Advanced System Engineering

Entwurf elektrischer und multiphysikalischer Systeme

© Foto Fraunhofer ENAS

Effiziente Modellierung für schnelle Simulationen und Design von mixed-signal Systemen

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Charakterisierung der Signalintegrität eines 3D-Systems für Automobil-Anwendungen

Das Aufgabenspektrum der Entwicklung von komplexen mikro- und nanoelektronischen Systemen umfasst alle relevanten Bereiche des Systementwurfs, vom Chip über Package und Modul bis zum PCB. Dabei liegt ein Schwerpunkt der Arbeit in der Charakterisierung komplexer elektronischer Systeme durch Modellierung, Simulation und Messung parasitärer elektromagnetischer Effekte. Zur Erfüllung dieser Aufgaben verfügt die Abteilung ASE über verschiedenste kommerzielle Simulationswerkzeuge, darunter CST Studio Suite und Agilent ADS, und eine anspruchsvolle Messgeräteausstattung, die es erlauben die unterschiedlichsten parasitären Effekte zu untersuchen. Die Kombinierung dieser Disziplinen ermöglicht die Charakterisierung und Analyse von neuen Technologien wie beispielsweise die drahtlose Energie- und Datenversorgung, 3D MID Baugruppen und Sensorsysteme bereits im Vorfeld eines Prototypenentwurfes.

Da mit zunehmender Komplexität der zu charakterisierenden Systeme der zeitliche Aufwand und damit auch die Kosten steigen, bedarf es effizienter und genauer Modelle, die eine deutliche Reduktion des Rechenaufwands ermöglichen. Hierzu werden Verfahren untersucht, welche das Übertragungsverhalten verschiedenster Strukturen sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich approximieren. Dies geschieht im Fall nichtlinearer Systeme durch den Einsatz neuronaler Netze. Unter Verwendung spezieller Verfahren aus der Systemidentifikation kann das Ein- und Ausgangsverhalten komplexer Systeme mit einer guten Genauigkeit beschrieben werden. Für die Klasse der nichtlinearen Systeme werden zudem neue Konzepte, Methoden und Algorithmen erforscht und entwickelt. Neben diesen Modellen werden automatisierte Entwurfskonzepte (zum Beispiel Hardware-Software-Co-Design) erarbeitet und mit kommerzieller Software verknüpft.

Ein weiterer Schwerpunkt ist die Erforschung und Weiterentwicklung präziser und hoch effizienter ereignisgesteuerter Simulationsmodelle für Digital-Analog-Schaltungen, da sowohl Spice- und Verhaltens-Simulationen als auch lineare Simulationen das schaltende und nichtlineare Verhalten nicht ausreichend effizient abbilden können. Ein äußerst wichtiges Beispiel für eine Digital-Analog-Schaltung ist der Phasenregelkreis (Phase-Locked Loop - PLL). Dieser wird in verschiedensten Anwendungen, wie Modulation und Demodulation, Daten- und Taktrückgewinnung, sowie der Synchronisation und Frequenzsynthese, benötigt. Für einen robusten und optimierten Systementwurf von PLLs ist ein effizientes Modell für das hochgradig nichtlineare und schaltende Verhalten essentiell. Daher werden in der Abteilung ASE Modelle für die nichtidealen und parasitären Effekte wie zum Beispiel Totzeit, nichtlineare Charakteristik des VCO, Signalstörimpulse und Rauschen entwickelt und innerhalb des ereignisgesteuerten Modells berücksichtigt. Diese können somit für einen sehr effizienten, schnellen und robusten System-Entwurf des Phasenregelkreises und eine Vielzahl von Randbedingungen herangezogen werden. Die so optimierten Entwurfsverfahren steigern die Qualität von Digital-Analog-Schaltungen im Allgemeinen und bleiben nicht auf den Phasenregelkreis beschränkt.