Sommersemester 25
| Vortragende: | Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Rademacher Dr.-Ing. Thomas Veigel |
|---|---|
| Art: | Vorlesung |
| SWS: | 2 |
| Unterrichtssprache: | Deutsch |
| Inhalt: | Die Vorlesung Grundlagen integrierter Schaltungen vermittelt die Grundkenntnisse zu digitalen integrierten Schaltungen basierend auf CMOS-Technologie. 1 Einführung in die digitale Schaltungstechnik 1.1 Begriffsdefinitionen 1.2 Gliederung mit Beispiel Entzerrer 2 Bauelemente der Digitaltechnik und ihre Eigenschaften 2.1 Modellierung von Bauelementen 2.2 Diode 2.2.1 Aufbau und Bänderschema 2.2.2 Statisches Verhalten (Diodengleichung, Kennlinie Kleinsignalverhalten, Reihenschaltung Diode - Widerstand) 2.3 MOSFET 2.3.1 MOSFET-Typen und Schaltzeichen 2.3.2 Aufbau 2.3.3 Zustände der MOS-Struktur (Thermodynamisches Gleichgewicht, Flachbandfall, Akkumulation von Löchern, Verarmung, Inversion) 2.3.4 Kennlinien und Stromgleichungen des MOSFET (Ableitung der Stromgleichungen, Kennlinien, Kanallängenmodulation, Zusammenfassung Stromgleichungen MOSFET, Effekte zweiter Ordnung) 2.3.5 Dynamisches Großsignal-Ersatzschaltbild des MOSFET 2.3.6 Kleinsignalersatzschaltbild 2.3.7 Regeln für die Strukturverkleinerung 2.3.8 Beispiel: NMOS-Inverter mit resistiver Last 3 Digitale Grundschaltungen 3.1 Einführung und Übersicht 3.1.1 Störungen und Störabstände 3.1.2 Komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-Logik (CMOS) 3.2 CMOS Inverteraufbau 3.2.1 Gleichstromverhalten 3.2.2 Berechnung des statischen Störabstandes von CMOS-Invertern 3.2.3 Dynamischer Störabstand 3.3 Schaltverhalten des CMOS-Inverters 3.3.1 Kleinsignalverhalten des CMOS-Inverters 3.3.2 Großsignalverhalten des CMOS-Inverters (Herleitung der Verzögerungszeit, Berechnung der Lastkapazität) 3.4 Treiberschaltungen 3.5 Verlustleistung und Verlustleistungs-Verzögerungs-Produkt 3.6 Transfertransistor-/Transfergatter-Logik 3.7 Dynamische Grundschaltungen 3.7.1 Spannungsüberhöhungsschaltung 3.7.2 Verriegelungsschaltung (Clocked CMOS, C2MOS) 3.8 Differenzielle Grundschaltung 4 Integrierte CMOS-Logikschaltungen 4.1 NOR-Gatter 4.1.1 Optimierung durch Zusammenlegung von Netzknoten 4.2 NAND-Gatter 4.3 Beliebige Logikkombinationen 4.3.1 Beispiele zu beliebigen Logikkombinationen 4.4 Transfertransistor- und Transfergatter-Logik 4.5 Dynamische CMOS-Logik (Domino-Logik) 4.6 Pseudo-NMOS-Logik 5 Kipp- und Speicherschaltungen 5.1 Bistabile Kippschaltung 5.1.1 Kippvorgang bei einer CMOS-Flipflop-Schaltung 5.2 Grundschaltungen von Flipflops 5.2.1 Zustandsgesteuertes RS-Flipflop 5.2.2 Taktgesteuertes RS-Flipflop 5.2.3 Getaktetes D-Flipflop 5.2.4 JK-Flipflop 5.2.5 Dynamische Flipflops 5.3 Master-Slave-Prinzip 5.4 SRAM-Zelle 5.4.1 Dekodierschaltungen (Decoder) 5.5 DRAM-Zelle 5.6 Monostabile Kippschaltungen 5.7 Astabile Kippstufe 5.8 Übersicht der Kippschaltungsarten 5.9 Pegelgesteuerte Kippstufe 6 Arithmetische Module 6.1 Addierer 6.1.1 Der Volladdierer 6.1.2 Ripple-Carry-Addierer 6.1.3 Carry-Skip-Addierer 6.1.4 Carry-Select-Addierer 6.1.5 Carry-Lookahead-Addierer 6.1.6 Beispiele für Schaltungstechniken in CMOS 6.2 Multiplizierer 7 Physikalischer Maskenentwurf 7.1 Maskenentwurf 7.2 Entwurfsregeln 7.3 Verifikation des Maskenentwurfs 7.3.1 Design Rule Check (DRC) 7.3.2 Layout versus Schematic Check (LVS) 7.3.3 Layout Parasitic Extraktion (LPE) 7.4 Parasitäre Elemente 7.4.1 Parasitärer Widerstand 7.4.2 Parasitäre Kapazität 7.5 Verdrahtung |
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| Vortragende: | Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Rademacher Dr.-Ing. Thomas Veigel |
|---|---|
| Art: | Übung |
| SWS: | 2 |
| Unterrichtssprache: | Deutsch |
| Inhalt: | In den Übungsaufgaben werden die Vorlesungsinhalte anhand konkreter anwendungsbezogener Beispiele und ausgewählter alter Prüfungsaufgaben vertieft. Folgende Themen sind Gegenstand der Übungen: - Widerstands-Inverter mit n-Kanal MOSFET - Dynamisches Verhalten des Widerstand-Inverters - Kippschaltung mit Widerstandslastinvertern - Statischer CMOS-Inverter - Statisches Verhalten - CMOS-Kippschaltung - Taktverteilung mit CMOS-Invertern - Multiplexer für die serielle Datenübertragung - Statische CMOS Logikschaltungen - Dynamische CMOS-Logik - Dynamische Speicherzelle - Schmitt-Triggerschaltung - Astabiler CMOS-Multivibrator - Euler Pfad und Stick Diagramm einer CMOS-Logikschaltung - Überprüfung von Entwurfsregeln und Extraktion parasitärer Elemente einer CMOS-Logikschaltung |
| Link: | C@MPUS |
| Vortragende: | Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Rademacher Robert Kaps Rouven Klenk |
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| Art: | Übung |
| SWS: | 2 |
| Unterrichtssprache: | Deutsch |
| Inhalt: | • Passive Elemente & Transformator (R, L, C, D, Memristor, realer Transformator) • Halbleiter & Netzwerkanalyse (Transistoren, gesteuerte Quellen, Knotenpotenzial) • Nichtlineare Netzwerke (Taylor-/Volterra-Reihe, Newton-Raphson) • Kleinsignal & Frequenzanalyse (RLC, Übertragungsfunktion, Bode, Ortskurven) • Wechselstromtechnik & Anwendungen (Smith-Chart, Filter, OPs, Vierpole) |
| Link: | C@MPUS |
| Vortragende: | Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Rademacher Robert Kaps Rouven Klenk |
|---|---|
| Art: | Vorlesung |
| SWS: | 2 |
| Unterrichtssprache: | Deutsch |
| Inhalt: | • Passive Elemente & Transformator (R, L, C, D, Memristor, realer Transformator) • Halbleiter & Netzwerkanalyse (Transistoren, gesteuerte Quellen, Knotenpotenzial) • Nichtlineare Netzwerke (Taylor-/Volterra-Reihe, Newton-Raphson) • Kleinsignal & Frequenzanalyse (RLC, Übertragungsfunktion, Bode, Ortskurven) • Wechselstromtechnik & Anwendungen (Smith-Chart, Filter, OPs, Vierpole) |
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| Vortragende: | Dr.-Ing. Markus Grözing |
|---|---|
| Art: | Vorlesung |
| SWS: | 2 |
| Unterrichtssprache: | Deutsch |
| Inhalt: | In der Vorlesung Verstärkertechnik II werden aktive analoge Schaltungen für Hochfrequenzsignale behandelt. Der Schwerpunkt liegt auf linearen und nichtlinearen HF-Schaltungen in Si-Bipolar- und CMOS-Technologie. Nach der Einführung in verschiedene HF-Empfängerkonzepte und Integrationstechnologien wird auf rauscharme Verstärker, Mischer, Oszillatoren und Leistungsverstärker eingegangen. In Zusammenhang mit diesen Schaltungsblöcken wird auf das elektronische Rauschen, die Behandlung und Charakterisierung von nichtlinearen Effekten sowie auf Phasenrauschen und Jitter eingegangen. Zum Abschluss werden aktuelle Verfahren zur Effizienzsteigerung / linearen Verstärkung mit nichtlinearen Komponenten vorgestellt. 1. Einführung Direktempfänger, Heterodynempfänger, Homodynempfänger, Modulationsverfahren, Integrationstechniken Hybride Integration (HMIC) und Monolithische Integration (MMIC) 2. Rauschen Thermisches Rauschen, 1/f-Rauschen, Rauschspannung und -strom, Verfügbare Rauschleistung, Spektrale Dichte des Rauschens, Rauschen in MOSFETs, Rauschen in BJTs 3. Rauscharme HF-Verstärker 3.1. Konjugiert komplexe Anpassung (Leistungsanpassung) 3.2. Signal-zu-Rausch-Verhältnis 3.3. Rauschzahl F: Definition, Friis’sche Formel, Rauschzahl Dämpfungsglied 3.4. Rauscharmer HF-Verstärker am Beispiel eines MOSFET in Sourceschaltung: Konzeptioneller Schaltplan, HF-Kleinsignalersatzschaltbild, Dimensionierung der Resonanzkreise am Ein- und Ausgang für Leistungsanpassung, Eingangs- und Ausgangsbandbreite, Berechnung der Leistungsverstärkung G, Berechnung der Rauschzahl F, Minimale Rauschzahl und Rauschanpassung, Rauschanpassung versus Leistungsanpassung, Simultane Rausch- und Leistungsanpassung 3.5. Schaltungsbeispiele 3.6. Einschübe: Transitfrequenz fT und maximale Oszillationsfrequenz fmax, Auswirkung der Miller-Kapazität CGD auf Gmax und fmax, Leistungsverstärkung G, Betriebsleistungsverstärkung GT, Verfügbare Leistungsverstärkung Gavl, Smith-Diagramm 4. Nichtlinearität und Frequenzumsetzung 4.1. Beschreibung als Nichtlineares oder als zeitvariantes System 4.2. Nichtlineare Effekte: Harmonische Verzerrungen, Intermodulation, Kreuzmodulation, Kompression 4.3. Kenngrößen: Kompressionspunkt, Intercept-Punkt, Nachbarkanalübersprechen (ACLR) 5. Mischer 5.1. Additive Mischer: Passive Mischung an Diodenkennline, Aktive Mischung an Übertragungskennlinie 5.2. Multiplikative Mischer: Spannungsschalter mit MOSFETs (passiv, Halbbrücken- und Vollbrückenschaltung), Stromschalter mit differenziellen Paaren (aktiv, Gilbertzellen-Mischer) 6. Oszillatoren 6.1. Schwingbedingung: Barkhausen-Kriterium, Anschwingbedingung 6.2. Grundschaltungen für Oszillatoren LC-Oszillatoren, Relaxationsoszillatoren, Ringoszillatoren 6.3. Phasenrauschen und Jitter 6.4. Phasenregelschleife (PLL) 7. HF-Leistungsverstärker (klassisch) 7.1. Lastgerade und Anpassung für maximale Ausgangsleistung 7.2. Leistungsverstärker-Klassen A,B, C, D und Schaltungsbeispiele 7.3. Drain/Kollektor-Wirkungsgrad und Power-Added-Efficiency (PAE) 8. LV-Effizienzsteigerung und Lineare Verstärkung mit nichtlinearen Komponenten 8.1. Klassische Effizienzsteigerung Doherty-Verstärker, Chireix-Verstärker (Analoges Outphasing / LINC) 8.2. Effizienzsteigerung durch Trennung von Einhüllender und Phase Versorgungsspannungsmodulation, Polarmodulation 8.3. Klasse S Zeitdiskrete Delta-Sigma-Modulation, Digitales Outphasing bzw. HF-Pulsweitenmodulation |
| Link: | C@MPUS |
| Vortragende: | Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Rademacher Dr.-Ing. Markus Grözing |
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| Art: | Vorlesung |
| SWS: | 2 |
| Unterrichtssprache: | Englisch/Deutsch |
| Inhalt: | - Fortgeschrittener Entwurf von Analog-Digital-Wandlern - Fortgeschrittener Entwurf von Digital-Analog-Wandlern - Zeitverschachtelung von Datenumsetzern - Takt- und Frequenzerzeugung - Layoutentwurf für Linearität - Simulationsmethoden |
| Link: | C@MPUS |
Die Kontaktdaten zu den Vortragenden finden Sie auf unserer Teamseite.
Hinweise für Schaltungstechnik
- Für die Teilnahme am Seminar für Schaltungstechnik ist eine gesonderte Anmeldung erforderlich! Wenn Sie sich in einem vorherigen Semester bereits angemeldet haben, müssen Sie sich nicht erneut anmelden. Der Aufruf der Anmeldeseite ist nur aus dem Netz der Uni Stuttgart möglich. Weitere Informationen erhalten Sie beim ersten Termin.
- Zulassungsbedingungen für die Prüfung und Hinweise zum Seminar
Wintersemester 24/25
| Vortragende: | Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Rademacher Robert Kaps Rouven Klenk |
|---|---|
| Art: | Vorlesung |
| SWS: | 2 |
| Unterrichtssprache: | Deutsch |
| Inhalt: | • Lineare Netzwerkanalyse bei periodischer und aperiodischer Anregung • Differentialgleichungen • Einschwingvorgänge • Fourier-Transformation • Laplace-Transformation |
| Link: | C@MPUS |
| Vortragende: | Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Rademacher Robert Kaps Rouven Klenk |
|---|---|
| Art: | Übung |
| SWS: | 2 |
| Unterrichtssprache: | Deutsch |
| Inhalt: | • Passive und aktive Netzwerkelemente • Transformator • Analyse von linearen und nichtlinearen Netzwerken • Analyse von linearen Schaltungen im Frequenzbereich • Grundzüge der Vierpoltheorie |
| Link: | C@MPUS |
| Vortragende: | Dr.-Ing. Markus Grözing Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Rademacher Manuel Wittlinger |
|---|---|
| Art: | Vorlesung |
| SWS: | 2 |
| Unterrichtssprache: | Englisch/Deutsch |
| Inhalt: | Vorläufige Inhalte Integrierte Mischsignalschaltungen (MSIC) Mischsignalschaltungen enthalten sowohl analoge als auch digitale Schaltungen sowie die notwendigen Schaltungen für den Übergang von einem Signalbereich in den anderen, d. h. Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandler. 1. Einführung 1.1. Überblick MSIC 1.2. Signaldomänen (Kontinuierlich vs. Diskret in Zeit- und Wertebereich) 1.3. Signalqualitätsmaße (SFDR, THD, SNR, SNDR/ENOB) 1.4. Wiederholung Transistorbauelemente (MOSFET & BJT) 2. Wiederholung grundlegender analoger und digitaler Schaltungen 2.1. Analoge Grundschaltungen 2.1.1. Grundlegende Verstärker 2.1.2. Differenzstufe / Emitter-/Source-gekoppelte Paare 2.1.3. Stromquellen und -Schalter 2.1.4. Rückkopplung für Breitband- und Linearverstärker / -Puffer 2.1.5. Bandabstands-Spannungsreferenz 2.2. Digitale Grundschaltungen 2.2.1. CMOS-Logik & Latches 2.2.2. Stromschalter-Logik / Emitter-/Source-gekoppelte Logik & Latches 3. Grundlegende Mixed-Signal-Schaltungsblöcke (Signaldomänen-Schnittstelle) 3.1. Track & Hold-Schaltungen 3.2. Komparatoren (Vergleichen & Entscheiden + Regenerieren) 3.3. Resistive und kapazitive Gewichtungsnetzwerke (R-2R, SC) 4. Einführung Datenumsetzer 4.1. Analog-Digital-Wandler (A/D) 4.1.1. Übersicht A/D-Architekturen 4.1.2. Einfacher Parallel-A/D-Wandler (Widerstandsleiter, Quantisierer, Codierer) 4.2. Digital-Analog-Wandler (DAC) 4.2.1. Übersicht D/A-Architekturen 4.2.2. Einfacher D/A-Wandler mit geschalteten Stromquellen (Stromquellen, Stromschalter, R-2R-Bewertungsnetzwerk) |
| Link: | C@MPUS |
| Vortragende: | Dr.-Ing. Markus Grözing Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Rademacher Manuel Wittlinger |
|---|---|
| Art: | Übung |
| SWS: | 2 |
| Unterrichtssprache: | Englisch/Deutsch |
| Inhalt: | Die Vortragsübung vertieft die Inhalte der Vorlesung Integrierte Mischsignalschaltungen (MSIC) anhand praxisnaher Beispiele. Die Dimensionierung und Analyse verschiedener Schaltungen wird durchgeführt. |
| Link: | C@MPUS |
| Vortragende: | Dr.-Ing. Markus Grözing Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Rademacher |
|---|---|
| Art: | Vorlesung |
| SWS: | 2 |
| Unterrichtssprache: | Deutsch |
| Inhalt: | In der Vorlesung Verstärkertechnik I werden aktive analoge Schaltungen für Basisbandsignale behandelt. Der Schwerpunkt liegt auf integrierten Schaltungen in Si-Bipolar- und CMOS-Technologie. Nach der Einführung in die analogen Verstärker-Grundschaltungen und Basiskomponenten wie Stromquellen und Lastschaltungen werden der Aufbau und die Dimensionierung von Operationsverstärkern behandelt. Der innere Aufbau von OPs wird detailliert erläutert und analysiert und es wird auf Eigenschaften wie Frequenzgang, Stabilität, Rauschen und Großsignalverhalten eingegangen. Zum Abschluss werden Anwendungen der Operationsverstärker in der Nachrichtentechnik aufgezeigt, u.a. aktive Filter in Sendern und Empfängern für die Mobilkommunikation, OP-basierte Stufen sehr schneller Analog-Digital-Umsetzer und Schaltungen für die Auswertung von Sensorsignalen. Einführung 1. Aktive Bauelemente 1.1. MOS-Feldeffekttransistor (MOSFET) 1.2. Si-Bipolartransistor (BJT) Jeweils: Schaltzeichen, Geometrischer Aufbau, Funktionsweise, Stromgleichungen, Kennlinien, HF-Kleinsignalersatzschaltbild 2. Analoge Verstärkergrundschaltungen 2.1. Grundschaltungen des MOSFET Source-, Gate- und Drainschaltung 2.2. Grundschaltungen des BJT Emitter-, Basis- und Kollektorschaltung 2.3. HF-Kleinsignalanalyse am Beispiel der Sourceschaltung Übertragungsfunktion, Amplituden- und Phasengang, Eingangsimpedanz und Miller-Effekt 2.4. Kaskodenschaltung 3. Weitere analoge Basiskomponenten 3.1. Stromspiegel- und Quellen mit MOSFETs Stromspiegel mit MOSFETs, Source-bzw. Emitter-Degeneration, Kaskodenstromspiegel und Low-Drop-Kaskodenstromspiegel 3.2. Stromspiegel- und Quellen mit BJTs 3.3. Lastschaltungen mit MOSFETs Ohmscher Widerstand; MOSFET als Stromquelle, Diode und aktive Last 3.4. Differenzverstärker (MOSFET & BJT) Differenzielle Paare mit MOSFETs und BJTs, Bisektionstheoreme, Gleich- und Gegentakt-Verstärkung, Stromspiegel-Lastschaltung, Lastschaltung mit kreuzgekoppelten MOSFETs, 3.5. Gleichtaktregelung für hochohmige Lasten 3.6. Gegenkopplung zur Linearisierung 4. Operationsverstärker und Anwendungen 4.1. Innerer Aufbau eines zweistufigen OP 4.2. Stabilitätsanalyse und Kompensation eines zweistufigen OP Stabilitätskriterium für rückgekoppelte Verstärker, Kleinsignalersatzschaltbild des OP, Frequenzgang, Pol- und Nullstellenanalyse, Bode-Diagramm, Phasenrand, Miller-Kompensation: Trennung der Polstellen 4.3. Verstärkungs-Bandbreite-Produkt eine beschalteten OP 4.4. Großsignalverhalten, Slew-Rate, Äquivalente eingangsbezogene Rauschspannung 4.5. Äußere Beschaltung für zeitkontinuierliche und -diskrete Filter Zeitkontinuierliche RC-Technik: Invertierender und Nichtinvertierender Verstärker, Integrator, Differenzierer, Tiefpass-, Bandpass- und Hochpassfilter, Zeitdiskrete Filter mit SC-Technik 4.6. Anwendungsbeispiele Delta-Sigma- und Pipeline-A/D-Umsetzer, Sensorauswertung, … |
| Link: | C@MPUS |
| Vortragende: | Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Rademacher Raik Elster |
|---|---|
| Art: | Vorlesung |
| SWS: | 2 |
| Unterrichtssprache: | Englisch/Deutsch |
| Link: | C@MPUS |
| Vortragende: | Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Rademacher Raik Elster |
|---|---|
| Art: | Übung |
| SWS: | 2 |
| Unterrichtssprache: | Englisch/Deutsch |
| Link: | C@MPUS |