Stabilitätsanalyse von Mixed-Signal Phasenregelkreisen unter Berücksichtigung von nicht-idealen Effekten für einen optimierten Entwurf

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christian Hangmann
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402835556

Der Entwurf von Mixed-Signal (MS) Phasenregelkreisen (PLL) stellt aufgrund der Vermischung der digitalen und analogen Domain eine Herausforderung dar. Darüber hinaus ist eine effiziente und präzise Modellierung dieser Systeme notwendig, da Transistor-Level Simulationen zeitaufwändig sind und eine umfassende Charakterisierung des dynamischen Verhaltens nicht ohne Weiteres möglich ist. Diese sind für einen optimalen Systementwurf jedoch von großer Bedeutung. Die eigenen Vorarbeiten fokussieren sich daher auf die hocheffiziente ereignisgesteuerte Modellierung und die Stabilitätsanalyse der PLL. Des Weiteren werden typische nichtlinearer und nicht-idealer Effekte in der Modellierung berücksichtigt. Somit wird eine effiziente und intuitive Analyse der Wechselwirkungen dieser Effekte ermöglicht. Umfassende Charakterisierungen der nicht-idealen Effekte innerhalb der PLL zeigen, dass die nicht-idealen Effekte die Leistungsfähigkeit des Phasenregelkreises erheblich beeinflussen und für den robusten Entwurf berücksichtigt werden müssen. Anhand des Beispiels der Totzeit wird in den Vorarbeiten ein robusterer Systementwurf realisiert.In diesem Projekt werden die gezeigten Ansätze weiter erfolgt, um weitere typische deterministische und stochastische nicht-ideale Effekte zu modellieren und deren Einfluss auf das Regelverhalten zu charakterisieren. Die so aufgezeigten Wechselwirkungen werden zu einem besseren Verständnis der nichtlinearen, chaotischen und nicht-idealen PLL beitragen. Des Weiteren wird eine analytische Stabilitätsanalyse des Phasenregelkreises dritter Ordnung inkl. nicht-idealer Effekte durchgeführt. Hierbei wird sowohl die indirekte Lyapunov Methode als auch die allgemeine Lyapunov Theorie verwendet. Schließlich werden die Ergebnisse der durchgeführten Analysen und der analytischen Stabilitätsbetrachtung inkl. nicht-idealer Effekte für einen optimierten und robusteren Entwurf des Mixed-Signal Phasenregelkreises dritter Ordnung herangezogen. Die Ansätze lassen sich darüber hinaus auch für höhere Ordnungen des Regelkreises verwenden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen