Forschungsprojekte des Fachgebiets Mixed-Signal-Schaltungen

• "Hören mit Licht" - Entwicklung der Implantat-Elektronik für das optische Cochlea-Implantat

  In diesem Projekt wird die Implantat-Elektronik für ein 64-kanaliges optisches Cochlea-Implantat entwickelt. Am IMS liegt der Schwerpunkt auf einer integrierten Schaltung zur Ansteuerung von Laserdioden-Arrays, die in ein elektronisches Gesamtsystem mit drahtloser Energie- und Datenübertragung eingebunden wird.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Holger Blume, Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wicht

  Team: Henrik Heymann, M.Sc., Adrian Gehl, M.Sc.

  Jahr: 2024

  Laufzeit: 2023-2025
• KI4BoardNet: DC/DC-Wandler für Bordnetze mit KI-basierter Regelung

  Ziel des Teilvorhabens ist die Erforschung von DC-DC-Wandlern für Automobil-Bordnetze mit selbst-lernenden Algorithmen zum Ausgleich von Schwankungen passiver L-C-Bauelemente. Dies soll es ermöglichen, signifikant kostengünstigere Bauteile mit größeren Parametertoleranzen einzusetzen.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Bernard Wicht

  Team: Joseph Winkler, Dr.-Ing. Markus Olbrich, u.a.

  Jahr: 2023

  Förderung: BMVF

  Laufzeit: 1.12.2022-30.11.2025
• Integriertes Schaltungsdesign für einen getakteten Hochspannungs-Verstärker (SmartAmp)

  Das übergeordnete Ziel dieses Projektes ist die Implementierung eines Hochspannungsverstärkers (min. 60 V) und eines Hochfrequenz-Class-D-Verstärkers inklusive integrierter Stromnachbildungsschaltung und Signalgenerator für raue Umgebungen bei Temperaturen bis 175 °C.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wicht

  Team: Dietmar Spiger

  Jahr: 2022

  Förderung: Industrie

  Laufzeit: 01.06.2021-31.05.2023
• Formale Verifikation von analoger AI-Hardware (FAI)

  Das Projekt hat zum Ziel, formale Methoden zur Verifikation von analog realisierten Neuronalen Netzen zu erforschen. Dabei stehen die Parametervariationen der analogen Schaltungskomponenten im Vordergrund.

  Leitung: Dr.-Ing. Markus Olbrich

  Team: Thomas Bartelsmeier

  Jahr: 2022

  Förderung: DFG

  Laufzeit: 1.7.2022-30.6.2025
• Untersuchung von effizienten Spannungswandler-Topologien for die nächste Mikrocontroller-Generation

  Der zunehmende Einsatz von Fahrerassistenzsystemen bis hin zu vollständig autonomen Fahrzeugen erfordert die Integration einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren im Automobil. Zur Auswertung und Weiterverarbeitung der Sensordaten werden immer leistungsfähigere Mikrocontroller benötigt. Ziel des Projekts ist die Erforschung und Entwicklung eines direkt in den Mikrocontroller integrierbaren Power-Management-Systems. Dabei stehen hohe Energieeffizienz, Kompaktheit und niedrige Kosten im Fokus. Zusätzlich sollen Lösungen für eine Skalierbarkeit des Systems erarbeitet werden, die eine einfache Anpassung an verschiedene Ausgangsleistungsbereiche ermöglichen.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Bernard Wicht

  Team: Adrian Gehl

  Jahr: 2021

  Förderung: Industrie

  Laufzeit: 01.04.2020 – 31.03.2023
• Vollintegrierte und systemoptimierte Elektroniklösungen am Solarmodul (Voyager-PV)

  Seit nunmehr drei Jahrzehnten wird in Wissenschaft und Industrie die Idee von direkt ins Solarmodul integrierten Wechselrichtern verfolgt. Mit solchen AC-Solarmodulen werden enorme Kosten- und Qualitätsvorteile möglich. Ziel im Projekt ist es, die technologischen Voraussetzungen für eine drastische Kostenreduktion bei der PV-Kleinst-Anlagenelektronik zu schaffen, bei gleichzeitiger Erfüllung der in diesem Segment deutlich höheren Zuverlässigkeits- und Lebensdaueranforderungen und der neuen zukünftigen Anforderungen hinsichtlich Netzdienlichkeit, Digitalisierung und Sicherheit.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wicht

  Team: Christoph Hillmer

  Jahr: 2020

  Förderung: BMWi 7. Energieforschungsprogramm „Innovationen für die Energiewende“

  Laufzeit: 01.04.2020 – 31.03.2023
• Neue Simulationsmethoden zur beschleunigten Mixed-Signal-Simulation

  Dieses Forschungsprojekt basiert auf einem speziellen Ansatz zur beschleunigten Mixed-Signal-Simulation von analogen Schaltungsmodellen. Das Verfahren ist derzeit auf stückweise konstante Eingangserregungen optimiert. Eines der wesentlichen Ziele dieses Forschungsprojekts ist die Erweiterung der neuartigen Simulationsmethodik um die Berücksichtigung zusätzlicher Typen von Signaleingangserregungen.

  Leitung: Dr.-Ing. Markus Olbrich, Prof. Dr.-Ing. Erich Barke

  Team: Dipl.-Ing. Sara Divanbeigi

  Jahr: 2019

  Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG): BA 812/24-1

  Laufzeit: März 2014 - September 2019
• Erforschung rekonfigurierbarer, passiver Mikroelektronik-Bauelemente für Energieeffizienz und Flexibilität (ERMI)

  Das Forschungsvorhaben dient der Nutzung von neuartigen rekonfigurierbaren passiven Bauelementen für integrierte energieeffiziente Spannungswandler zur lokalen Spannungsversorgung (Point-of-Load). Ziele sind eine erhöhte Energieeffizienz und ein phasenangepasster Schaltungsentwurf. Besonders wichtig ist dies bei mehrphasigen Wandlern, die eine Vielzahl paralleler Induktivitäten verwenden, um die steigenden Anforderungen an hocheffiziente und leistungsfähige Spannungsversorgungen für moderne Mikrocontroller und Prozessoren in wichtigen Wachstumsfeldern wie Mobilität, Industrial, Energie und Biomedizin zu erfüllen.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wicht

  Team: Ferdinand Pieper

  Jahr: 2019

  Förderung: BMBF „Forschung für neue Mikroelektronik“ (ForMikro)

  Laufzeit: 01.10.2019 – 31.09.2023

Analog/Mixed-Signal-Entwurf

• GaN-on-Si

  Die GaN-on-Si-Prozesstechnologie ermöglicht eine vollständig integrierte Lösung für die zukünftige Leistungselektronik, einschließlich hoher Effizienz, geringer Größe und minimierter parasitärer Effekte. Abhängig von dem Grad der GaN-Integration, der erreicht werden kann, werden zusätzliche monolithische Integrationsmärkte damit angesprochen. Während dies eine bedeutende Chance für Innovation und Differenzierung bietet, ist ein Mindestschwellenwert für die Integration erforderlich, bevor dies erreichbar wird. Ziel dieses Projekts ist es, die Optionen und Einschränkungen für die monolithische GaN-Integration zu untersuchen - um Erfahrungen zu sammeln, Entwurfsmethodiken zu entwickeln und Feedback zur Prozessentwicklung zu geben.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Bernard Wicht

  Team: Maik Kaufmann

  Jahr: 2020

  Förderung: Industrie

  Laufzeit: 01.10.2017 – 31.09.2020
• Multi-Energy Harvesting (MEH) - Flexible Plattform für Energiesammelsysteme für die Gebäudeautomation

  Im Rahmen des Projektes wird ein Plattformkonzept für Komponenten intelligenter Gebäudeautomationssysteme entwickelt, das als Grundlage zukünftiger Sensoren und Aktoren der nächsten Generation dient. Charakteristisches Merkmal bei diesem Plattformkonzept ist der besonders geringe Energiebedarf und gleichzeitig die besonders niedrige Versorgungsspannung. Diese Merkmale ermöglichen in Kombination mit dem Energieernten aus unterschiedlichen Quellen (Multi-Energy-Harvester) einen längeren Betrieb mit weniger Batteriezellen im Vergleich zu bestehenden Systemen.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. H. Blume, Prof. Dr.-Ing. B. Wicht, apl. Prof. Dr.-Ing. G. Payá Vayá

  Team: M.Sc. Moritz Weißbrich, M.Sc. Lars-Christian Kähler

  Jahr: 2019

  Förderung: BMBF

  Laufzeit: Oktober 2018 - März 2021
• Gate-Treiber mit digitaler Schaltflankenregelung

  Erforschung, Modellierung und Optimierung des Schaltverhaltens verschiedener Leistungshalbleiter (IGBT, CoolMOS, OPTIMOS, SiC FET). Konzepterstellung und Prototypen-Schaltungsdesign für optimierte Gate-Treiber mit digital geregeltem Ansteuerprofil für Anwendungen im Bereich Motor Drive, SMPS oder PFC.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wicht

  Team: Johannes Gröger

  Jahr: 2018

  Förderung: Industrie

  Laufzeit: abgeschlossen
• Hochintegrierte ACDC-Wandler als Kleinstnetzteile für direkten 230-V-Netzbetrieb von Integrierten Schaltungen (HAWIS)

  Forschung an Schaltungs- und Systemkonzepten für ACDC-Wandler (Gleichrichter) zum direkten Anschluss eines ICs bzw. daraus aufgebauter Elektroniksysteme am 230V-Netz mit der Motivation, externe großvolumige Netzteile einzusparen und optimale Leistungseffizienz betriebsabhängig einzustellen.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wicht

  Team: Daniel Lutz

  Jahr: 2018

  Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

  Laufzeit: abgeschlossen
• Hochintegrierte Strommesschaltungen für hochperformante Leistungselektronik

  Entwicklung von Schaltungs- und Systemkonzepten für hochintegrierte Strommessung mit Potentialtrennung für Motoren und DCDC-Wandler in verschiedenen Leistungsklassen.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wicht

  Team: Tobias Funk

  Jahr: 2018

  Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung / Robert Bosch GmbH

  Laufzeit: abgeschlossen
• Getaktete Spannungswandler mit digitaler Regelung

  Bewertung der Vor- und Nachteile einer Verlagerung der Regelung in die "Digitaldomäne". Erarbeitung von Lösungsvorschlägen für die system- und schaltungstechnischen Herausforderungen und prototypische Realisierung.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wicht

  Team: Samuel Quenzer-Hohmuth

  Jahr: 2018

  Förderung: Industrie

  Laufzeit: abgeschlossen
• Hochfrequent getaktete Spannungswandler

  Erforschung von Schaltungskonzepten zur Erhöhung der Taktfrequenzen von integrierten DC/DC-Wandlern mit dem Ziel der Verringerung der Systemkosten durch Verkleinerung / Wegfall externer Bauelemente

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wicht

  Team: Jürgen Wittmann

  Jahr: 2018

  Förderung: Industrie

  Laufzeit: abgeschlossen
• Treiberkreis für Hochvoltbauelemente

  Erforschung von System- und Schaltungskonzepten für Hochvolt-Treiber ICs zur galvanisch-getrennten Ansteuerung von Leistungstransistoren, insbesondere GaN-Transistoren, mit dem Ziel der Erhöhung der Zuverlässigkeit, Kostenreduzierung und Erschließung neuer Funktionalität durch Höherintegration.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wicht

  Team: Achim Seidel

  Jahr: 2018

  Förderung: Öffentlich gefördert und Industriekooperation

  Laufzeit: abgeschlossen
• Hochvolt-Spannungwandler-ICs >300 V für Mikronetzteile in IoT-Anwendungen

  Forschung an Schaltungs- und Systemkonzepten für DCDC- und ACDC-Wandler zum direkten Anschluss eines ICs bzw. daraus aufgebauter Elektroniksysteme am 230V-Netz mit der Motivation, externe großvolumige Netzteile einzusparen und optimale Leistungseffizienz betriebsabhängig einzustellen. Neben IoT werden Anwendungen im Bereich Elektromobilität, Industrie und Energie adressiert.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wicht

  Team: Christoph Rindfleisch

  Jahr: 2017
• Hybride DCDC-Wandler

  Untersuchung hybrider integrierter DCDC-Wandler, durch Kombination induktiver und kapazitiver DCDC-Wandler-Konzepte, Studie zu Theorie und Stand der Technik, Definition und Implementierung eines neuartigen Wandlers.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wicht

  Team: Peter Renz

  Jahr: 2016

  Förderung: Industrie

Electronic Design Automation

• ANCONA: Analoge Mixed-Level-Modellierung mit beschleunigter Mixed-Signal-Simulation zur Erhöhung der Analog-Coverage

  Als Forschungspartner des EDA-Clusterforschungsprojektes entwickelt das IMS Methoden zur Quantifizierung und Erhöhung der Analog-Coverage. Dabei liegt der Fokus auf der Modellierung von analogen und Mixed-Signal-Schaltungen sowie deren Verifikation und Validierung. In diesem Zusammenhang ist unter Analog-Coverage ein Maß dafür zu verstehen, wie vollständig alle relevanten Betriebsfälle einer Analogschaltung mit welcher Sicherheit verifiziert wurden.

  Leitung: Dr.-Ing. Markus Olbrich

  Team: Dipl.-Ing. Lukas Lee

  Jahr: 2017

  Förderung: Das Projekt ANCONA wird unter dem Förderkennzeichen 16ES021 im Förderprogramm IKT 2020 durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

  Laufzeit: Juli 2014 - Juni 2017
• Parallelisierung von Routingalgorithmen

  Werkzeuge zur Erzeugung der Verdrahtung für einen gegebenen Chip haben aufgrund der Komplexität dieses Problems sehr hohe Laufzeiten. Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Beschleunigung dieses Vorgangs durch die Ausnutzung hochparalleler Architekturen, insbesondere Graphical Processing Units. Zu diesem Zweck sollen Algorithmen und Datenstrukturen gefunden werden, die eine effiziente Aufteilung des Problems auf eine große Anzahl an Recheneinheiten erlauben.

  Leitung: Dr.-Ing. Markus Olbrich

  Team: Dipl.-Math. Björn Bredthauer

  Jahr: 2014
• RESCAR 2.0

  Das IMS entwickelt Methoden, die der Verwaltung von domänenübergreifenden Constraints dienen.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Erich Barke

  Team: M.Sc. Carolin Katzschke

  Jahr: 2014

  Förderung: Das Projekt ResCar wird unter dem Förderkennzeichen 16M3195 im Förderprogramm IKT 2020 durch das BMBF gefördert.

  Laufzeit: Februar 2011 - April 2014
• 3D-Floorplanning

  Das Forschungsprojekt hat sich als Ziel gesetzt, geeignete Optimierungsverfahren und Datenstrukturen für das 3D-Floorplanning zu entwickeln, bzw. vorhandene Verfahren und Datenstrukturen an das 3D-Floorplanning anzupassen. Weiterhin soll untersucht werden welche Entwurfsziele beim 3D-Floorplanning von Bedeutung sind. Gegebenenfalls sollen neue Entwurfsziele definiert und in das Optimierungsverfahren integriert werden.

  Leitung: Dr.-Ing. Markus Olbrich

  Team: M.Sc. Artur Quiring

  Jahr: 2014

  Laufzeit: abgeschlossen
• Verlässliche Modellierung

  Ziel des Projektes ist die Erzeugung von Verhaltensmodellen, die Parameterabweichungen in der Originalschaltung berücksichtigen. Die Parameterabweichungen werden mit Hilfe der affinen Arithmetik dargestellt.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Erich Barke

  Team: Dipl.-Ing. Anna Krause

  Jahr: 2014
• Lösungsverfahren für semi-symbolische Analog-Simulationen

  Die Parameter von analogen Schaltungen sind im Allgemeinen nicht exakt bekannt, denn sie unterliegen Schwankungen durch den Herstellungsprozess, Alterung oder die Umgebungstemperatur. Am Institut für mikroelektronische Systeme wurde ein Analogschaltungssimulator entwickelt, der zur Simulation solcher Parameterschwankungen affine Arithmetik verwendet. Ziel dieses Projektes ist die Vergrößerung des Konvergenzbereiches durch Gebietsaufteilungen.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Erich Barke

  Team: Dipl.-Ing. Oliver Scharf

  Jahr: 2014

  Laufzeit: Januar 2012 - Mai 2015
• NEEDS

  Hochintegrierte Elektroniksysteme mit heterogenen Komponenten ermöglichen in vielen Anwendungsfeldern die Einsparung von Ressourcen und Kosten. Um das Potenzial der Elektronik noch vielfältiger zu nutzen, erforscht NEEDS den Entwurf einer neuen Klasse von Elektroniksystemen, welche die Stapelung von ungehäusten Chips mit vielfältigen Funktionen ermöglicht.

  Leitung: Dr.-Ing. Markus Olbrich

  Team: M. Sc. Artur Quiring

  Jahr: 2013

  Förderung: Das Projekt NEEDS wird unter dem Förderkennzeichen 16M3090 im Förderprogramm IKT 2020 durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

  Laufzeit: Dezember 2010 - November 2013
• ROBUST

  Im Projekt Robust werden neue Methoden und Verfahren zum Entwurf robuster nanoelektronischer Systeme entworfen. Hierzu werden Maße zur Quantifizierung der Robustheit definiert. Diese Maße werden mit Hilfe zu abstrahierender Robustheitsmodelle und unter Anwendung neuer Robustheitsanalyseverfahren für die Systemebene ermittelt.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. Erich Barke

  Team: Dipl.-Ing. Michael Kärgel

  Jahr: 2009

  Förderung: BMBF

  Laufzeit: Mai 2009 - April 2012

Prozessorarchitekturen

• Multi-Energy Harvesting (MEH) - Flexible Plattform für Energiesammelsysteme für die Gebäudeautomation

  Im Rahmen des Projektes wird ein Plattformkonzept für Komponenten intelligenter Gebäudeautomationssysteme entwickelt, das als Grundlage zukünftiger Sensoren und Aktoren der nächsten Generation dient. Charakteristisches Merkmal bei diesem Plattformkonzept ist der besonders geringe Energiebedarf und gleichzeitig die besonders niedrige Versorgungsspannung. Diese Merkmale ermöglichen in Kombination mit dem Energieernten aus unterschiedlichen Quellen (Multi-Energy-Harvester) einen längeren Betrieb mit weniger Batteriezellen im Vergleich zu bestehenden Systemen.

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. H. Blume, Prof. Dr.-Ing. B. Wicht, apl. Prof. Dr.-Ing. G. Payá Vayá

  Team: M.Sc. Moritz Weißbrich, M.Sc. Lars-Christian Kähler

  Jahr: 2019

  Förderung: BMBF

  Laufzeit: Oktober 2018 - März 2021

Rekonfigurierbare Architekturen

• Schaltungsentwurf und physikalisches Design für eine neuartige FPGA-Architektur

  Untersuchung und Validierung der Machbarkeit und der erzielbaren Leistung eines neuartigen Field Programmable Gate Array (FPGA).

  Leitung: Prof. Dr.-Ing. H. Blume, apl. Prof. Dr.-Ing. G. Payá Vayá

  Team: B. Bredthauer, C. Spindeldreier

  Jahr: 2013

  Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

  Laufzeit: Mai 2013 - Juli 2014