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Nach dem Nachweis der Funktionalität des an der Fachhochschule Offenburg entwickelten Mikroprozessorkernels FHOP (First Homemade Operational Processor), wird eine Anwendung des Kernels in einem Applikationschip beschrieben.
Der Thermologger-ASIC soll mit Hilfe eines Temperatursensors die Umgebungstemperatur bei technischen Prozessen in regelmäßigen Zeitabständen erfassen und abspeichern. Die Meßwerte werden bei Bedarf ber eine serielle Schnittstelle des Thermologger-ASICs an einen PC übertragen und ausgewertet. Zur Verringerung der Leistungsaufnahme wird zwischen zwei Temperaturmessungen in einen Power-Down-Mode geschaltet.
Der ASIC soll später in einer Chipkarte integriert werden.
Im Frühjahr 1995 entstand die Idee, einen Lottozahlengenerator als Demonstrations- und Studienobjekt, für die Anwendung komplexer digitaler Entwurfsmethoden, zu entwerfen. Mit Hilfe der Schaltung ist es möglich, 6 verschiedene Zahlen zufällig aus 49 Zahlen zu ermitteln. Bei der Ziehung der einzelnen Zahlen werden verschiedene Töne und Melodien erzeugt. Die Schaltung ist so konzipiert, daß eine einfache Bedienung möglich ist. Der Chip wurde als Standardzellen-Entwurf mit einer Fläche von ca. 7 um² geroutet.
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.
FHOP-Mikroprozessor-Kernel
(1995)
Für die Implementation in ASIC's wurde ein kompakter Mikroprozessor-Kernel als Standardzellen-Makro entworfen. Durch konsequenten Einsatz von Hochsprachen und CAE-Werkzeugen (VHDL, Synthese) konnte ein vollständiges Design in nur vier Monaten durchgeführt werden. Der Prozessor wird in einem Testchip erprobt.
Erstellen von Hardmakros und Aufbau einer Zellbibliothek unter Verwendung des ES2-Library-Kits
(1993)
Es wird eine Anleitung zur Erstellung von Hardmakros mit der Mentor-Graphics-Software gegeben. Die Hardmakros werden mit Standardzellen aus der ES2-Bibliothek der Firma EUROCHIP aufgebaut. Die Hardmakros werden in eine eigenständige Bibliothek abgelegt und können in neuen Chip-Designs verwendet werden.
Digitaler Phasenreglerkreis mit numerisch gesteuertem Oszillator als LCA-Microcontroller Kombination
(1992)
Am Beispiel einer Schrittmotor-Indexerschaltung wird der effektive Einsatz von konfigurierbaren Logic Cell Arrays in Zusammenwirkung mit einem Mikrokontroller demonstriert, wobei die hohe Arbeitsgeschwindigkeit des LCAs den Bereich der Schaltung übernimmt und im Regelkreis die arithmetrische Berechnung durchführt. Die Konfiguration des LCA aus dem EPROM des Controllers führt zu einer ungewöhnlichen Flexibilität des Entwurfs und ermöglicht zahlreiche andere Anwendungen mit dieser Architektur.
Die Fachhochschule Offenburg bietet den Studenten des Fachbereichs Nachrichtentechnik seit Ende 1990 das Wahlfach "Entwicklung integrierter Anwenderschaltkreise (ASIC)" an. Ziel des Wahlfachs ist es, den Studenten Grundkenntnisse im Entwurf eines ASIC's zu vermitteln, und wie im folgenden Beitrag aufgezeigt, die Möglichkeit zu bieten, den gesamten Entwurfszyklus von der Schaltungsentwicklung bis hin zur Fertigungsmaske zu durchlaufen.
Im Institut für angewandte Forschung (IAF) der FH Offenburg wird derzeit eine Chipkarte entwickelt, mit der Temperaturzeitreihen über längere Zeiträume aufgezeichnet werden können. Die zur Datenerfassung erforderlichen Systemkomponenten sind auf nur einem Halbleiterchip zusammengefaßt, wodurch sich bei großen Produktionsstückzahlen ein sehr niedriger Herstellpreis erzielen läßt. Die 'Thermologger' genannte Chipkarte kann zudem mit Standard-Chipkartenlesern und einer dedizierten Software auf jedem PC konfiguriert, gelesen und ausgewertet werden.
The authors present an abiotically catalyzed glucose fuel cell and demonstrate its application as energy harvesting power source for a cardiac pacemaker. This is enabled by an optimized DC-DC converter operating at 40 % conversion efficiency, which surpasses commercial low-power DC-DC converters. The required fuel cell surface area can thus be reduced from about 125 cm2 to 18 cm2, which would allow for its direct integration onto the pacemaker casing.
A new miniaturized capsule with 32bit processor and bidirectional communication system is being developed for multitask application. The capsule is designed to be a platform for medical assistant application inside the body. The processor core SIRIUS has been developed, simulated, synthesized to a netlist and verified. 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. The complete system is designed to fit small-size mass medical application with low power consumption, size of 7x25 mm. The system is designed, simulated, emulated on FPGA, and routed in AMIS Technology.
This paper presents an enhancement on QPSK modulation technique for near field communication (NFC). The enhanced modulation is based on continuous-phase QPSK with Gaussian filtering during switch from one phase to the other. Signal processing is done digitally with minimum external discrete components for air interface. The telemetry system can be used to assist a smart capsule (slave) that can be swallowed to establish data communication with external device (master). The system is designed, simulated, and emulated on FPGA showing 20 dB attenuation on side-lobes of the spectrum.
A platform of an electronic capsule is being developed for multi-task medical assistant application. It includes a near field telemetry unit for bidirectional communication system of 115 KHz low carrier frequency for inductive data transmission suited for human body energy transfer. The system triggers an actuator for drug delivery in various time and release forms via wireless external control, it has the ability to record temperature, measure pH of the body (additional sensors), and retrieve data to the outside. It consists of 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. A final layout of the complete chip design is still under progress.
A new electronic capsule with bidirectional communication system is being developed for multi-task application. The capsule is designed to be a platform for medical assistant application inside the body. 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. A final layout of the complete chip design is still under progress.
The Institute of Applied Research Offenburg is working in the field of autonomous data loggers since many years. In collaboration with industry, a new RFID based active sensor data logger for continuous recording of temperature has been developed and is now manufactured in mass production. Compared to existing systems, an unusual large data memory is integrated, which can be used via a simplified file system in a flexible way. The system will be used to accompany and monitor temperature sensitive goods of high value. The transponder is the first member of a new class of logging devices, the smallest will be not larger than a 2 Euro-coin with a fully integrated ASIC frontend.
Remote measurement of the physiology, so-called biotelemetry, is a key technology in the modern veterinary medicine. The usage of wireless implants has less impact on the behavior of animals than manual measurement methods and cause less disturbance than wired devices. But, common biotelemetry still uses proprietary communication and power concepts focused on small systems with one animal. Therefore, the University of Applied Sciences Offenburg is developing a low-cost RFID system called muTrans1, which is able to measure ECG, pressure, temperature, oxygen saturation and activity. The muTrans uses an own RFID sensor transponder and standardized commercial components and combines them to a scalable RFID system able to build-up RFID sensor networks with a nearly unlimited size.
In this paper, a complete passive transponder device has been discussed which is meant to monitor leakage in silicone breast implants. The passive tag operates in the HF frequency range of 13.56MHz using RFID ISO 15693 standard. The complete system consists of the transponder, reader and a PC. This paper focusses on the development of such a state of the art passive RFID transponder to monitor the wellness of the silicone breast implants periodically in order to detect leakage in the same. Keyword: RFID (Radio frequency identification device), EM (Electromagnetic) field, Passive Transponder, Silicone breast implants.
A new RFID/NFC (ISO 15693 standard) based inductively powered passive SoC (System on chip) for biomedical applications is presented here. The proposed SOC consists of an integrated 32 bit microcontroller, RFID/NFC frontend, sensor interface circuit, analog to digital converter and some peripherals such as timer, SPI interface and memory devices. An energy harvesting unit supplies the power required for the entire system for complete passive operation. The complete chip is realized on CMOS 0.18 μm technology with a chip area of 1.5 mm × 3.0 mm.
An der Fachhochschule Offenburg wird der Design-Kit FHO_MTC_CMOS_035_v1.0 erstellt. Mit Hilfe dieses Kits lassen sich Designs in der AMI O.35 Mikrometer Technologie entwerfen. Alle durchgeführten Arbeiten werden durch den Entwurf eines Lottozahlengenerator-Chips verifiziert, der gefertigt wird. Damit sind alle wesentlichen Schritte bekannt, die für die Aufbereitung eines Design-Kits für beliebige Technologien für die Mentor-Tools erforderlich sind. Der Design-Kit wird für alle MPC-Mitglieder freigegen, die eine NDA für AMI bei Europractice unterzeichnet haben.
In dieser Arbeit wurde eine USB-Schnittstelle für ein bestehendes Mikrocontroller System FHOP realisiert. Im aktuellen Stand funktioniert das Design zuverlässig in Low Speed Konfiguration. Im Full Speed gibt es noch einige Schwierigkeiten, denn die Kommunikation bricht nach einigen Paket-Transfers zusammen. Durch das Emulieren des Designs auf FPGA wurde die Funktion nachgewiesen. Die nächste Aufgabe wird sein, die Hardware zu optimieren, damit das USB-Modul auch im Full Speed zuverlässig funktioniert. Zusätzlich wird die Software auf der PC Seite optimiert, um höhere Übertragungsraten zu erzielen.
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.
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.
Auf dem Markt existiert eine Vielzahl an PDAs. Alle haben einen sehr hohen Funktionsumfang und übertreffen sich von Generation zu Generation und erfordern einen hohen Entwicklungsaufwand von ganzen Entwicklerteams.
Der in dieser Arbeit entwickelte PDA mit seiner Hard- und Software soll kein Konkurrenzprodukt darstellen, sondern aufzeigen, was mit hausinternen Mitteln der Hochschule Offenburg möglich ist und gegebenenfalls eine Benutzeroberfläche für bestehende oder noch kommende Projekte bilden.
Das hier entstandene Gerät ist im Akkumulator-Betrieb autonom und kann als eigenständiges System betrieben werden. Als Herzstück dient das Softcore SIRIUS Mikroprozessorsystem, das als VHDL-Modell in einem FPGA emuliert wird.
Zum Darstellen des grafischen Betriebsystems, welches speziell für dieses PDA entwickelt wurde, wird ein AMOLED-Display verwendet. Dieses besitzt ein Touchpanel, welches zur Steuerung des Systems genutzt wird. Softwareseitig sind Grundfunktionen zur Darstellung von Bildern und Texten entstanden, sowie Beispielanwendungen, die diese benutzen. Das grafische Betriebssystem ist modular und ermöglicht die direkte Weiterentwicklung von Anwendungen für das System.
A new approach of continuous phase QPSK Band-Pass modulation technique is being developed as enhancement to the QPSK modulation scheme for inductive data transmission (NFC). The modulation is based on Gaussian filtering of the phase transition from one state to the other rather than discontinuity in phase shift. The carrier is based on low frequency 115 KHz suitable for human body energy penetration due to its large skin-depth and lower inductive power attenuation. The complete signal processing is done digitally, external coil and capacitor is used for transceiver interface. The telemetry assists a smart pill swallowed by human being to trigger an actuator for drug delivery, record temperature, or perform diagnostic task inside the body. The smart pill includes 32bit processor, 16 Kbyte memory, temperature sensor, telemetry unit, and additional external peripheries. The complete system is designed, embedded in one SoC, and realized on ASIC with chip-area less than 14 mm<sup>2</sup>.
A new, small, and optimized for low power processor core named SIRIUS has been developed, simulated, synthesized to a netlist and verified. From this netlist, containing only primitives like gates and flip-flops, a mapping to an ASIC - or FPGA technology can easily be done with existing synthesizer tools, allowing very complex SOC designs with several blocks. Emulation via FPGA can be done on already simple setups and cheap hardware because of the small core size. The performance is estimated 50 MIPS on Cyclone II FPGA and about 100 MIPS on a 0.35 CMOS 5M2P technology with 4197 primitives used for the core, including a 16 x 16 multiplier. An example design of the ASIC for an electronic ePille device currently in development is shown.
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.