Die Forschungsgruppe widmet sich hauptsächlich dem Entwurf von energieeffizienten Hochfrequenzschaltungen, die besonders in batteriebetriebenen Sensornetzwerken und in der drahtlosen Kommunikation von Bedeutung sind. Um leistungssparende Gesamtsysteme umsetzen zu können, werden die Sende- und Empfangsschaltungen auch durch Power-Management-Lösungen und analoge Sensor-Ausleseschaltungen ergänzt.
Forschungsziel
Die Gruppe richtet ihre Forschungsaktivitäten auf die Minimierung des Leistungsverbrauchs von vollintegrierten Sende- und Empfangsschaltungen bei gleichzeitiger Sicherstellung der notwendigen HF-Eigenschaften. In vielen Knoten drahtloser Sensornetzwerke ist der Leistungsverbrauch des Sende- und Empfangsmodules der dominierende Faktor. Deshalb richtet sich das Design energieeffizienter drahtloser Kommunikationssysteme zuerst auf den präzisen Entwurf der Hochfrequenzschaltungen, um Signalverluste und Rauschbeiträge zu minimieren und möglichst hohe Signalverstärkung bei minimalem Leistungsverbrauch zu erreichen. Darüber hinaus sind ein intelligentes Co-Design mit dem Basisband-Prozessor und die Implementierung geeigneter Kommunikationsprotokolle erforderlich, um die Batterielebensdauer in solchen drahtlosen Sensorknoten zu verlängern.
Weiterhin befasst sich die Arbeitsgruppe auch mit dem Entwurf von strahlungsfesten Hochfrequenzschaltungen für die Raumfahrt. Neben dem Leistungsverbrauch liegen die Herausforderungen hier insbesondere auch in der Sicherstellung eines zuverlässigen Betriebs unter teilweise harten Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise dem Temperaturbereich, der Belastung durch kosmische Strahlung und auch schwierigen Funkausbreitungsbedingungen (im Satelliten). Dafür werden spezifische Schaltungslösungen entwickelt. Unterstützend dazu werden Simulationsmethoden und Entwurfsstrategien weiterentwickelt, um Strahlungseffekte auf Hochfrequenzschaltungen besser modellieren und deren Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit der ICs zu minimieren.
Forschungsschwerpunkte
- Wake-Up-Empfänger
- Sende- und Empfangsschaltungen für drahtlose Sensornetzwerke
- Impulse-Radio Ultra-Wide Band (UWB) Sende- und Empfangsschaltungen zum Einsatz in der drahtlosen Kommunikation, Lokalisierung in Gebäuden und Radar
- analoge Ausleseschaltungen für Sensoren
- integriertes Power-Management
- strahlungsfeste Hochfrequenzschaltungen für die Raumfahrt
- Radhard-Design-RF-Schaltungen
Forschungsergebnisse
Es wurden zwei unterschiedliche Impulse Radio-UWB-Sende- und Empfangsschaltungen entwickelt, die einerseits für die drahtlose Kommunikation über kurze Entfernungen in schwierigen Umgebungsbedingungen und andererseits für hochpräzise Lokalisierungsanwendungen in Gebäuden eingesetzt werden. Sie erfüllen die UWB-Regulierungsanforderungen in Europa und den USA. Sie sind mit intern steuerbaren Schlafmodi ausgestattet, um den mittleren Leistungsverbrauch zu senken, ohne dabei die Funktionalität zu beschränken. Eine der beiden Lösungen ist kompatibel mit dem IEEE 802.15.4a-Standard, erlaubt die Kommunikation in 4-HF-Kanälen zwischen 6,0 und 8,5 GHz und ermöglicht die Nutzung verschiedener Datenraten von 0,85 Mbit/s bis 27,24 Mbit/s. Die zweite Lösung nutzt ein proprietäres Kommunikationsschema und ist speziell optimiert für hochgenaue Abstandsbestimmung (besser als 1 cm) mit hoher Update-Rate. Diese Lösung ermöglicht das hochgenaue Lokalisieren und Navigieren von autonom fahrenden und fliegenden Fahrzeugen beispielsweise in Gebäuden, wo GPS weder verfügbar noch genau genug wäre.
Für die Nutzung der Glasfaserkommunikation in Satelliten (beispielsweise Kommunikationssatelliten mit sehr hohem Datendurchsatz) wurden Transimpedanz-Verstärker (TIA) und VCSEL-Treiber entwickelt, die an der Schnittstelle zwischen der optischen Glasfaser und der elektronischen Welt benötigt werden. Darüber hinaus kann die Gruppe auf langjährige Erfahrungen beim Entwurf von Frequenz-Synthesizern mit höchster Performance für Raumfahrtanwendungen zurückgreifen. Unterstützt werden die Schaltungsentwürfe durch theoretische Forschungsbeiträge zur Modellierung von Phasenrauscheffekten und Schaltungsansätzen zu deren Minimierung.
