Low-Power Low-Voltage Design
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Low-Power Low-Voltage Design
Die Nachfrage nach leistungsarmen Niederspannungsdesigns wird von batteriebetriebenen Anwendungen und Niedervolttechnologien bestimmt. Wir entwickeln neue optimierte Schaltkreise und Systemarchitekturen für leistungsarme ICs mit Versorgungsspannungen kleiner 1 Volt.
Gewicht und Größe tragbarer Geräte werden im Wesentlichen von der erforderlichen Batterie mitbestimmt. Low-Power und Low-Voltage Design ermöglicht den Einsatz einer alternativen Energieversorgung, wie z. B. Solarzellen.
Projektbeispiele
Integriertes 3-Kanal-EKG-Messsystem
Auf diesem Chip ist ein komplettes EKG-Messsystem integriert, das nahezu ohne externe Bauteile auskommt und dem IEC 60601-2-47 Standard für tragbare EKG-Geräte entspricht. Jeder Kanal enthält einen rauscharmen Vorverstärker, einen verlustarmen Sigma-Delta-ADU und ein digitales Filter. Durch den geringen Leistungsverbrauch eignet sich dieser Baustein besonders für den Einsatz in batteriebetriebenen Anwendungen, wie z. B. in Langzeit-EKG-Messgeräten.
Der Chip verfügt über einen vierten, frei konfigurierbaren Kanal mit Sigma-Delta-ADU und Filter, um z. B. die Lage eines Patienten im Schlaflabor zu überwachen.
(Technologie CMOS 0,35 µm, Energieverbrauch 0,89 - 1 mW, Ausgangsdatenrate 100 Hz, Gleichspannungsoffset +/- 300 mV, Versorgungsspannung 3,3 V, aktive Chipfläche 20 mm²)
Solarbetriebene Briefwaage
Wir haben ein ASIC mit sehr geringer Leistungsaufnahme für Solarwaagen entwickelt. Er wird nur durch eine kleine Solarzelle versorgt. Der Baustein enthält alle analogen und digitalen Funktionen: eine hoch präzise Wiegeeinheit, das Powermanagement, die Funktionskontrolle und einen LC-Displaytreiber.
(Leistungbedarf 45 µW, Auflösung 12 bit, Mindestbeleuchtung 100 Lux, Takt 4 MHz, Betriebsspannung 3 V, aktive Chipfläche 30 mm²)
Tragbare Messgeräte
IC für Kabelortung: Es wurde ein low power ASIC mit einem rauscharmen Verstärker entwickelt, der zur Entdeckung elektromagnetische Feldern dient. Mit einer komplexen digitalen Signalverarbeitung können Signalsignaturen erkannt und in Leitungen verfolgt werden. Die Verlustleistung des Bausteins beträgt weniger als 500 μW.
Tragbarer Magnetstreifenleser: Der tragbare Magnetstreifenleser wird verwendet, um Informationen von verteilten magnetischen Streifen in Bauten und Standorte zu sammeln. Das ASIC beinhaltet einen analogen induktiven Lesekanal und einen 8051-Controller. Der Baustein benötigt im Ruhezustand weniger als 10 μW.
Batteriebetriebener Strahlungszähler: Für einen tragbaren Geiger-Müller-Zähler wurde ein Low-Power Mixed-Signal-ASIC entwickelt, das zwei Oszillatoren, eine Messschaltung für den GM-Strom und eine Batterieüberwachung beinhaltet. Für den Messvorgang werden weniger als 40 μW benötigt.
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