Modulverantwortliche

• Prof. Dr. Yiannos Manoli
• Prof. Dr. Oliver Paul
• Prof. Dr. Leonard Reindl

Lehrveranstaltungstyp

Blended learning inkl. tutorieller Betreuung (Vorlesung mit Übung)

Turnus

Jedes Sommersemester

Sprache

Deutsch

Bedeutung innerhalb des Curriculums

Eines von vier verpflichtend zu belegenden Methodenmodule für Bachelor-Absolventen von Berufsakademien und Fachhochschulen

Voraussetzungen

keine

Lernziele

Die Studierenden haben ein Verständnis für die methodische Vorgehensweise beim Entwurf von Mikrosystemen und einen Überblick über die elementaren Konzepte der Methodik. Vordergründig beherrschen sie das Prinzip des Top-Down-Entwurfs. Den Ausgangspunkt bildet die Spezifikation, die im Verlauf des Entwurfsprozesses immer weiter verfeinert wird und dabei eine Betrachtung auf verschiedenen Ebenen erlaubt. Sie kennen die Grundlagen der Prozesstechnik und der Betrachtung der physikalischen Grundlagen zur Beschreibung mikromechanischer Systeme. Die Studierenden beherrschen folgende Stationen des Entwurfsablaufs:

• Systementwurf und abstrakte Beschreibung bzw. Modellierung als ausführbare Spezifikation auf Systemebene mittels MATLAB/Simulink (Signalfluss).
• Möglichkeiten der Modellierung und Simulation von Schaltungen mit Spice. Entwurf und Verfeinerung von Mixed-Domain Systemen unter Zuhilfenahme entsprechender Beschreibungs- und Simulationswerkzeuge (Differentialgleichungen, VHDL-AMS).
• Simulationsmöglichkeiten, basierend auf der Finite-Elemente-Methode zur Modellierung mikromechanischer Systeme (Sensoren, Aktoren) und der damit verbundenen physikalischen Vorgänge, die mittels Differentialgleichungen beschrieben werden können (ANSYS, FEMLAB).

Neben der Realisierung der gewünschten Spezifikation (und damit der Funktionsweise) kennen die Studierenden Möglichkeiten zur Verifikation der Funktionsfähigkeit des Systems und sind in der Lage, diese frühzeitig und auf allen Ebenen des Entwurfsablaufs zu berücksichtigen.

Lehrinhalt

Einführend werden die Prozesstechnik erläutert und die physikalischen Grundlagen zur Beschreibung mikromechanischer Systeme behandelt. Weitere Themen sind der Entwurfsablauf, Entwurfsstile, Simulations-möglichkeiten, die Vorstellung von Simulationswerkzeugen wie Spice zur Schaltungssimulation, von Hardwarebeschreibungs-sprachen und letztendlich der Abbildung von Spezifikationen auf Prozesse. Für die Implementierung von mikromechanischen Systemen wird die Anwendung von Simulatoren (wie ANSYS und FEMLAB), die auf der Finite-Elemente-Methode basieren, erläutert und um die notwendigen Grundlagen ergänzt. All diese Konzepte werden im Kontext des Top-Down-Entwurfs dargestellt und exemplarisch an Hand eines Sensorsystems erläutert. Zur abstrakten Beschreibung auf Systemebene wird MATLAB/Simulink als adäquates Werkzeug zur Simulation ausführbarer Spezifikationen vorgestellt.

Studien- und Prüfungsleistungen

mündlich oder schriftlich

Literatur

1. “Integrierte CAD-Anwendungen“, S. Haasis, Springer Verlag, 1995
2. “FEM für Praktiker“, G. Müller, C. Groth, Expert-Verlag, 1998
3. “VLSI-Design Techniques for Analog and Digital Circuits”, R. L. Geiger, P. E. Allen und N. R. Strader, McGraw-Hill Series in Science and Engineering, 1990
4. “The System Designer's Guide to VHDL-AMS. Analog, Mixed-Signal, and Mixed-Technology Modeling“, P. J. Ashenden, G. D. Peterson und D. A. Teegarden, Morgan Kaufmann Publishers, 2002
5. MATLAB/Simulink Online Documentation, www.mathworks.com/support/