Messplatz für Integrierte Silizium-Millimeterwellen-Schaltungstechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Lehrstuhl für Technische Elektronik befasst sich mit dem Entwurf, der Realisierung und der Charakterisierung von Kommunikations- und Sensor-Systemen, -Modulen und hybrid und monolithisch integrierten Schaltungen. Ein besonderes Gewicht haben dabei funktechnische Systeme und Schaltungen im Hoch- und Höchstfrequenzbereich. Im Bereich der siliziumbasierten integrierten Millimeterwellenschaltungstechnik werden dabei am Lehrstuhl zahlreiche originäre, ins Neue weisende Schaltungen für Kommunikations-, Radar-, Funksensor-, Ortungs-, RFID- und Charakterisierungs-Techniken entworfen für die hier rasch zunehmenden Anwendungen in den Bereichen der Informationstechnik, der Automobiltechnik, der Logistik, der Energietechnik und der Medizintechnik. Für die experimentelle Charakterisierung dieser Schaltungen ist ein leistungsfähiger Messplatz angeschafft worden, der den bei hohen Frequenzen besonderen Anforderungen an Aufbau und Messtechnik gewachsen ist und die hochaktuelle Forschung im Bereich der integrierten Millimeterwellenschaltungen bis 170 GHz ermöglicht. Für die Forschungsarbeiten in denen der Messplatz genutzt worden ist, konnten dabei folgende wichtige Forschungsergebnisse erzielt werden sowie wissenschaftliche Arbeiten erfolgreich durchgeführt werden: Mit Hilfe des Messplatzes konnte die Charakterisierung und Überprüfung von entwickelten integrierten Schaltungen bis 110 GHz zur Sauerstoffdetektion in einem Flugzeugtank durchgeführt werden. - Des Weiteren wurde der Messplatz zur Charakterisierung von monolithisch integrierten Teilkomponenten zur Detektion von Bioimpedanzen eingesetzt. - Mehrere integrierte Komponenten wie LNA, Multiplexer, Demultiplexer, Detektor, Sixport wurden bei 60 GHz vermessen werden. Des Weiteren wurde ein kompletter Sixportreceiver mit angeschlossenem Basisbandboard vermessen. Dies ist entscheidend da die Funktionalität der Chips überprüft werden muss, bevor diese verpackt oder in einer HF-Schaltung verwendet werden. Im nächsten Schritt werden diese Komponenten bei 120 GHz entworfen und vermessen. - Des Weiteren wurden integrierte Chips, wie zum Beispiel Mischer oder Frequenzmultiplizierer, für eine neue Funk-Datenübertragungs-Topologie mit sehr hoher Datenrate gefertigt. Diese arbeiten im G-Band, weswegen der Messplatz zur Charakterisierung der IC’s zum Einsatz gekommen ist. - In einem weiteren Projekt wurde ein monolithisch integriertes 60 GHz-Radarsystem entwickelt und in eine neue Packaging-Technologie integriert. Die präzise Charakterisierung der 60GHz Transceiver-Halbleiterchips wurde erst durch den neu beschafften halbautomatischen Messplatz möglich. - Im Bereich der Medizintechnik wurden integrierte Mikrowellen-Sensoren entwickelt, die für spektroskopische Messungen im Bereich von 50-100 GHz geeignet sind. Besonderes Merkmal hier ist, dass auch die entsprechenden Sensorelemente neben der Messsignal-Generation und – Auswertung in einem Halbleiter-Chip integriert sind. Für die Zwischen-Charakterisierung der Komponenten, als auch für die finale Charakterisierung der finalen Mikrowellen-Sensoren bis 100 GHz, wurde der Messplatz sehr intensiv eingesetzt. - Für die Charakterisierung von Materialien, wie beispielweise porosizierter LTCC-Keraminiken wurde der Messplatz bis 110 GHz verwendet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "A 70 to 90 GHz High- Linearity Multi-Band Quadrature Receiver in 0.35 μm SiGe Technology", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 61, iss. 12, pp. 4600-4612, 2013
I. Nasr, B. Lämmle, K. Aufinger, G. Fischer, R. Weigel, and D. Kissinger
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/TMTT.2013.2285280) - "A 50-100-GHz Highly Integrated Octave-Bandwidth Transmitter and Receiver Chipset in 0.35um SiGe Technology", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 62, iss. 9, pp. 2118-2131, 2014
I. Nasr, H. Knapp, K. Aufinger, R. Weigel, and D. Kissinger
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/TMTT.2014.2337289) - "A clock synchronization for M-sequence-based ultrawideband systems", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 62, iss. 12, pp. 3549-3561, 2014
M. Hamouda, G. Guarin, M. Gardill, B. Lämmle, R. Weigel, D. Kissinger, and T. Ußmüller
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/TMTT.2014.2364676) - "A Silicon Integrated Microwave Vector Network Analyzer for Biomedical Sensor Read-Out Applications", IEEE International Microwave Symposium, 2014
J. Nehring, I. Nasr, K. Borutta, R. Weigel, and D. Kissinger
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/MWSYM.2014.6848254) - "Single- and Dual-Port 50-100-GHz Integrated Vector Network Analyzers With On-Chip Dielectric Sensors", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 62, iss. 9, pp. 2168-2179, 2014
I. Nasr, J. Nehring, K. Aufinger, G. Fischer, R. Weigel, and D. Kissinger
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/TMTT.2014.2337264) - "Broadband Circuit Techniques for Multi-Terahertz Gain- Bandwidth-Product Low-Power Applications", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 63, iss. 11, pp. 3701-3712, 2015
A. Gharib, R. Weigel, and D. Kissinger
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/TMTT.2015.2481398) - „A Method for the Determination of the Complex Permittivity by Detuned Ring Resonators for Bulk Materials up to 110 GHz“, International Journal of Microwave and Wireless Technologies, ISSN: 17590787, pp. 251-260, Mar. 2015
Armin Talai, Frank Steinhäußer, Achim Bittner, Ulrich Schmid, Robert Weigel, Alexander Koelpin
(Siehe online unter https://doi.org/10.1017/S1759078715000483) - „A Semi Double-Ridged quasi TE-Waveguide based Microwave Bulk Material Characterization System“, IEEE/MTT-S International Microwave Symposium (IMS), Phoenix, May 2015
Armin Talai, Sebastian Mann, Frank Steinhäußer, Achim Bittner, Ulrich Schmid, Robert Weigel, Alexander Koelpin
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/MWSYM.2015.7166937) - „Embedded Cavity based Dielectric Loss Measurements for LTCC Substrates up to 110 GHz“, IEEE MTT-S International Conference on Numerical Electromagnetic and Multiphysics Modeling and Optimization (NEMO), Ottawa, Aug. 2015
Armin Talai, Frank Steinhäußer, Achim Bittner, Thomas Rittweg, Dieter Schwanke, Ulrich Schmid, Robert Weigel, Alexander Koelpin
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/NEMO.2015.7415066) - "A 4–32-GHz Chipset for a Highly Integrated Heterodyne Two-Port Vector Network Analyzer", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2016
J. Nehring, M. Dietz, K. Aufinger, G. Fischer, R. Weigel, and D. Kissinger
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/TMTT.2016.2520483)
