Fraunhofer-Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFTVon der medizinischen Bildgebung über Robotik bis hin zur automobilen Sensorik: Ultraschall-MEMS-Bauelemente definieren neu, was Ultraschallsysteme leisten können. Unsere maßgeschneiderten ASIC-Lösungen sind darauf ausgelegt, Leistung, Integration und Effizienz zu maximieren – einschließlich innovativer Biasing-Konzepte, die externe Komponenten überflüssig machen.
ASIC Entwicklung für MEMS mit Ultraschalltechnologie
Transceiver-ASIC für CMUT
ASIC-Design für Ultraschall MEMS-Bauelemente
Eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) stellt eine effiziente und hochoptimierte Möglichkeit dar, Signale von ultraschallbasierten MEMS-Bauelementen zu erzeugen und zu erfassen. Durch die Integration der erforderlichen analogen und digitalen Schaltungen auf einem einzigen Chip kann der ASIC gezielt an die spezifischen Anforderungen der Ultraschallanwendung angepasst werden. Dies ist entscheidend, um eine gute Gesamtleistung des Systems zu erreichen, einschließlich hoher Sende- (TX) und Empfangsempfindlichkeit (RX), geringer Rauschpegel in der Signalkette sowie eines minimierten Energieverbrauchs. Darüber hinaus trägt der Einsatz eines ASIC dazu bei, den Flächenbedarf des Systems zu reduzieren und kompakte, skalierbare und kosteneffiziente Ultraschallsysteme zu ermöglichen.
Eine der größten Herausforderungen konventioneller Ultraschallsysteme ist die hohe rechnerische Komplexität der Bildrekonstruktion, die durch den sehr hohen Datendurchsatz des ASIC verursacht wird. Unsere aktuelle Forschung adressiert dieses Problem durch die Untersuchung neuromorpher Datenerfassung und -verarbeitung unter Verwendung des neuromorphen Prozessors SENNA.
RX-ASIC für 32-Kanal-PMUT-Array
Modellierung von Ultraschallsystemen
Die Systemmodellierung von Ultraschallsystemen ermöglicht ein schnelles virtuelles Prototyping und erlaubt eine frühe Bewertung der Machbarkeit eines Kundenvorschlags, noch bevor Hardware entwickelt wird. Durch die Simulation der gesamten Signalkette, einschließlich PMUT und ASIC, können verschiedene Designoptionen und Betriebsbedingungen effizient untersucht werden. Dieser Ansatz hilft, Leistungsgrenzen, potenzielle Risiken und Optimierungsmöglichkeiten bereits in einer frühen Phase zu identifizieren. Darüber hinaus dient die Systemmodellierung als strukturierte Methode zur Ableitung zentraler Parameter und Spezifikationen, wie beispielsweise erforderliche Empfindlichkeit, Bandbreite, Leistungsaufnahme und Rauschpegel, sowie zur Abschätzung des Entwicklungsaufwands und der Komplexität sowohl für das ASIC- als auch für das PMUT-Design.
PMUT-Array-Design
Ein anwendungsspezifisches Design piezoelektrischer mikromechanischer Ultraschallwandler (PMUTs) für einen breiten Ultraschallfrequenzbereich ist entscheidend, um einen effizienten und optimalen Betrieb von Ultraschallsystemen in unterschiedlichen Anwendungsfällen sicherzustellen. Durch die Anpassung des PMUT-Designs an die Zielanwendung des Kunden – beispielsweise Bildgebung, Distanzmessung oder Gestenerkennung – kann die Leistung des Wandlers hinsichtlich Bandbreite, Empfindlichkeit, Richtcharakteristik und Leistungsaufnahme optimiert werden.
Basierend auf den Anforderungen des Kunden können wir detaillierte Spezifikationen ableiten, Modellierung und Simulation durchführen, Prototypen fertigen und die PMUT-Leistung experimentell validieren. Darüber hinaus bieten wir Technologietransfer-Dienstleistungen an, um einen zuverlässigen und skalierbaren Übergang in die Serienproduktion zu unterstützen.