Techn. Univ., Diss.--Dresden, 2007.

Ilmenau, Techn. Universiẗat, Diss., 2001.

Zugl.: Magdeburg, Univ., Diss., 2008

Zugl.: Dresden, Techn. Univ., Diss., 2007

Universiẗat, Diss.--Karlsruhe, 2006.

Die vorliegende Arbeit behandelt den Entwurf eines ADCs nach dem sukzessiven Approximationsverfahren (SAR). Ausgehend von den Systemanforderungen erfolgt eine Ableitung der Spezifikation des zu entwerfenden ADCs. Theoretische Betrachtungen und Highlevelsimulationen in Matlab wählen die optimale Architektur der Einzelkomponenten - kapazitives DAC Array, Komparator, Ablaufsteuerung - aus. Die Implementation selbst findet für die Analogschaltungsteile auf Transistorebene und für die digitalen Komponenten auf RT-Ebene in VHDL statt. Sie bilden die Grundlage für die Realisierung des Layouts. In dem Zusammenhang stellt die Arbeit die gängigsten Matchingmethoden für elektronische Bauelemente vor. Abschließende PEX-Simulationen (parasitic Extraction) ermitteln die statischen (INL/DNL) wie dynamischen Kennwerte (SNR) des SAR-ADCs.:Abkürzungsverzeichnis iii Formelzeichen v 1 Einleitung 1 2 Grundlagen 2 2.1 Analog/Digital-Umsetzer 2 2.1.1 Umsetzungsverfahren 2 2.1.2 Statische Kennwerte 8 2.1.3 Dynamische Kennwerte 12 2.2 Technologie 17 2.2.1 Übersicht 17 2.2.2 MOS-Transistoren 17 2.2.3 Kapazitäten 18 2.2.4 Widerstände 18 2.3 Hardwarebeschreibungssprache 19 2.3.1 Übersicht 19 2.3.2 Zustandsautomat 19 2.3.3 Look-Ahead-Ausgang 20 3 Spezifikation 21 4 ADU-Topologie 23 4.1 Vorüberlegungen 23 4.1.1 Umsetzungsverfahren 23 4.1.2 Vergleich Widerstand/Kapazität 23 4.1.3 Differenziell Vs. Single-Ended 24 4.1.4 Kapazitätsarray 25 4.2 ADC High-Level Modell 30 4.2.1 Funktionsblöcke 30 4.2.2 Matlab/Simulink 31 4.2.3 Simulation 34 4.3 Parasitäre Effekte 37 4.3.1 Substratkapazität 37 4.3.2 Komparatoroffset 39 5 Schaltungsdesign & -simulation 41 5.1 Komparator 41 5.1.1 Spezifikation 41 5.1.2 Latch 41 5.1.3 Vorverstärker 43 5.1.4 Gesamtsystem 46 5.2 Schalter 46 5.2.1 Funktionsweise 46 5.2.2 Ladungseintrag 46 5.2.3 Dimensionierung & Simulation 47 5.3 Kapazitätsarray 51 5.4 SAR-Controller 51 5.4.1 Vorüberlegung 51 5.4.2 RTL Design 52 5.4.3 Simulation 55 5.4.4 Synthese 57 5.4.5 Optimierung 59 5.5 ADC (Toplevel) 59 5.5.1 Architektur 59 5.5.2 Simulation 61 6 Layout 64 6.1 Komparator 65 6.1.1 Vorverstärker 1 65 6.1.2 Vorverstärker 2 66 6.1.3 Dynamisches Latch 66 6.2 Transmission Gates 67 6.3 Kapazitätsarray 68 6.4 SAR-Controller 70 6.5 ADC (Toplevel) 70 6.6 PEX Simulation 72 6.6.1 Statischer Test 72 6.6.2 Dynamischer Test 73 7 Zusammenfassung 74 Literaturverzeichnis 76 Bücher 76 Skripte und Schriften 76 Internetlinks 78 Abbildungsverzeichnis 79 Tabellenverzeichnis 82 Anhang 84

Tire pressure monitoring systems (TPMSs) predict over- and underinflated tires, and warn the driver in critical situations. Today, battery powered TPMSs suffer from limited energy. New sensor features such as friction determination or aquaplaning detection require even more energy and would significantly decrease the TPMS lifetime. Harvesting electrical energy inside the tire of a vehicle has been considered as a promising alternative to overcome the limited lifetime of a battery. However, it is a real challenge to design a system, that generates electrical energy at low velocities while being robust at 200 km/h where radial accelerations up to 20000 m/s2 occur. This work focusses on developing different electromechanical energy transducers that meet the high requirements of the automotive sector. Different approaches are addressed on how the change of acceleration and strain within the tire can be used to provide mechanical energy to the energy harvester. The energy harvester converts the mechanical energy into electrical energy. In this thesis, piezoelectric and electromagnetic transducers are discussed in depth, modelled as electromechanical networks. Since the transducers provide energy in the form of an AC voltage, but sensors require a DC voltage, various common interface circuits are compared, using LTspice and applying method of the stochastic signal analysis. Furthermore, a buck-boost converter concept for the electromagnetic energy harvester is optimized and improved. Experiments on a tire test rig validate the theoretically determined output and confirm that well designed energy harvesters in the tire can generate much more energy than required by an TPMS not only at high velocities but also at velocities as low as 20 km/h.

Techn. University, Diss., 2004--Darmstadt.

This paper discusses basic issues of micromachined ultrasonic transducers, including their design and fabrication. First, the acoustic fundamentals of ultrasonic transducers are introduced, and relevant simulation methods are illustrated. Following these topics, important aspects of silicon micromachining are presented. Based on this knowledge, two distinctive micromachining processes for transducer fabrication are proposed. One of them, the bulk process, has been proved to be successful, whereas for the second one, a surface process, some improvements are still needed. Besides these works, an innovative direct bonding technology is also developed. This technology constitutes the basis of the bulk process. Of course, it can also be used for the packaging of other MEMS devices.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit DC/DC-Wandlern zur Einbindung von Doppelschichtkondensatoren in das Fahrzeugenergiebordnetz. Zunächst werden die Anforderungen an derartige DC/DC-Wandler anhand dreier entsprechender Beispielanwendungen zusammengestellt und verglichen. Für die Anwendung zur Entkopplung transienter Hochleistungsverbraucher, wie beispielsweise eine elektrische Lenkung, wird ein DC/DC-Wandler-Konzept entwickelt. Es findet ein Vergleich von drei geeigneten Topologien mittels einer hierfür erarbeiteten Methode statt, mit dem Ziel die beste Lösung für den betrachteten Anwendungsfall zu ermitteln. Um adäquate Kritierien für die Wahl der Schaltfrequenz und der Induktivitäten von Speicherdrosseln aufzustellen, erfolgt eine Untersuchung des Einflusses des Drosselstromwechselanteils auf das Schaltverhalten der MOSFETs sowie auf bestimmte Bereiche der EMV-Störemissionen. Als Methoden zur Optimierung des Synchrongleichrichterbetriebs werden das Parallelschalten von Schottky-Dioden und Synchrongleichrichtern sowie die Variation der Ausschalttotzeiten von Synchrongleichrichtern untersucht. Weiterhin wird unter Berücksichtigung der Besonderheiten der Anwendung und Topologie ein Konzept für die Regelung des Wandlers entwickelt. Abschließend findet eine Vorstellung ausgewählter Aspekte zur Umsetzung des DC/DC-Wandler-Konzepts sowie der Ergebnisse experimenteller Untersuchungen statt.