Hybride Integrierer - Fehlerkorrektur und Kalibrierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Killat
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567326700

Analoge zeitkontinuierliche Integrierer sind ein grundlegender Baustein in Analogrechnern, zeitkontinuierlichen Delta-Sigma-ADCs, robusten Analogreglern und vielen anderen analogen Signalverarbeitungsschaltungen. Analogrechner sind prädestiniert für das Lösen und Simulieren von Differentialgleichungen, wozu in der Regel Integrierer in Reihe geschaltet und rückgekoppelt werden. Bei der Reihenschaltung von Integrierern ist auf die Skalierung zu achten, die in der Regel einen Kompromiss zwischen Dynamikbereich und Signal-Rausch-Verhältnis erfordert. Bei Zoom-ADCs wird sogar der Dynamikbereich des ersten Integrierers durch sogenanntes Overranging reduziert. Der zeitkontinuierliche Integrierer kann durch analoge und digitale Komponenten so erweitert werden, dass die Begrenzung des Dynamikbereichs aufgehoben wird. Solche hybriden Integrierer sind nicht nur für CT-Delta-Sigma-ADCs und Analogrechner geeignet, sondern könnten auch in Zoom-ADCs, die eine Kaskadierung von SAR-ADCs und CT-Delta-Sigma-ADCs darstellen, das Overranging-Problem entschärfen. Die zusätzlichen Komponenten des hybriden Integrierers bergen natürlich neue Fehlerquellen. Daher hat der hybride Integrierer nur dann eine Chance, vorteilhaft eingesetzt zu werden, wenn es gelingt, diese Fehler automatisch und kontinuierlich zu korrigieren bzw. eine Kalibrierung durchzuführen. Die Möglichkeiten der Kalibrierung hängen dabei natürlich stark vom Anwendungsfall des hybriden Integrierers ab. In diesem Projekt soll ein hybrider Integrierer nach einem verbesserten Verfahren auf Transistorebene entwickelt und nach Möglichkeiten der Fehlerkorrektur und Kalibrierung gesucht werden. Die Verfahren sollen dann an zwei hybriden Integrierern auf einem Testchip verifiziert werden. Mit zwei hybriden Integrierern können drei Testschaltungen konfiguriert werden: Ein einfacher Delta-Sigma-Modulator zweiter Ordnung, ein Sinus-Cosinus-Oszillator und ein Analogrechner mit Differentialgleichung zweiter Ordnung. In der praktischen Evaluierung wird der hybride Integrierer mit den Fehlerkorrektur- und Kalibrierungsverfahren sowohl einzeln als auch in den drei Testschaltungen kritisch untersucht und mit den Simulationsdaten verglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen