Entwicklung eines Auslese- und Ansteuer-Moduls inklusive ASIC für MEMS-Cantilever im Rahmen des Projektes NeuroSensEar

Der Gegenstand dieses Projektes ist die Entwicklung einer Elektronik mit folgenden Funktio­nen zur Erforschung von MEMS-Cantilevern:
• Auslesen von Messbrückensignalen,
• deren Verstärkung und Aufteilung in AC- und DG-Anteile,
• als Switched-Capacitor-Schaltungen realisierte Rückkoppel- und Adaptionsalgorith­men (Multiplikation von Signalen mit zeitkonstanten Faktoren und Addition von ver­schiedenen Brückensignalen) und
• Übergabe der Signale an eine Auswerteeinheit (z.B. PC und FPGA).
Es ist ein modularer Aufbau geplant, wobei jedes Modul 8 MEMS-Cantilever, gleichzeitig steuert und über ihre Ausgangssignale direkt (in Echtzeit) koppelt.
Zur Erweiterung auf 16, 32, bis hin zu 64 Frequenzbänder sollen die 8er Module indirekt ge­koppelt werden können, wobei z.B. gemittelte Signale der 8er Module zur Kopplung zwi­schen den Modulen genutzt werden.
Die Elektronikentwicklung erfolgt in zwei Ansätzen:
1. mittels bereits vorhandener Bauelemente (z.B. FPGAs), da dies eine flexible Gestaltung und somit (schnelle) Realisierung verschiedener Regelungsschleifen ermög­licht;
2. in Form von anwendungsspezifischen, integrierten Schaltungen (ASICs), um den Energieverbrauch sowie die Größe zu minimieren.

Der Auftrag kann nur von einem bestimmten Wirtschaftsteilnehmer ausgeführt werden, da aus technischen Gründen kein Wettbewerb vorhanden ist. Durch die Kombination der universitären Gruppen mit der Forschungseinrichtung IMMS GmbH wird nicht nur die wissenschaftliche Expertise der Projektgruppe, sondern auch die Erfahrungen im Bereich Systementwicklung von der Grundlagenforschung (TRL 1-3) bis zum Demonstrator/Prototyp (TRL 4-7) erweitert, sodass ein erfolgreicher Transfer der Forschung zum Industrieprodukt während der Projektlaufzeit vorbereitet wird.
Der Projektpartner IMMS GmbH erforscht und entwickelt innovative Lösungen für die Herausforderungen und Anwendungen seiner Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft. Die Forschungsarbeiten der Fachabteilung „Mikroelektronik" dienen im Wesentlichem dem strategischen Forschungsfeld „Integrierte Sensorsysteme" mit den u.a. adressierten Kernthemen „Ultra-Low-Power-Sensorsysteme" und „MEMS­Sensoren". Die Mitarbeiter im Themenbereich entwickeln applikationsspezifische CMOS-Schaltungen für MEMS-Sensoren. Für ihre Arbeiten zum Schaltplan-basierten Entwurf integrierter MEMS-ASIC-Systeme im Projekt MEMS20154 wurden sie mit dem „EDA Achievement Award 2015" ausgezeichnet. Beispiele für im IMMS entwickelten Systeme sind 3D- oder 6D-Beschleunigungssensoren, Cantilever-basierte Sensorsysteme , MEMS-Energy-Harvesting-Module , wie sie u.a. von der Forschergruppe GreenSense5 am IMMS entwickelt wurden, sowie RF-MEMS, die Schwerpunkt der DFG-Forschergruppe MUSIK (DFG, SCHA771/2) waren.
Im Projekt NeuroSensEar wurde von dem Geldgeber, der Carl-Zeiss-Stiftung, mehrere Vertragspartner festgelegt. Ein Vertragspartner ist die IMMS GmbH, welche folgende Arbeitspakete zur Bearbeitung übernehmen soll:
AP1 MEMS-Cochlea Hardware (MNES, Mitarbeitende: IMMS, EA)
AP1.2 Elektronik für die MEMS-Cochlea (Meilensteine: M4-M7)