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Grundlagen integrierter Analogschaltungen

von Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mathis

Inhalt

  • Einführung: Lineare und nichtlineare Modelle der analogen Schaltungstechnik
  • Mathematische Grundlagen nichtlinearer dynamischer Netzwerke
  • Die wichtigsten Modellklassen nichtlinearer Netzwerke
  • Nichtlineare Übertragungssysteme und deren Eigenschaften
  • Oszillatoren, PLL und Sigma-Delta-Wandler: Analysemethoden

Wenn man Schaltungstechnik insbesondere in integrierter Technologie betrachtet, wird in der Mehrzahl der Anwendungen in der Automatisierungs- und Informationstechnik eine digitale Realisierung der analogen Realisierung vorgezogen. Das gilt insbesondere für die Teile eines Systems, in denen die Datenverarbeitung stattfindet. Es gibt nur noch wenige Anwendungen, wo Analogtechnik unverzichtbar ist. Aber gerade weil die integrierten Systeme in zwischen gigantische Dimensionen annehmen, wird die Analogtechnik wieder zu einem zentralen Forschungsgebiet.

Dafür gibt es verschiedene Gründe:

  1. Die Umwelt, mit der die datenverarbeitenden Systeme i.a. kommunizieren müssen, ist analog. Daher werden analoge Interfaces benötigt. Der Entwurfsprozess analoger Schaltungen ist weitaus komplizierter als bei digitalen Schaltungen, so das diese Anteil sehr viel Zeit in Anspruch nehmen. 
  2. Die Miniaturisierung bis hin zu nanostrukturierten Schaltungen und die hohen Taktraten führen dazu, dass die digitalen Schaltungen zunehmend "analoge" Eigenschaften aufweisen. Das Verhalten selbst "kleiner" analoger Schaltungen (wie Oszillatoren und PLL) kann bereits sehr komplex sein und benötigt spezielle mathematische Analysemethoden, die nicht zum Standardumfang der Ingenieurmathematik gehören. 
  3. Das Synchronisierungsproblem bei asynchronen digitalen Schaltungen ist grundsätzlich nichtlinear und kann nicht mit den üblichen linearen Methoden beherrscht werden.

Im Rahmen der Vorlesung werden die mathematischen Grundlagen nichtlinearer Schaltungen behandelt und darauf aufbauend die wesentlichen Analysemethoden nichtlinearer und insbesondere nichtlinearer dynamischer Schaltungen diskutiert und anhand von Übungen illustriert, wobei auch MATLAB zum Einsatz kommt.

Prüfung

Die mündlichen Prüfungen werden von Prof. Mathis durchgeführt und haben eine Dauer von jeweils 30 Minuten.