Projekti / Programi
Integrirani sistem za zajemanje in merjenje senzorskih parametrov ter avtomatično kalibracijo merilnih sistemov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.09.03 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
Mikroelektronika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T171 |
Tehnološke vede |
Mikroelektronika |
pameten vhod, regulacija enakosti, avtomatska regulacija ojačanja, zajemanje podatkov, ofset, amplituda, faza,
Raziskovalci (13)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
01959 |
dr. Rudolf Babič |
Telekomunikacije |
Raziskovalec |
2007 - 2010 |
0 |
| 2. |
09034 |
dr. Tomaž Dogša |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2007 - 2010 |
0 |
| 3. |
13690 |
dr. Bojan Jarc |
Telekomunikacije |
Raziskovalec |
2007 - 2010 |
0 |
| 4. |
27868 |
dr. Kosta Kovačič |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2007 - 2010 |
0 |
| 5. |
06932 |
dr. Vinko Kunc |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2007 - 2010 |
0 |
| 6. |
07486 |
mag. Andrej Marn |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2007 - 2010 |
0 |
| 7. |
16384 |
dr. Albin Pevec |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2007 - 2010 |
0 |
| 8. |
04535 |
dr. Mitja Solar |
Telekomunikacije |
Raziskovalec |
2007 - 2010 |
0 |
| 9. |
06682 |
dr. Slavko Starašinič |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2007 - 2010 |
0 |
| 10. |
17880 |
dr. Matej Šalamon |
Telekomunikacije |
Raziskovalec |
2007 - 2010 |
0 |
| 11. |
19232 |
dr. Anton Štern |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2007 - 2010 |
0 |
| 12. |
05648 |
dr. Andrej Vodopivec |
Elektronske komponente in tehnologije |
Vodja |
2007 - 2010 |
0 |
| 13. |
07489 |
dr. Igor Zelinka |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2007 - 2010 |
0 |
Organizacije (1)
Povzetek
Cilj raziskave, imenovali smo jo ASSC regulacija (Automatic Sensors’ Signals Conditioning), je avtomatična – amplitudna, fazna in ničelna kalibracija celotnega merilnega sistema, ki vključuje lastnosti zunanjih virov signala, lastnosti zunanjega krmilnika signalnih virov ter kalibracijo parametrov integriranega mikrosistema, ki zajema lastnosti integriranih senzorjev, lastnosti vmesnika med krmilnikom in signalnim virom in neidealne – procesno in temperaturno nestabilne lastnosti integriranih vhodnih ojačevalnikov (AFE). Avtomatično se torej – med normalnim delovanjem – merijo parametri in zvezno kalibrira celoten merilni sistem brez negativnih vplivov na normalno delovanje sistema. Upravičeno govorimo o laboratoriju na čipu (lab-on-a-chip).
Raziskava se torej nanaša na aplikativne algoritme integrirane izvedbe merilnih sistemov, ki uporabljajo magnetne, optične in kapacitivne senzorje, rešitve pa bodo v osnovi univerzalne. Temeljni cilj raziskave je poiskati možnost integrirane izvedbe povsem avtomatične nastavitve pogojev zajemanja senzorskih signalov in njihovih lastnosti:
• izenačevanje amplitud analognih kanalov
• regulacija amplitud ob upoštevanju maksimalnega dinamičnega območja
• regulacija medsebojne fazne odvisnosti periodičnih signalov
• korekcija napetosti ničenja analognih kanalov
Omenjene lastnosti se morajo regulirati avtomatično, brez vpliva na zmanjšanje dinamike sistema, regulacija mora zajemati celoten sistem (Slika 1), delovati neodvisno od frekvence signalov (od 0 Hz naprej), neodvisno od zunanjih pogojev (temperatura, vlaga, ..), neodvisno od sprememb tehnoloških parametrov mikroelektronske tehnologije, v kateri bo ASSC sistem integriran ter brez dodatne kalibracijske faze, torej zvezno, sočasno z izvajanjem vseh funkcij sistema – kar je temeljni izziv raziskave.
Raziskovalni izziv je nadalje prisoten pri merjenju posameznih parametrov, saj je zajeto področje signalov od enosmernih vrednosti do hitrih sprememb signala, izenačevati je potrebno vršne vrednosti amplitud signalov, celoten merilni in regulacijski sistem pa mora biti nizkošumen (S/N:120 dB), kar bo zahtevalo povsem nov razvoj reguliranih diferenčnih operacijskih ojačevalnikov in izvedbo nizkošumne regulacije analognih signalov. Raziskovalni del projekta bo zajemal povsem nov algoritem za merjenje napetosti ničenja, povsem nov bo tudi algoritem merjenja faznih razlik periodičnih signalov glede na zgoraj omenjene lastnosti ter pogoje zajemanja senzorskih podatkov. Raziskovalni projekt (Slika 2) bo tako zajemal avtomatično
• merjenje amplitud, faze in napetosti ničenja signalov AMM,
• izenačevanje amplitud senzorskih signalov AMC,
• nastavitev ojačanja AGC,
• korekcijo napetosti ničenja AOC in
• korekcijo fazne razlike APC,
vse v integrirani izvedbi v tehnologiji CMOS ali BiCMOS.
Opisan sistem v svetu še ne obstaja, zasledimo lahko le AGC in AOC, vendar ne delujejo hkrati na enosmernih in izmeničnih signalih. Predlagan sistem, vgrajen na primer v enkoderske merilne sisteme bi pomenil velik napredek pri izboljšanju zanesljivosti, točnosti in znižanju proizvodnih stroškov avtomatične merilne opreme, uporabljene v vseh segmentih industrije.
Pomen za razvoj znanosti
Cilj raziskave je bil izboljšati kvaliteto senzorskih signalov, s katerimi z nadaljnjo interpolacijo dosežemo večjo ločljivost dekodirnikov. Z novimi algoritmi smo premaknili meje ločljivoeti optičnih dekodirnikov daleč za stanje tehnike, saj se je večina raziskav dosedaj odvijala na zniževanju popačenja signalov dekodirnih glav. Tudi člani IDS so opisal eno takšnih rešitev (članek v IEEE). Predstavljena AMM in fazna korekcija PCA so v smislu izvedljivosti integrabilne in zato omogoćajo veliko robustnost dekodirnih aplikacij - torej večjo zanesljivost, kar je poleg točnosti ključen faktor. Razvitih je bila vrsta integrabilnih algoritmov, ki je privedla do izboljšav, ki smo jih zaščitili z SLO in evropskimi patenti. Doseženi rezultati bodo osnova za nadaljevanje in bodo pospešili raziskave v smislu povečevanja preciznosti meritev znotraj algoritmov, ki zagotavljajo veliko zanesljivost delovanja industrijskih aplikacij in s tem bo znanost uspešno posegla na področje merjenja nanometerskih dimenzij. Naše rešitve puščajo odprto pot tako za raziskave kot za implementacijo algoritmov za avtomatično kontrolo meritev, ki so vezani na sistemske lastnosti samih aplikacij. Opisani in na siliciju implementirani algoritmi so elektronski sklopi (analogni procesorji - AFE), ki ustrezno obdelujejo analogne signale, dobljene iz optičnih merilnih glav ali so v celoti integrirani v IDS-ovih magnetnih dekodirnikih. Prav tako so v teku nadaljnje raziskave novih metod (diplomska dela in doktorati zaposlenih v IDS).
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultat aplikativnega projekta je bil razviti nove, robustne in integrabilne algoritme za avtomatično regulacijo parametrov zajemanja senzorskih signalov, ki temeljijo na ortogonalnosti in so zaradi omenjenih lastnosti tudi cenovno ugodni, kar pomeni, da lahko dosegamo dober izplen in minimalno porabo silicija pri integraciji v sisteme na čipu (SoC). Zato smo razvili novo interpolacijsko vezje, ki mu je bilo potrebno dodati minimalno elektroniko. Sistem merjenja in korekcije jebil integriran v testno vezje EN400B, ki je trenutno najhitrejše tovrstno vezje z najvišjih interpolacijskim številom pri dani hitrosti merjenja. To seveda pomeni konkurenčnost in tržno prednost podjetna IDS tudi na področju merilnih sistemov - v prihodnjih letih in tudi boljše produkte za slovenska podjetja, s katerimi IDS sodeluje (na primer RLS, ki mu IDS uspešno načrtuje integrirane magnetne dekodirne sisteme na siliciju, kjer vgrajujemo integrabilne algoritme, načrtane v sklopu aplikativnega projekta). Novi produkti so prisotni na svetovnem trgu, kar povečuje tehnološki ugled Slovenije.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
