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Im ASIC Design Center der Hochschule Offenburg wird ein Design Kit für die UMC 0.18μm Faraday Technologie aufbereitet. Dabei werden alle benötigten Dateien, welche für einen zunächst rein digitalen Chipentwurf unter Verwendung der Synopsys, Cadence und Mentor Tools benötigt werden, für den UMC 0.18μm Prozess zusammengestellt.
An der FH Offenburg arbeiten seit Ende 1989 in einem Team die Professoren Dr. Jansen, Dr. Schüssele, die wissenschaftlichen Mitarbeiter Bernd Reinke, Martin Jörger und die Diplomanden Hans Fiesel, Otmar Feißt an dem Entwurf eines Nachrichtenempfängers. Im Rahmen dieses Projekts, genannt GPS-Projekt (GPS = Global Positioning System), wurde im Herbst 1990 ein experimenteller Empfänger in Betrieb genommen. Nachdem die Testergebnisse gezeigt hatten,daß das Konzept der Anlage stimmte, ging es nun um die Miniaturisieriung, Integration und Optimierung der Schaltung. Außerdem sollte der bisher verwendete PC durch einen auf der Platine befindlichen Mikroprozessor ersetzt werden. Im Zusammenhang mit dem GPS-Projekt wurden bisher im Offenburger ASIC-Labor eine Analogschaltung auf einem B500, drei LCA Designs und diverse GAL's entwickelt.
Zur Zeit arbeiten mehrere Diplomanden an der zweiten Generation des Empfängers. Meine Aufgabe besteht darin, die dort noch in drei LCA's untergebrachte digitale Logik sowie einen Teil des bisherigen PC-Interface in einem IMS Gate Forrest zu integrieren. Außerdem muß die Logik von 8 Bit auf einen 16 Bit breiten Datenbus umgestellt und an die neue Peripherie des Mikroprozessors angepasst werden. Damit soll die jetzige Digital-Platine noch weiter verkleinert werden. Wesentlich ist dabei die Umsetzung der zahlreichen Zähler- und Registerstrukturen in einem Gate Forrest. Als Arbeitsmittel stehen Apollo Workstations mit Mentor Software zur Verfügung.
In this paper an RFID/NFC (ISO 15693 standard) based inductively powered passive SoC (system on chip) for biomedical applications is presented. A brief overview of the system design, layout techniques and verification method is dis-cussed here. The SoC includes an integrated 32 bit microcontroller, sensor interface circuit, analog to digital converter, integrated RAM, ROM and some other peripherals required for the complete passive operation. The entire chip is realized in CMOS 0.18 μm technology with a chip area of 1.52mm x 3.24 mm.
An Ultra-Low-Power RFID/NFC Frontend IC Using 0.18 μm CMOS Technology for Passive Tag Applications
(2018)
Battery-less passive sensor tags based on RFID or NFC technology have achieved much popularity in recent times. Passive tags are widely used for various applications like inventory control or in biotelemetry. In this paper, we present a new RFID/NFC frontend IC (integrated circuit) for 13.56 MHz passive tag applications. The design of the frontend IC is compatible with the standard ISO 15693/NFC 5. The paper discusses the analog design part in details with a brief overview of the digital interface and some of the critical measured parameters. A novel approach is adopted for the demodulator design, to demodulate the 10% ASK (amplitude shift keying) signal. The demodulator circuit consists of a comparator designed with a preset offset voltage. The comparator circuit design is discussed in detail. The power consumption of the bandgap reference circuit is used as the load for the envelope detection of the ASK modulated signal. The sub-threshold operation and low-supply-voltage are used extensively in the analog design—to keep the power consumption low. The IC was fabricated using 0.18 μm CMOS technology in a die area of 1.5 mm × 1.5 mm and an effective area of 0.7 mm2. The minimum supply voltage desired is 1.2 V, for which the total power consumption is 107 μW. The analog part of the design consumes only 36 μW, which is low in comparison to other contemporary passive tags ICs. Eventually, a passive tag is developed using the frontend IC, a microcontroller, a temperature and a pressure sensor. A smart NFC device is used to readout the sensor data from the tag employing an Android-based application software. The measurement results demonstrate the full passive operational capability. The IC is suitable for low-power and low-cost industrial or biomedical battery-less sensor applications. A figure-of-merit (FOM) is proposed in this paper which is taken as a reference for comparison with other related state-of-the-art researches.
Design of a Programmable Passive SoC for Biomedical Applications Using RFID ISO 15693/NFC5 Interface
(2018)
Low power, low cost inductively powered passive biotelemetry system involving fully customized RFID/NFC interface base SoC has gained popularity in the last decades. However, most of the SoCs developed are application specific and lacks either on-chip computational or sensor readout capability. In this paper, we present design details of a programmable passive SoC in compliance with ISO 15693/NFC5 standard for biomedical applications. The integrated system consists of a 32-bit microcontroller, a sensor readout circuit, a 12-bit SAR type ADC, 16 kB RAM, 16 kB ROM and other digital peripherals. The design is implemented in a 0.18 µm CMOS technology and used a die area of 1.52 mm × 3.24 mm. The simulated maximum power consumption of the analog block is 592 µW. The number of external components required by the SoC is limited to an external memory device, sensors, antenna and some passive components. The external memory device contains the application specific firmware. Based on the application, the firmware can be modified accordingly. The SoC design is suitable for medical implants to measure physiological parameters like temperature, pressure or ECG. As an application example, the authors have proposed a bioimplant to measure arterial blood pressure for patients suffering from Peripheral Artery Disease (PAD).
High mobility, electrolyte-gated transistors (EGTs) show high DC performance at low voltages (< 2 V). To model those EGTs, we have used different models for the below and the above threshold regime with appropriate interpolation to ensure continuity and smoothness over all regimes. This empirical model matches very well with our measured results obtained by the electrical characterization of EGTs.
The mobile devices related industries are subject to rapid change, driven by technological advances and dynamic consumer behaviour. Hence, the understanding of the mobile devices markets is an important step in the analysis phase of mobile applications development. In this paper, a brief description of the different markets is introduced followed by an analysis of the main features of the markets leaders' devices which are important in the development process of mobile web applications. Finally, approaches are proposed to deal with the mobile devices diversity.
The idea of this game is to use a flashcard system to create a short story in a foreign language. The story is developed by a group of participants by exchanging sentences via a flashcard system. This way the participants can learn from each other by knowledge sharing without fear of making mistakes because the group members are anonymous. Moreover they do not need a constant support from a teacher.
Mobile learning (m-learning) can be considered as a new paradigm of e-learning. The developed solution enables the presentation of animations and 3D virtual reality (VR) on mobile devices and is well suited for mobile learning. Difficult relations in physics as well as intricate experiments in optics can be visualised on mobile devices without need for a personal computer. By outsourcing the computational power to a server, the coverage is worldwide.
Deutschland hat nicht zuletzt durch seine zentrale Lage eine führende Rolle im Bereich der Transportlogistik in Europa übernommen. Allerdings stehen die großen Logistikunternehmen in den letzten Jahren zunehmend vor neuen Herausforderungen. Zum einen steigt die Menge zu transportierender Güter jährlich, zum anderen entstanden durch Verschmelzungen großer Logistikunternehmen wie z. B. Deutsche Post, Danzas und Exel, UPS und Fritz riesige Fahrzeugflotten, deren effiziente Planung die Unternehmen vor enorme Probleme stellt. Die einzige Möglichkeit, diese meist heterogenen, also aus vielen verschiedenen Verkehrsmitteln bestehenden Flotten mit herkömmlichen Mitteln effizient zu planen, ist die Aufteilung in (regionale) Geschäftsbereiche. Dadurch können viele Synergieeffekte nicht genutzt werden, was unter anderem zu unnötig hohen Transportkilometerleistungen und Leerfahrten führt. Mit Hilfe agentenbasierter Systeme können heute schon Kosteneinsparungen von 3 – 6 % bei homogenen Verkehrsmitteln erzielt werden. Das Einsparpotenzial dürfte bei heterogenen Flotten ähnlich hoch, wenn nicht noch etwas höher sein. Allerdings liefern derzeit agentenbasierte Systeme für heterogene Flotten noch keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Durch die Kombination der beiden vorrangig für die Transportoptimierung eingesetzten Techniken agentenbasierte (bottomup) Optimierung und der klassischen (topdown)Optimierung soll auch das Einsparpotenzial von heterogenen Flotten realisiert werden. Diese Optimierung ist Gegenstand des Attractive Forschungsprojekts, das von August 2009 bis Juli 2012 im Rahmen des Programms ingenieurNachwuchs gefördert wird.
Große Logistikunternehmen stehen in den letzten Jahren zunehmend vor neuen Herausforderungen. Zum einen steigt die Menge zu transportierender Güter jährlich, zum anderen entstanden durch Verschmelzungen großer Logistikunternehmen, wie z. B. Deutsche Post, Danzas und Exel oder UPS und Fritz, riesige Fahrzeugflotten, deren effiziente Planung die Unternehmen vor enorme Probleme stellt. Die einzige Möglichkeit, diese meist heterogenen, also aus vielen verschiedenen Verkehrsmitteln bestehenden Flotten mit herkömmlichen Mitteln effizient zu planen, ist die Aufteilung in (regionale) Geschäftsbereiche. Dadurch können viele Synergieeffekte nicht genutzt werden, was unter anderem zu unnötig hohen Transportkilometerleistungen und Leerfahrten führt. Im Rahmen des Forschungsprojekts Attractive (Programm IngenieurNachwuchs) wurden neue Algorithmen entwickelt, mit deren Hilfe dieOptimierung von Transportaufträgen unter realen Be-dingungen und in realistischen Größenordnungen möglich wird. In diesem Artikel wird kurz auf die Optimierung eingegangen, und dann werden die ersten gewonnenen Ergebnisse zusammengefasst.
Seit 1997 finden jährlich Weltmeisterschaften im Roboterfußball statt. Dabei wird in verschiedenen Ligen teils mit echten, teils mit simulierten Robotern Fußball gespielt. In der small size league spielen fünf gegen fünf Roboter auf einem 5x4,5 m großen Feld. Die Steuerung der Roboter wird von einem externen Rechner übernommen, der seine Information von einer über dem Feld angebrachten Kamera erhält. In der middle size league spielen vier gegen vier Roboter auf einem 8x12 m großen Feld. Hier müssen im Unterschied zur small size league die Roboter vollständig autonom sein, d.h., alle Sensoren und auch die Entscheidungslogik muss auf dem Roboter selbst untergebracht sein. Dasselbe gilt für die four legged robot league, bei der jeweils vier Sony Aibo Roboter gegeneinander antreten (Abbildung 1.11-1), sowie für die Königsklasse, der humanoid league, bei der jeweils drei zweibeinige Roboter gegeneinander spielen. Daneben existieren zwei Simulationsligen: die seit 1997 existierende 2D simulation league, bei der elf gegen elf gespielt wird und die seit 2005 im Programm befindliche 3D simulation league, bei der im Gegensatz zur 2D league tatsächlich existierende zweibeinige Nao-Roboter simuliert werden. In dieser Liga hat sich erstmals eine Mannschaft der Hochschule Offenburg für die Weltmeisterschaft 2009 qualifiziert. Neben Fußballrobotern gibt es auch Ligen für Hausroboter (RoboCup@Home) und Rettungsroboter (RoboCup Rescue). Inzwischen ist die RoboCup WM mit der zugehörigen Konferenz zum größten Robotik-Event weltweit avanciert.
Mit dem Übergang zu immer komplexeren Designs an der Hochschule Offenburg werden DFT-Strukturen wie „Boundary Scan“ und „Scan“ in ASIC-Designs notwendig. Die DFT-Struktur Scan wird hierbei zukünftig bei Implementierung eines speziellen Scan Chain der Core Logic des ASIC-Designs verwendet und danach in der Boundary Scan Architektur integriert.
Zunächst werden die Strukturen im recht einfachen ASIC-Design „Rolling Dice“, entwickelt am IAF der Hochschule Offenburg, implementiert. Nach Verifizierung der Funktionalität der Strukturen durch Emulation erfolgt die Einführung in komplexere ASIC-Design wie Front-End ASIC DQPSK sowie Prozessor-ASIC PDA V.2 (beide ebenfalls entwickelt am IAF der Hochschule Offenburg).
Eine Verifizierung der mit DFT-Strukturen ausgestatteten komplexeren ASIC-Design erfolgt im Rahmen dieser Ausarbeitung nicht, Bezug genommen wird hauptsächlich auf die Einführung der DFT-Strukturen in das ASIC-Design des „Rolling Dice“.
Ein Vergleich von Aufwand gegenüber Nutzen bei Implementierung von DFT-Strukturen in „kleine“ gegenüber „große“ ASIC-Design bildet ein wichtiges Fazit.
Electronic pills, smart capsules or miniaturized microsystems swallowed by human beings or animals for various biomedical and diagnostic applications are growing rapidly in the last years. This paper searched out the important existing electronic pills in the market and prototypes in research centers. Further objective of this research is to develop a technology platform with enhanced feature to cover the drawback of most
capsules. The designed telemetry unit is a synchronous bidirectional communication block using continuous phase DQPSK of 115 kHz low carrier frequency for inductive data transmission suited for human body energy transfer. The communication system can assist the electronic pill to trigger an actuator for drug delivery, to record temperature, or to measure pH of the body. It consists additionally to a 32bit processor, memory, external peripheries, and detection facility. The complete system is designed to fit small-size mass medical application with low power consumption, size of 7x25mm. The system is designed, simulated and emulated on FPGA.
Virtual-Reality-Darstellung elektromagnetischer Felder in dreidimensionalen Mikrowellenstrukturen
(2000)
Untersuchungen haben gezeigt, daß der Mensch ein Vielfaches an Informationen in Form von visuellen Eindrücken, im Gegensatz zur textuellen Darstellung, verarbeiten kann. Mit Hilfe des numerischen Feld-Simulationsprogramms F3D können Mikrowellenstrukturen auf die Wechselwirkung mit elektromagnetischen Feldern untersucht werden. Das Programm F3D2VRML stellt die Ergebnisse in einer dreidimensionalen Virtual-Reality-Darstellung (VR) dar.
Damit ist es dem Betrachter möglich, mehr Informationen aufzunehmen, da die Informationen mit Formen und Farben im dreidimensionalen Raum visualisiert werden.
An der Fachhochschule Offenburg wurde im Sept. 93 das Projekt eines implantierbaren 16 Bit Mikroprozessor-Kernels FHOP ins Leben gerufen. Ausgehend von dem in einem Testchip erfolgreich erprobten umstrukturierten Entwurf wurde durch gezielten Einsatz von strukturiertem Routen unter Nutzung der Fähigkeiten zum hierarchischen Arbeiten in der MENTOR-IC-Station eine erheblich verkleinerte und flächenmäßig optimierte Struktur abgeleitet, die sich mit 4 Quadratmilimetern Fläche durchaus mit kommerziellen Mikroprozessor-Kerneln vergleichen läßt.
Im Rahmen dieses Projekts wurde im Labor Telekommunikationstechnik der Hochschule Offenburg ein flexibel konfigurierbares Funknetz nach dem ZigBee-Standard aufgebaut. Mit Hilfe diverser Messgeräte und Analyse-Tools wurden die wesentlichen Performance Parameter dieses Funknetzes unter realen Betriebsbedingungen evaluiert. So wurden z.B. Erkenntnisse über die Empfängerempfindlichkeit, die effektiv erreichbare Datenrate sowie das Interferenzpotential gewonnen, die Voraussetzungen für die optimale Nutzung dieser neuen Funktechnologie sind.