integrieren. Das Projekt wurde von beiden Firmen und vom bayrischen Wirtschaftsministerium finanziell unterstützt.
Im Verlauf dieser Zusammenarbeit entstand eine Mixed-Signal-Interfaceschaltung, die die analogen Sensorsignale automatisch aufnimmt, filtert und in digitale Signale wandelt. Die Testmuster sind von der Arbeitsgruppe Integrierte Schaltungen (Prof. Ulrich Kleine, Falk Roewer und Klaus Salzwedel) in Magdeburg entwickelt und im Rahmen des Europractice Projektes bei der Firma AMS in einer 0,8µm CMOS Technologie gefertigt worden. Die Serienfertigung wird ebenfalls bei der Firma AMS in Dresden erfolgen. Während der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten entstanden zwei Patentanmeldungen.
Zum Wegmesssystem gehört neben dem Chip auch ein Microcontroller, der durch entsprechende digitale Programmierung die Interfaceschaltung an nahezu die gesamte Produktpalette von kapazitiven und induktiven Sensorsystemen der Industriepartner anpassen kann. Aufgrund dieser Flexibilität können verschiedene Messaufgaben durch den Einsatz dieser berührungslosen Wegsensoren erfüllt werden. Des Weiteren zeichnet sich die entstandene Lösung dadurch aus, dass sie mit sehr wenig externen Bauelementen auskommt und dadurch die Fertigungskosten für das Messsystem drastisch senkt. Gleichzeitig wird eine deutliche Miniaturisierung der Sensorelektronik erreicht, wodurch neue Einsatzgebiete erschlossen werden können. Als Beispiel für die Vielseitigkeit des neuen Interfacebausteines sei die Möglichkeit des Einsatzes im Automobilbau genannt, wo u.a. die Verwendung dieses Messwerterfassungssystems für die Positionsbestimmung in Automatik- und Schaltgetrieben vorgesehen ist.
Die Interfaceschaltung ist auf einem ca. 15mm2 großen Halbleiterchip realisiert worden und beinhaltet ca. 15000 Transistoren, ca. 2000 Kondensatoren und 400 Widerstände. Die wichtigsten Baugruppen auf dem Chip sind ein Sensortreiber zur Ansteuerung des Sensors, ein Mess- und Temperaturpfad mit neuartigen Filterstrukturen, die in Schalter-Kondensator-Technik mit Digital-Analog-Umsetzern zur Offsetkompensation aufgebaut sind, ein Analog-Digital-Umsetzer, eine digitale Steuerung sowie ein Microcontroller-Interface. Die Leistungsaufnahme der Halbleiterschaltung beträgt ca. 200mW und die Signalauflösung erreicht 11 Bit.