MET112: Gemischt analog/digitale Schaltungen

Kernmodule Elektrotechnik

MET112: Gemischt analog/digitale Schaltungen

Kurzporträt MET112: Gemischt analog/digitale Schaltungen
Worum geht es? In diesem Modul geht es um Leiterplatten und Baugruppen, in denen analoge und digitale Schaltungsanteile zusammenwirken. Sie entscheiden, welche Funktionsgruppen analog bzw. digital realisiert werden, legen Signal- und Taktleitungen unter Berücksichtigung von Übersprechen und EMV aus und planen Aufbau, Verbindungstechnik, Wärmemanagement und Teststrategie eines gemischten Schaltungsentwurfs.
Wofür braucht man es? Diese Kompetenzen werden gebraucht, wenn reale elektronische Produkte über einzelne Bauteile hinaus als vollständige, EMV-gerechte und wirtschaftlich sinnvolle Baugruppe entworfen werden müssen. Sie verbinden schaltungstechnisches Wissen mit Aufbau-, Verbindungs- und Testtechnik und sind damit zentral für die Übergabe eines Entwurfs von der Idee zur fertigungsreifen Leiterplatte.
Wieso ist es interessant? Kaum ein reales Gerät ist rein analog oder rein digital – die Kunst liegt darin, beide Welten robust und störungsfrei auf einer Platine zu vereinen. Wer verstehen möchte, warum Layout, Wärmeableitung und EMV-Maßnahmen über Erfolg oder Misserfolg eines Schaltungsentwurfs entscheiden, findet hier den praxisnahen Einstieg.
Modulverantwortung

Prof. Dr. Gholamreza Alirezaei

Lehrperson(en)

Prof. Dr. Gholamreza Alirezaei

Verwendbarkeit

Master Elektrotechnik

Fächergruppe

Ingenieurwissenschaften

Modultyp
Wahlpflicht
Sprache

Deutsch

Angebot

Sommersemester

Dauer

1 Semester

Credits

5 ECTS

Benotung

Deutsche Notenskala 1-5

SWS

2 V | 1 Ü | 1 P | - S

Workload
Präsenzstudium: 45 Std. Selbststudium: 90 Std.
Engl. Titel

Mixed-Signal Circuits

Empfohlene Voraussetzungen
  • Analoge Signale und Systeme
  • Systemtheorie und Regelungstechnik
  • Digitaltechnik
  • Mess- und Sensortechnik
  • Halbleiterbauelemente und Grundschaltungen
  • Operationsverstärker und Filter
  • Fortgeschrittene Schaltungstechnik
  • Hochfrequenzschaltungstechnik
Lernergebnisse / Kompetenzen
WAS

Die Studierenden können gemischt analog/digitale Schaltungen einordnen, modellieren, analysieren, entwerfen und funktional überprüfen.

WOMIT

Die Studierenden erreichen dieses Lernergebnis, indem sie

  • verschiedene Technologien zur Schaltungsrealisierung einsetzen,
  • diverse Aufbau- und Verbindungstechniken kennen,
  • moderne Entwicklungs- und Analysewerkzeuge nutzen,
  • Signal- und Taktleitungen sowie Busse und Schnittstellen geeignet verlegen und auslegen und dabei Übersprechen, Interferenzen und Verluste berücksichtigen,
  • abwägen, welche Bau- und Funktionsgruppen analog bzw. digital zu realisieren sind,
  • an geeigneten Stellen integrierte Bauelemente, Schaltkreise und Sensoren verwenden,
  • beim Entwurf sinnvolle Defektmechanismen und Teststrategien zur Verifikation überlegen,
  • Wärmeverluste berücksichtigen und diese fachmännisch abführen,
  • EMV-Richtlinien beim Entwurf berücksichtigen.
WOZU

Die Studierenden verwenden die erworbenen Kompetenzen, um professionelle Schaltungen unter Berücksichtigung von EMV-Richtlinien sowie von Aspekten der Nachhaltigkeit, Wirtschaftlichkeit und des Zeitaufwands zu entwickeln.

Inhalte
  • moderne Schaltungstechnologie, verschiedene Schaltungstopologien und Entwicklungsprozesse,
  • Aufbau- und Verbindungstechniken,
  • Leiterplatten und Leiterplattenverarbeitung,
  • Routing mit modernen Simulationswerkzeugen (Allegro X, aber auch ADS, Empire und Sonnet),
  • Kosten- und Zeitaufwand von Analog- vs. Digitaltechnik, Grenzen der Digitalisierung,
  • Testkosten, externer Test, Selbsttest, Fehlersimulation, Systemtest,
  • Wärmemanagement und Materialien, Entwärmung und Temperierung, Heatpipes, kalorische Systeme und Peltier-Kühler,
  • Grundlagen zu EMV und Richtlinien.
Prüfungsvorleistung

Keine

Prüfungsleistung

Klausur, 120 Minuten

Literatur
  • Michael Steer: Microwave and RF Design, Volume 2: Transmission Lines. NC State University, 2019.
  • Raghbir Singh Khandpur: Printed Circuit Boards: Design, Fabrication, and Assembly. McGraw-Hill, 2005.
  • Jess Chen; Michael Henrie; Monte F. Mar; Mladen Nizic: Mixed-Signal Methodology Guide. Cadence Design Systems, 2012.
  • Johann Siegl; Edgar Zocher: Schaltungstechnik: Analog und gemischt analog/digital. Springer Vieweg, 2018.
  • Hans-Jürgen Meckelburg: Theorie der Elektromagnetischen Verträglichkeit. Springer Vieweg, 2024.
  • Hans-Joachim Wunderlich: Hochintegrierte Schaltungen. Springer, 1991.
  • Ulrich Tietze; Christoph Schenk; Eberhard Gamm: Halbleiter-Schaltungstechnik. Springer Vieweg, 2019.