Im Projekt KoSiF wurde ein drahloses Kommunikationssystem für biegbare Sensor-Foliensysteme realisiert. Als Anwendungsbeispiele dienten zwei Demonstratoren (flexibler Robotergreifer und ein Türsensor bzw. Positionsgeber) aus dem industriellen Umfeld. Für die Biegung mit geringen Radien wurde eine speziell dünnbare Mikrochiptechnologie eingesetzt.
Um vollständig auf starre Komponenten zu verzichten, wird die Frequenzreferenz von einer Basisstation erzeugt und drahtlos im 27 MHz Band übertragen. Für die Realisierung der zugehörigen Full-Duplex-Übertragung wurde ein anwendungsspezifisches Protokoll entwickelt, das möglichst geringe Latenzen und einen niedrigen Energiebedarf aufweist. Die Kommunikation vom KoSiF zur Basisstation erfolgt bei 868 MHz. Weiterhin wurden am INT entsprechende, optimierte integrierte Sender und Empfänger sowie eine zugehörige Basisstation als Gegenseite entwickelt und deren Funktion im System nachgewiesen.
Für die Funkübertragung wurden am INT HF-Chips in einer 500 nm Gateforest CMOS-Technologie entworfen. Die Prozessierung der Chips erfolgte am Institut für Mikroelektronik Stuttgart (IMS-Chips). Die folgende Abbildung zeigt Chipfotos mit zwei Metallisierungsvarianten. Um die Biegbarkeit sicherzustellen wurden die Chips mit einer am IMS entwickelten ChipFilm™-Technologie auf 20 µm Dicke gedünnt.
Mit den entwickelten Komponenten konnten nach aktuellem Kenntnisstand (2018) die erste vollständig biegbare aktive drahtlose Kommunikationsschnittstelle demonstriert werden. Die folgende Abbildung zeigt die Integration des gedünnten HF-Chips in eine Folie uf einem mechanisch biegbaren Finger eines Greifarms.
Der kompletten Greifer mit den im Projekt entwickelten Chips auf den Fingern ist auf der folgenden Abbildung dargestellt.
Publikationen
2017
- J. Briem, M. Mader, D. Reiter, R. Amirpour, M. Grözing, and M. Berroth, “Fully integrated high quality factor GmC bandpass filter stage with highly linear operational transconductance amplifier,” Advances in Radio Science, vol. 15, pp. 149–155, 2017.
2016
- J. Briem, M. Grözing, and M. Berroth, “A DC-coupled 27 MHz LNA and automatic gain control amplifier on an ultra-Thin 0.5 µm CMOS gate array for a wireless sensor system-in-foil,” in Conference on Ph.D. Research in Microelectronics and Electronics (PRIME), Lisbon, Portugal, 2016, p. pp. 1––4.
- J. Briem, M. Grözing, and M. Berroth, “A 868 MHz wireless transmitter for a sensor-system-in-foil,” in German Microwave Conference (GeMiC), Bochum, Germany, 2016, p. pp. 169––172.
- M. Mader, J. Briem, M. Grözing, and M. Berroth, “Development of a Highly Linear Operational Transconductance Amplifier for a High-Q Bandpass Filter in a 130 nm CMOS Technology,” in Kleinheubacher Tagung, U.R.S.I. Landesausschuss in der Bundesrepublik Deutschland e.V, Miltenberg, Germany, 2016, pp. KH2016–C.
2015
- J. Briem, M. Grözing, and M. Berroth, “A 868 MHz PLL on a Ultra-Thin 0.5 μm CMOS Gate Array for a Wireless Sensor-System-in-Foil,” presented at 17. Workshop Analogschaltungen der Technischen Universität Darmstadt und der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg, Dortmund, Germany, 2015.
Weiterführende Informationen
Ansprechpartner
Markus Grözing
Dr.-Ing.Arbeitsgruppenleiter IC-Entwurf