Analyse und Simulation von Komponenten der Mess … · Analyse und Simulation von Komponenten der Mess-Hardware eines OFET-Testsystems in VHDL-AMS Diplomarbeit im Fach Informatik

Analyse und Simulation von Komponenten derMess-Hardware eines OFET-Testsystems in VHDL-AMS

Diplomarbeit im Fach Informatik

vorgelegt von

Florian E.J. Fruthgeboren am 26. Januar 1979 in Schillingsfurst

Lehrstuhl fur Lehrstuhl fur

Systemsimulation (LSS) Rechnergestutzten Schaltungsentwurf (LRS)

Friedrich Alexander Universitat Erlangen-Nurnberg

Betreuer: Prof. Dr. Christoph Pflaum (LSS)

Prof. Dr.-Ing. Klaus Helmreich (LRS)

Dipl.-Ing. Klaus Schneider (LRS)

Beginn der Arbeit: 28. August 2005

Abgabedatum: 28. Februar 2006

Erklarung

Ich versichere, dass ich die Arbeit ohne fremde Hilfe und ohne Benutzung anderer als der ange-

gebenen Quellen angefertigt habe und dass die Arbeit in gleicher oder ahnlicher Form noch keiner

anderen Prufungsbehorde vorgelegen hat und von dieser als Teil einer Prufungsleistung angenom-

men wurde.

Alle Ausfuhrungen, die wortlich oder sinngemaß ubernommen wurden, sind als solche gekenn-

zeichnet.

Erlangen, 28. Februar 2006

Kurzdarstellung

In der vorliegenden Arbeit wird die Modellierung und Simulation eines Testsystems fur organi-

sche Feldeffekttransistoren (OFETs) mit Hilfe der Hardwarebeschreibungssprache VHDL-AMS

durchgefuhrt. Bei VHDL-AMS wurde die fur digitale Schaltungen gebrauchliche Beschreibungs-

sprache VHDL um analoge und gemischt analog-digitale Komponenten erweitert. OFETs besitzen

besondere Eigenschaften (z.B. große Widerstande, lange Schaltzeiten, kleine Strome), die es notig

machen, eine geeignete Test-Hardware fur sie zu entwickeln.

Die Modellierung des Testsystems kann in zwei Bereiche aufgeteilt werden:

• die Datenerfassungs-Hardware

• die Pin-Elektronik

Hinzu kommt der zu testende Prufling. Diese Komponenten werden mit Hilfe von VHDL-AMS

simuliert. Simulationsergebnisse werden verglichen mit Messungen an der Hardware-Nachbildung

des Pruflings und der Pin-Elektronik.

iv

Abstract

This thesis focuses on the modelling and simulation of a testsystem for Organic Field Effect Tran-

sistors (OFETs) in VHDL-AMS. VHDL-AMS is the analog extension of the digital hardware de-

scription language VHDL. Testing of OFETs requires adapted test hardware because they have

special characteristics (e.g. high resistance, long circuit times, low currents).

The modelling of the test system can be partitioned into the following sections:

• the data acquisition hardware

• the pin electronics

Together with the device under test (DUT) these components will be simulated in VHDL-AMS.

Results of the simulation are compared to the measurement of a hardware emulation of the DUT

and the pin electronics.

v

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1

2 Motivation und Stand der Technik 32.1 Organische Feldeffekttransistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2 Organische Leuchtdioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.3 Pin-Elektronik und Mess-Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.4 Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.5 Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3 Modellierung und Simulation des Testsystems 123.1 Mess-Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.1.1 Auswahl der passenden Messkarte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.1.2 Modellierung in VHDL-AMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.2 Pin-Elektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.2.1 Frequenzgenerator-Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.2.2 Datenerfassungs-Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.2.3 Steuerung der Pin-Elektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.3 Prufling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.4 Aufbau des Testsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.4.1 Programmierung der Messkarte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.4.2 Pin-Elektronik und Prufling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.5 Zusammenfassung Kapitel 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4 Ergebnisse 324.1 Ergebnisse der Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.2 Messergebnisse der Hardware-Nachbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.3 Zusammenfassung Kapitel 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Inhaltsverzeichnis vii

5 Zusammenfassung und Ausblick 405.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

5.2 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Abbildungsverzeichnis 42

Literaturverzeichnis 43

viii Inhaltsverzeichnis

Kapitel 1

Einleitung

In der vorliegenden Arbeit wird die Modellierung und Simulation eines Testsystems fur RFIDs1 aus

organische Feldeffekttransistoren (OFETs) mit Hilfe der Hardwarebeschreibungssprache VHDL-

AMS2 durchgefuhrt. Bei VHDL-AMS wurde die fur digitale Schaltungen gebrauchliche Beschrei-

bungssprache VHDL um analoge und gemischt analog-digitale Komponenten erweitert. OFETs be-

sitzen besondere Eigenschaften (z.B. hohe Widerstande, lange Schaltzeiten) die es notig machen ei-

ne geeignete Test-Hardware fur sie zu entwickeln. RFIDs arbeiten in der Anwendung beruhrungslos,

jedoch sind fur die Tests wahrend der Fertigung Kontakte fur die Test-Hardware notig. Diese Tests

sind notwendig, um fehlerhafte Hardware aussortieren zu konnen.

Die Modellierung des Testsystems kann in zwei Bereiche aufgeteilt werden:

• die Datenerfassungs-Hardware

• die Pin-Elektronik

Hinzu kommt der zu testende Prufling, der auch als Device-Under-Test (DUT) bezeichnet wird. Der

Prufling nimmt die von den Komponenten der Test-Hardware erzeugten Stimuli auf um anschlie-

ßend Ausgangssignale zu erzeugen, welche von der Mess-Hardware aufgenommen und ausgewer-

tet werden. Bei dem DUT handelt es sich um einen RFID-Transponder aus OFETs der uber seine

Kopplungsspule die notige Energie aufnimmt um anschließend seine Kenndaten zu senden.

Die Pin-Elektronik enthalt sowohl die notigen Bauteile um Messungen an mehreren Punkten

innerhalb des Transponders durchzufuhren als auch um an diesen Punkten bestimmte Spannungen

und Strome zu erzeugen. Somit konnen die einzelnen Bauteile des RFID-Transponders separat und

zusammen getestet werden.

Die Datenerfassungs-Hardware besteht aus einem Computer mit einer PCI-Messkarte. Diese

wird mit Hilfe von Labview angesteuert und ausgelesen.

1Radio Frequency Identification bezeichnet das beruhrungslose Lesen und Speichern von Daten auf einem so ge-nannten Transponder

2Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language - Analog Mixed Signal

2 Kapitel 1. Einleitung

Im folgendem Kapitel wird der Stand der Technik aufgezeigt. Hierbei werden die Grundprinzi-

pien der verwendeten Komponenten veranschaulicht, um im anschließenden Kapitel die Virtuelle

Testumgebung des Charakterisierungstests zu beschreiben. Nach der Simulation des Testsystems

wurde an der entsprechenden Hardware-Nachbildung Messungen durchgefuhrt und diese mit den

Messdaten der Simulation verglichen.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, in der Simulation die Funktionalitat eines Testsystems fur or-

ganische Schaltungen am Beispiel eines RFID-Transponders zu untersuchen. Hierbei muss beson-

ders auf die charakteristischen Eigenschaften von OFETs geachtet werden, da diese hohe Spannun-

gen benotigen und nur kleine Strome schalten konnen. Handelsubliche Messgerate haben hierfur

zu geringe Innenwiderstande, so dass sie einzelne OFETs der Schaltungen kurzschließen konnen.

Des Weiteren konnen die Eingangskapazitaten bei dynamischen Messungen nur langsam umge-

laden werden, was zur Folge hat, dass die gemessenen Schaltungen langsamer arbeiten. Deshalb

muss versucht werden, durch geeignete Mess-Hardware die Einflusse auf die zu messenden ICs zu

minimieren damit sich diese bei einer Messung wie im normalen Betrieb verhalten.

Kapitel 2

Motivation und Stand der Technik

2.1 Organische Feldeffekttransistoren

Durch die Entdeckung leitfahiger Polymere im Jahre 1977 wurde die Herstellung von leitenden

und halbleitenden Kunststoffen moglich. Diese wurde zur Jahrtausendwende mit dem Nobelpreis

der Chemie gewurdigt [Shirakawa2000].

Vor dieser Entdeckung wurden Kunststoffe in der Elektronik vor allem als Isolatoren verwen-

det. Wie die Veroffentlichung des Nobelpreiskomitees [Shirakawa2000] zeigt, ist die Entdeckung

leitfahiger Polymere mehreren Zufallen zu verdanken. Der erste Zufall hat seinen Ursprung Anfang

der 70er Jahre als Shirakawa am Tokyo Institute of Technology eine neue Moglichkeit der Synthe-

tisierung von Polyacetylen erforschte. Durch eine unabsichtliche tausendfache Uberdosierung des

verwendeten Katalysators wurde die Moglichkeit geschaffen, abhangig von der Temperatur entwe-

der cis- oder trans-Polyacetylen herzustellen. Zur gleichen Zeit haben MacDiarmid und Heeger an

anorganischen, polymeren Schwefel-Nitriden geforscht. Durch eine zufallige Begegnung on Mac-

Diarmid und Shirakawa wurde eine Zusammenarbeit eingeleitet, welche zur ihrer Veroffentlichung

fuhrte.

Das Grundprinzip der leitfahigen Polymere ergibt sich aus ihrer Struktur. Diese sind aus langen

Ketten von Monomeren1 mit periodischen Verbindungen aufgebaut. Die meisten Kunststoffpoly-

mere bestehen aus Kohlenstoffverbindungen. Um eine Leitfahigkeit der Kunststoffe zu erreichen

mussen folgende Grundvoraussetzungen erfullt sein: Erstens muss, wie in Abbildung 2.1 gezeigt,

die Polymerkette abwechselnd aus Einfach- und Doppelbindungen bestehen und zweitens muss ei-

ne Dotierung vorgenommen werden. Diese Dotierung kann sowohl durch Reduktion (Hinzufugen

von Elektronen) als auch Oxidation (Entfernen von Elektronen) erfolgen. Am Beispiel von Poly-

1griech. mono ,,ein, einzel”, meros ,,Teil”: Monomere sind nieder-molekulare, reaktionsfahige Molekule, die sich zumolekularen Ketten oder Netzen zusammenschließen konnen

4 Kapitel 2. Motivation und Stand der Technik

C C C

C C C

H H H

H H H

Abbildung 2.1: Struktur von Polyacetylen

C C C

C C C

H H H

H H H

1.

2. 3.

Abbildung 2.2: ,,Lochwanderung” bei Polyacetylen

acetylen fuhrt das zu folgenden Reaktionsgleichungen:

Oxidation : [CH]n +3x2

I2 → [CH]x+n + xI−3 Reduktion : [CH]n + xNa→ [CH]x−n + xNa+

Das Entfernen von Elektronen bei der Oxidation fuhrt, ahnlich wie bei normalen Feldeffekt-

transistoren, zu ,,Lochern” in der Polymerkette. Genauer gesagt, wird aus einer Doppelbindung ein

Elektron entfernt (vgl. Abbildung 2.2, Schritt 1). Das dadurch entstandene freie Elektron kann nun

wieder eine Doppelbindung eingehen. Das hierzu benotigte zweite Elektron kann aus einer benach-

barten Doppelbindung bezogen werden was dazu fuhrt, dass dort wieder ein freies Elektron entsteht

(Schritt 2 und 3). Somit kann ein Elektronenfluss durch ,,Lochwanderung” erzeugt werden. Um den

Elektronenfluss zu steuern, ist es moglich, Fremdatome zu dotieren. Des Weiteren kann durch ein

elektrisches Feld die Leitfahigkeit elektrisch ein- bzw. ausgeschaltet werden. Dies ermoglicht es,

mit Hilfe von Polymeren Schaltungen zu erzeugen.

Polymere konnen als Flussigkeiten verarbeitet werden. Dadurch ist es moglich elektronische

Systeme zu drucken [Zielke2003]. Dies hat zwei Vorteile: es konnen großere Flachen bedruckt

werden - im Gegensatz dazu ist man bei traditionellen Transistoren auf die Flache der 300 mm Si-

2.2. Organische Leuchtdioden 5

Abbildung 2.3: Aufbau von OLEDs und OFETs

liziumwafer beschrankt - und daruber hinaus sind die Produktionskosten niedriger. Diese Aspekte

machen organische Transistoren fur die Massenproduktion von ,,Billigprodukten” und ,,Wegwerf-

elektronik” interessant.

Dennoch gibt es auch Nachteile. Der großte Nachteil ist die geringere Beweglichkeit der Elek-

tronen in einem OFET gegenuber traditionellen Transistoren aus Halbleitern. Dies hat zur Folge,

dass der Takt von organischen Schaltungen zur Zeit weit niedriger angesetzt werden muss. Des

Weiteren sind viel hohere Spannungen notig um OFETs zu schalten.

2.2 Organische Leuchtdioden

Das bei OFETs eingesetzte Prinzip der ,,Elektronenlocher” wird in einer ahnlichen Weise auch bei

Organische Leuchtdioden (OLEDs) genutzt [ole2005]. Abbildung 2.3 zeigt den Unterschied zwi-

schen einem OFET und einem OLED. Die organische Schicht bei OLEDs besteht in der Regel aus

zwei unterschiedlichen Polymeren. Die an der Kathode angrenzende Schicht wird als Elektronen-

Transportschicht (,,Electron-Transport-Layer”, ETL), die an der Anode als Loch-Transportschicht

(,,Hole-Transport-Layer”, HTL) bezeichnet. An der Anode werden Locher erzeugt, an der Kathode

Elektronen. Diese konnen sich in den Organischen Schichten neu kombinieren und die hierbei frei-

werdende Energie als Licht abgeben. Die Farbe des Lichts hangt von den verwendeten Molekulen

in den Organischen Schichten und die Intensitat vom Stromfluss zwischen Kathode und Anode ab.

Damit das Licht sichtbar wird, muss die Anode und das Substrat im Gegensatz zu OFETs durch-

sichtig sein.

Zur Herstellung gibt es drei gangige Verfahren:

• Vacuum Deposition: Ablagerung der Organischen Molekule auf dem Substrat im Vakuum


• Organic Vapor Phase Deposition: Ablagerung der Organischen Molekule auf dem Substrat

mit Hilfe eines Tragergases

• Inkjet Printing: Bespruhen des Substrats mit den Organischen Schichten (,,Drucken” der

OLEDs)

2.3 Pin-Elektronik und Mess-Hardware

Die ersten elektronischen Schaltungen waren im Vergleich zu heutigen noch relativ groß. Dies

ermoglichte es, Kontakte auch innerhalb der Schaltungen abzugreifen. Durch die immense Verklei-

nerung der Strukturen ist es mittlerweile gerade noch durchfuhrbar, die außeren Kontakte eines ICs

abzugreifen, da diese mikrometergenau angepasst werden mussen. Diese Herausforderung stellt

sich besonders beim Produktionstest, da hierbei sehr große Stuckzahlen getestet werden mussen.

Des Weiteren ist bei dieser Arbeit noch ein Unterschied zu beachten: Es handelt sich um ein

Charakterisierungstestsystem fur organische Transistoren. Diese benotigen viel hohere Spannungen

als siliziumbasierte Schaltungen. Traditionelle Digitalschaltungen weisen nur low und high Pegel

auf, die normalerweise bei 0 V - 0,8 V bzw. 2,2 V - 5,0 V angesetzt werden. Bei Charakterisierungs-

tests ist es außerdem notig, Pegel einstellen zu konnen um die Grenzen des zu testenden Gerates zu

bestimmen.

Die Mess-Hardware wurde durch die immer starkere Verbreitung von immer leistungsfahigeren

Computern im Laufe der letzten Jahrzehnte einer stetigen Weiterentwicklung unterzogen. Angefan-

gen von reinen Einzelmessinstrumenten ging die Entwicklung hin zu programmierbarer Prufsystem-

Hardware. Unter Ausnutzung der Multifunktionalitat des Computers wurde versucht, auch Mess-

Hardware in normalen PCs zu integrieren und diese mit einer komfortablen Benutzerschnittstelle

auszustatten. Am Beispiel des in dieser Arbeit verwendeten Programms, Labview von National

Instruments [nat2005], kann diese Evolution nachvollzogen werden. Jeff Kodosky hat 1983 zusam-

men mit Studenten eine Methode gesucht mit Hilfe derer es moglich sein sollte den Aufwand fur

die Programmierung von Messinstrumenten zu minimieren [Hagestedt2004]. Dieses Projekt war

der Ursprung von Labview, welches fur die grafische Oberflache des Macintosh-Computers entwi-

ckelt wurde. Das Grundprinzip stutzte sich auf eine Benutzerschnittstelle, die ahnlich einem Block-

schaltbild und Datenflussmodellen aufgebaut war. Diese Blockdiagramme werden mit Hilfe eines

Compilers vor der Ausfuhrung in Assemblercode ubersetzt um kurze Ausfuhrungszeiten zu erhal-

ten. Insofern stellte Labview eine Moglichkeit dar, per grafischer Oberflache die Mess-Hardware

einfach zu programmieren was fruher nur durch Programmierung in dafur geeignete Programmier-

sprachen moglich war.

Auch die entsprechende Hardware, die mit Labview angesteuert werden kann, hat sich im Laufe

2.4. Test 7

der Zeit verandert. Anfangliche Komponenten wurden entweder uber den GPIB1, den Parallelport

oder einen Ausgang, der direkt auf der Steckkarte vorhanden war, angesteuert. Durch die Entwick-

lung neuer Computer Technologien wurde es moglich, dass mittlerweile Datenerfassung sowohl

uber externe Gerate mit USB oder Ethernet-Anschluss moglich sind, als auch uber Steckkarten.

Gerade bei den Steckkarten hat die Entwicklung von ISA uber VESA Local Bus, PCI und PCI64

bis zum heutigen PCI-Express Bus es ermoglicht, eine immer hohere Datenrate zu erfassen. Dies

spielt vor allem eine Rolle bei analogen Eingangen, die durch den PC mittels eines A/D-Umsetzers

in digitale Werte umgewandelt werden mussen. Mit zunehmender Komplexitat erforderte diese

Umwandlung eine immer großer werdenden Rechenleistung, die seitens der Computerentwicklung

gedeckt werden konnte.

2.4 Test

Als Fehler wird die Abweichung von einem Soll-Zustand oder Verfahren bezeichnet. Da sich Feh-

ler nie ganz Vermeiden lassen, hat man Tests eingefuhrt. Diese sollen Fehler erkennen bevor diese

Schaden und somit Kosten verursachen. Tests dienen also der Qualitatskontrolle. Durch die im-

mer kleiner und schneller werdenden Strukturen von immer komplexeren Schaltungen nehmen die

Testkosten prozentual an den Gesamtkosten gemessen immer mehr zu. Die verschiedenen Tests und

Messungen, die bei der Produktion eines Schaltkreises durchlaufen werden lassen sich in folgende

Kategorien einteilen [Glauert2005]:

• Prototypentest: Entdeckung und Lokalisierung von Entwurfs- und Herstellungsfehlern am

Prototypen

• Charakterisierungstest: Ermittlung des Parameterraums, innerhalb dessen der Baustein funk-

tioniert

• Produktionstest: Ermittlung von fehlerhaft produzierten Bausteinen - keine Fehlerlokalisie-

rung

• Prozeßtest: Stichprobentests zur Sicherstellung der Produktqualitat wahrend der Fertigung

• Diagnose/Fehleranalyse: Genaue Fehlerdiagnose und -lokalisierung von reklamierten Pro-

dukten

In der vorliegenden Arbeit wird die Test-Hardware fur eine OFET-Schaltung beispielhaft fur

einen RFID-Transponder modelliert. Hierbei wird eine Virtuelle Testumgebung (,,Virtual Test En-

vironment” - VTE) in VHDL-AMS erstellt. Eine VTE umfasst ein Testprogramm, das einen si-

mulierten Prufling testet [Tenten1999]. Durch den Umstand, dass der Prufling nicht tatsachlich1General Purpose Interface Bus wurde in den 1960er von Hewlett-Packard entwickelt


Multiplexer: Testbench:

entity MUX isport (

SELECT SIGNAL : in std ulogic;INPUT A : in integer;INPUT B : in integer;OUTPUT : out integer

);end MUX;architecture RTL of MUX isbegin

process(SELECT SIGNAL)begin

if SELECT SIGNAL = ’0’ thenOUTPUT <= INPUT A;

elseOUTPUT <= INPUT B;

end if;end process;

end RTL;

entity TB MUX isend TB MUX;architecture TEST of TB MUX is

signal SELECT SIGNAL : std ulogic;signal INPUT A : integer;signal INPUT B : integer;signal OUTPUT : integer

beginINPUT A <= 0;INPUT B <= 1;

DUT: entity MUX (RTL)port map ( SELECT SIGNAL, INPUT A,

INPUT B, OUTPUT);STIMULI: process begin

wait for 30 ns;SELECT SIGNAL <= ’1’;wait for 30 ns;SELECT SIGNAL <= ’0’;

end process;end TEST;

Abbildung 2.4: VHDL-Code eines digitalen Multiplexers und der Testbench

vorhanden sein muss, sondern nur als Simulationsmodell, ist es moglich die Testumgebung noch

vor dem ersten Prototypen aufzubauen und einen Prufablauf zu entwickeln. Dies soll vor allem die

Moglichkeit schaffen, das Testprogramm zu verifizieren und zu verbessern. Somit ist es moglich,

ein optimiertes Testprogram noch in der Designphase zu erzeugen, was zu einer kurzeren Gesamt-

entwicklung eines Produktes beitragt.

2.5 Simulation

Fur eine Virtuelle Testumgebung ist es notig, die Messkarte, die Pin-Elektronik und den Prufling

zu simulieren. Digitale Hardwarekomponenten konnen mit VHDL beschrieben werden. Ferner ist

eine Simulation selbiger mit Hilfe einer Testbench in VHDL moglich. Das Modell eines digitalen

Multiplexers mit zugehoriger Testbench in VHDL ist in Abbildung 2.4 dargestellt.

Die ,,Entity” beschreibt die Schnittstelle. Die Verbindungen werden innerhalb der port-Deklaration

genau spezifiziert. Die ,,Architecture” beschreibt den inneren Aufbau der Entity. Im Beispiel des

Multiplexers wird ein Prozess1 ausgefuhrt, welcher ausgehend vom ,,SELECT SIGNAL” entweder

1Ein Prozesskorper wird im Gegensatz zu normalen VHDL-Code sequentiell ausgefuhrt

2.5. Simulation 9

library ieee;use ieee.std logic 1164.all;

library disciplines;use disciplines.electromagnetic system.all;

entity MUX ANALOG isport (

signal SELECT SIGNAL : in std ulogic;terminal INPUT A : electrical;terminal INPUT B : electrical;terminal OUTPUT : electrical

);end MUX ANALOG;

architecture BEHAVE of MUX ANALOG is

signal R OUTOUT : real := 0.0;quantity V IN A across I IN A through INPUT A to electrical ground;quantity V IN B across I IN B through INPUT B to electrical ground;quantity V OUTPUT across I OUTPUT through OUTPUT to electrical ground;

beginif SELECT SIGNAL = ’0’ use

V OUTPUT == V IN A;I OUTPUT == I IN A;I IN B == 0.0;break;

elseI IN A == 0.0;V OUTPUT == V IN B;I OUTPUT == I IN B;break;

end if;end BEHAVE;

Abbildung 2.5: VHDL-AMS-Code eines analogen Multiplexers


Abbildung 2.6: Quantities

den Eingang A oder B an den Ausgang weitergibt.

Da in dieser Arbeit jedoch auch analoge Komponenten simuliert werden sollen, ist VHDL

alleine nicht ausreichend. Jedoch wurde genau fur diese Anforderung eine Erweiterung namens

VHDL-AMS (Analog Mixed Signal) entwickelt. VHDL wurde hierbei um die notigen Komponen-

ten erweitert um auch analoge Schaltungsteile simulieren zu konnen. In dieser Arbeit wurde fur

die VHDL-AMS Entwicklung das Produkt ,,Advance MS” der Firma Mentor Graphics [men2005]

eingesetzt. Ein Beispiel fur VHDL-AMS ist in Abbildung 2.5 zu sehen. Wieder handelt es sich

um einen Multiplexer, bei dem die AMS-Erweiterungen kursiv hervorgehoben sind. Ein ,,Termi-

nal” ist eine analoge Schnittstelle innerhalb einer elektrischen Schaltung. Die Große in analogen

Modellen wird mit ,,Quantity” bezeichnet. Bei Quantities ( Bild 2.6) wird unterschieden zwischen

Quer- (,,across”) und Flußgroßen (,,through”). Im Falle eines elektrischen Systems bezeichnet die

Through-Quantity den Fluß in eine bestimmte Richtung in Punkt A (elektr. Strom) und die Across-

Quantity die Spannung, welche als Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten gemessen wird. Im

Beispiel des Multiplexers wird als zweiter Punkt ,,Electrical ground” verwendet, welches das Be-

zugspotential darstellt. Dadurch dass es sich um VHDL-AMS-Code handelt wird nicht einfach

ein digitaler Wert von einem Eingang zum Ausgang durchgereicht, sondern die Spannung und der

Strom. Da es bei diesem analogen Multiplexer-Code zu Unstetigkeiten kommt, muss man dem

Simulator mittels einer ,,break”-Anweisung mitteilen, dass er an diesen Stellen alle analogen Aus-

gangswerte neu berechnen muss. Um solche Unstetigkeiten zu vermeiden ist es moglich, die in

diesem Beispiel nicht verwendeten Anweisungen ,,slew” bzw. ,,rate” zu verwenden. Abschließend

ist in Bild 2.7 eine Ubersicht der Ein- und Ausgangssignale fur den digitalen Multiplexer und in

Bild 2.8 die des analogen zu sehen.

Ausfuhrliche Literatur zu VHDL und VHDL-AMS stellen die Bucher ,,The Designer’s Guide

to VHDL” [Ashenden2001] und ,,The System Designer’s Guide to VHDL-AMS: Analog, Mixed-

Signal, and Mixed-Technology Modeling” [Ashenden2002] von Peter J. Ashenden dar.

2.5. Simulation 11

SELECT_SIGNAL

INPUT_A

INPUT_B

OUTPUT

Abbildung 2.7: Digitaler Multiplexer

SELECT_SIGNAL

INPUT_A

INPUT_B

OUTPUT

Abbildung 2.8: Analoger Multiplexer

Kapitel 3

Modellierung und Simulation des Testsystems

Fur eine Virtuelle Testumgebung ist es notig sowohl den Prufling, die Pin-Elektronik als auch die

Datenerfassungs-Hardware zu simulieren. Diese drei Komponenten sind in der folgenden Abbil-

dung dargestellt.

Mit der Simulation des Testsystems beschaftigen sich die folgenden Kapitel. Die Simulation

wurde mit Mentor Graphics Advance MS durchgefuhrt. Die Bildschirmdarstellung in Abbildung

3.1 zeigt die drei Hauptfenster des Simulators. Links oben ist das Fenster fur die Steuerung der

Simulation. Rechts oben ist die Netzliste zu sehen mit Hilfe derer es moglich ist verschiedene

Komponenten entweder als Text oder, wie in der Bildschirmdarstellung unten zu sehen, grafisch

darzustellen.

3.1 Mess-Hardware

3.1.1 Auswahl der passenden Messkarte

Als erste zu simulierende Komponente der Virtuellen Testumgebung wurde die Mess-Hardware

gewahlt. Bei dieser war es nicht notig, eine genaue Modellierung auf Schaltkreisebene zu erstellen,

sondern nur den Datenfluss wiederzugeben. Als Vorgabe stand fest, dass die Mess-Hardware mittels

eines PCs gesteuert werden sollte und sowohl analoge als auch digitale Signale messen und senden

konnen sollte. Es wurde Mess-Hardware von verschiedenen Herstellern auf ihre Tauglichkeit hin

untersucht.

3.1. Mess-Hardware 13

Abbildung 3.1: Mentor Graphics Advance MS

Ausgewahlt wurde die Messkarte NI-6259 als PCI-Version von National Instruments [nat2005],

was zugleich sicherstellt, dass die Messkarte sich mit Labview programmieren lasst, da diese Soft-

ware auch von NI vermarktet wird. Die neuere PCI-Express Variante ware nur zusammen mit

einem neuen PC realisierbar gewesen, ohne merkliche Vorteile zu bringen. Die vier analogen

Ausgange sorgen dafur, dass die Pin-Elektroniken der vier Messpunkte gleichzeitig angesteuert

werden konnen. Um alle vier Messpunkte parallel anzusteuern, dienen die digitalen Ausgange mit

Hilfe derer die analogen Ausgange zu dem entsprechendem Messpunkt geschaltet werden konnen.

Dies war notig, da eine Messkarte mit 16 analogen Ausgangen nur als extra Steckkarte realisierbar

gewesen ware und somit zu Mehrkosten gefuhrt hatte. Insgesamt sind fur die komplette Ansteue-

rung der Pin-Elektronik 34 digitale Ausgange notig. Auch diese Voraussetzung erfullt die NI-6259.

Die Eckdaten der NI-6259 Messkarte konnen folgendermaßen zusammengefasst werden:

• Hersteller: National Instruments

• Typ: NI-6259

• Bauform: PCI

• Digitale Ein-/Ausgange: 48

14 Kapitel 3. Modellierung und Simulation des Testsystems

• Analoge Eingange: 32

• Genauigkeit des A/D-Umsetzers: 16 Bit

• Maximale Eingangsrate: 1,25MS/s

• Analoge Ausgange: 4

• Genauigkeit des D/A-Umsetzers: 16 Bit

• Maximale Ausgangsrate: 2,86MS/s bei einem Kanal, 1,25MS/s bei vier Kanalen

Auf den folgenden Seiten befindet sich eine ausfuhrlichere Tabelle mit den Spezifikationen

der untersuchten Datenerfassungs-Hardware. Hierbei wurde die Auswahl auf Gerate von den funf

Firmen National Instruments [nat2005], DATAQ Instruments [dat2005], SuperLogics [sup2005],

Microstar Laboratories [mic2005] und ADInstruments [adi2005] beschrankt.

3.1.M

ess-Hardw

are15

Allgemeines Labview Digitale Ein-/Ausgange

Mess-Hardware Hersteller Preis Bauform Takt Support Pull-Down/Up Anzahl

NI-612x National Instruments 1600 e - 4600 e PCI/PXI 20 MHz√

Down, 50 kΩ 8

NI-614x National Instruments ca. 1000 e PCI/PXI 20 MHz√

Up, 50 kΩ 8


Down, 50 - 75 kΩ 24

NI-625x National Instruments 775 e - 1350 e PCI/PCIe/PXI 80 MHz√

Down, 50 kΩ 48


Down, 50 - 75 kΩ 24

NI-783xR National Instruments 1900 e - 3300 e PCI/PXI 200 MHz√

? 96

DI-720 DATAQ Instruments $1200 - $1600 LPT/USB/Net ? ? Up, 4,7 kΩ 8

DI-722 DATAQ Instruments $1600 - $2200 LPT/USB/Net ? ? - 0

DI-730 DATAQ Instruments $2900 - $3400 LPT/USB/Net ? ? - 0

PCI-PLDMF SuperLogics $595 PCI ?√

? 48

PCI-321 SuperLogics $675 PCI ?√

? 23

PCI-322 SuperLogics $775 PCI ?√

? 23

PCI-PCM308 SuperLogics $844 PCI ?√

? 8

PCI-5504HR SuperLogics $625 PCI ?√

Up, 4,7 kΩ 16

DAP 4000a Microstar Laboratories ? PCI 50 MHz Aufpreis ? 16




DAP 5400a Microstar Laboratories ? PCI 400 MHz Aufpreis - 0

PowerLab 4SP ADInstruments ? USB 16 MHz - - 0

PowerLab 8/30 ADInstruments ? USB 240 MHz - - 0

PowerLab 16/30 ADInstruments ? USB 240 MHz - - 0

16K

apitel3.M

odellierungund

Simulation

desTestsystem

s

Takt fur Digitale Eingange Digitale Ausgange

Digitale Spannung Strom Spannung Strom

Mess-Hardware Ein-/Ausgabe Low High Low High Low High Low High

NI-612x 10 MHz 0,0 - 0,8 V 2,0 - 5,0 V -320 µA 10 µA max. 0,4 V min. 4,35 V 24 mA -13 mA

NI-614x 10 MHz 0,0 - 0,8 V 2,2 - 5,0 V -320 µA 10 µA max. 0,4 V min. 4,35 V 11 mA -8 mA

NI-622x 1 MHz 0,0 - 0,8 V 2,2 - 5,25 V ? ? ? ? 24 mA -24 mA

NI-625x 10 MHz 0,0 - 0,8 V 2,2 - 5,25 V ? ? ? ? 24 mA -24 mA

NI-628x 10 MHz 0,0 - 0,8 V 2,2 - 5,25 V ? ? ? ? 24 mA -24 mA

NI-783xR 40 MHz 0,0 - 0,8 V 2,0 - 5,5 V ? ? max. 0,4 V min. 2,4 V 5 mA -5 mA

DI-720 64 MHz ? ? 0,8 mA 0,8 mA ? max. 2,4 V 0,4 mA 0,4 mA

DI-722 - - - - - - - - -

DI-730 - - - - - - - - -

PCI-PLDMF ? max. 0,8 V min. 2,0 V ? ? 0,5 V 2,4 V 32 mA 64 mA

PCI-321 ? max. 0,8 V min. 2,0 V ? ? 0,5 V 2,4 V 12 mA 15 mA

PCI-322 ? max. 0,8 V min. 2,0 V ? ? 0,5 V 2,4 V 12 mA 15 mA

PCI-PCM308 ? ? ? ? ? ? ? 0,25 mA 5 mA

PCI-5504HR ? max. 0,8 V min. 2,0 V ? ? 0,5 V 2,4 V 24 mA 24 mA

DAP 4000a 800 kHz ? ? ? ? ? ? ? ?

DAP 4200a 1,6 MHz ? ? ? ? ? ? ? ?

DAP 5200a 1,6 MHz ? ? ? ? ? ? ? ?

DAP 5216a 1,6 MHz ? ? ? ? ? ? ? ?

DAP 5400a - - - - - - - - -

PowerLab 4SP - - - - - - - - -

PowerLab 8/30 - - - - - - - - -

PowerLab 16/30 - - - - - - - - -

3.1.M

ess-Hardw

are17

Analoge Eingange

Mess-Hardware Anzahl A/D Bits Signale/Sek. Spannung Impedanz Leckstrom

NI-612x max. 8 16 Bits 500 kS/s ±11 V 100 MΩ parallel zu 10 pF ±35 nA

NI-614x max. 8 16 Bits 250 kS/s ±5 V 100 MΩ parallel zu 10 pF ±150 pA

NI-622x max. 80 16 Bits 250 kS/s ±0,2 / 1 / 5 / 10 V 100 MΩ parallel zu 10 pF ±100 pA

NI-625x max. 32 16 Bits 1,0 MS/s ±0,1 / 0,2 / 0,5 / 1 / 2 / 5 / 10 V 100 MΩ parallel zu 10 pF ±100 pA

NI-628x max. 32 18 Bits 500 kS/s ±0,1 / 0,2 / 0,5 / 1 / 2 / 5 / 10 V ≥10 GΩ parallel zu 100 pF ±100 pA

NI-783xR max. 8 16 Bits 200 kS/s ±10 V ≥10 GΩ parallel zu 100 pF ±2 nA

DI-720 32 16 Bits 200 kS/s ±1,25 / 2,5 / 5 / 10 V 1 MΩ ?

DI-722 max. 32 16 Bits 200 kS/s ±1,25 / 2,5 / 5 / 10 V 1 MΩ ?

DI-730 24 16 Bits 150 kS/s ±0,01 / 0,1 / 1 / 10 / 100 / 1000 V 1 MΩ ?

PCI-PLDMF 16 16 Bits 50 kS/s ±5 / 10 V 10 MΩ ?

PCI-321 16 16 Bits 250 kS/s ±1,25 / 2,5 / 5 / 10 V 100 MΩ, 100 pF ?

PCI-322 16 16 Bits 250 kS/s ±1,25 / 2,5 / 5 / 10 V 100 MΩ, 100 pF ?

PCI-PCM308 8 16 Bits 100 kS/s ±1,25 / 2,5 / 5 / 10 V ≥10 MΩ ?

PCI-5504HR 16 16 Bits 200 kS/s ±0,1 / 1 / 10 V 10 MΩ, 28 pF ?

DAP 4000a 16 14 Bits 800 kS/s ±2,5 / 5 / 10 V ? ?

DAP 4200a 16 14 Bits 769 kS/s ±2,5 / 5 / 10 V ? ?

DAP 5200a 16 14 Bits 800 kS/s ±2,5 / 5 / 10 V ? ?

DAP 5216a 16 16 Bits 333 kS/s ±2,5 / 5 / 10 V ? ?

DAP 5400a 16 14 Bits 10 MS/s ±5 / 10 V ? ?

PowerLab 4SP 4 16 Bits 40 kS/s ±0,02 / 0,05 /. . . / 1 / 2 / 5 / 10 V 1 MΩ parallel zu 47 pF ?

PowerLab 8/30 8 16 Bits 40 kS/s ±0,02 / 0,05 /. . . / 1 / 2 / 5 / 10 V 1 MΩ parallel zu 47 pF ?

PowerLab 16/30 16 16 Bits 20 kS/s ±0,02 / 0,05 /. . . / 1 / 2 / 5 / 10 V 1 MΩ parallel zu 47 pF ?

18K

apitel3.M

odellierungund

Simulation

desTestsystem

s

Analoge Ausgange

Mess-Hardware Anzahl D/A Bits Signale/Sek. Spannung Impedanz max. Strom Slew Glitch

NI-612x 0 - - - - - - -

NI-614x 0 - - - - - - -

NI-622x 4 16 Bits 625 MS/s ±10 V 0,2 Ω ±5 mA 15 V/1 µs 100 mV, 2,6 µs

NI-625x 4 16 Bits 1,25 MS/s ±10 V 0,2 Ω ±5 mA 20 V/1 µs 10 mV, 1 µs

NI-628x 4 16 Bits 1,25 MS/s ±10 V 0,2 Ω ±5 mA 20 V/1 µs 15 mV, 0,5 µs

NI-783xR 8 16 Bits 1 MS/s ±10 V 1,25 Ω ±1,25 mA ? ?

DI-720 2 12 Bits 250 kS/s ±10 V 10 MΩ ? ? ?

DI-722 0 - - - - - - -

DI-730 1 12 Bits 250 kS/s ±10 V 10 MΩ ? ? ?

PCI-PLDMF 2 12 Bits 200 kS/s ±10 V 0,3 Ω ±20 mA ? ?

PCI-321 0 - - - - - - -

PCI-322 2 16 Bits 10 kS/s ±10 V ? ±5 mA 20 V/50 µs ?

PCI-PCM308 2 12 Bits 100 kS/s ±5 V ? ±2 mA ? ?

PCI-5504HR 2 16 Bits ? ±10 V ? ±5 mA 20 V/10 µs ?

DAP 4000a 2 ? 400 kS/s ±2,5/5/10 V ? ±2,5/5/10 V ? ?

DAP 4200a 2 ? 833 kS/s ±2,5/5/10 V ? ±2,5/5/10 V ? ?

DAP 5200a 2 ? 833 kS/s ±2,5/5/10 V ? ±2,5/5/10 V ? ?

DAP 5216a 2 ? 400 kS/s ±2,5/5/10 V ? ±2,5/5/10 V ? ?

DAP 5400a 0 - - - - - - -

PowerLab 4SP 2 14 Bits ? ±0,2 - 10 V 0,1 Ω ±12 mA 6 V/1 µs ?

PowerLab 8/30 2 14 Bits ? ±0,2 - 10 V 0,4 Ω ±100 mA 10 V/1 µs ?

PowerLab 16/30 2 16 Bits ? ±0,2 - 10 V 0,4 Ω ±100 mA 10 V/1 µs ?

3.2. Pin-Elektronik 19

3.1.2 Modellierung in VHDL-AMS

Die Modellierung der NI-6259 Messkarte erfolgte in VHDL-AMS. Die AMS Erweiterung war

notig, da auch analoge Komponenten simuliert werden sollten. Fur die Simulation der Messkarte

ist es nicht erforderlich, diese auf Schaltkreisebene zu modellieren. Statt dessen reicht eine Daten-

flussmodellierung aus.

Eine schematische Darstellung der zu modellierenden Komponenten der Datenerfassungs-Hardware

wird in Abbildung 3.2 gezeigt. Wie in der Grafik zu erkennen ist, mussten sowohl digitale als auch

analoge Ein- und Ausgange modelliert werden. Fur die analogen Anschlusse wurden A/D- und

D/A-Umsetzer benotigt. Dies ermoglicht es Steuersignale digital aus einer ASCII-Datei von der

Computer-Festplatte zu lesen und diese analog auszugeben. Des Weiteren konnen analoge Mess-

signale digital in Dateien gespeichert werden, um diese fur eine genauere Analyse zu sichern. Die

digitalen Ausgange der NI-6259 wurden benutzt um die Pin-Elektronik zu steuern. Durch diese

Steuerung ist es moglich, mehrere Simulationen in einem Durchlauf auszufuhren, ohne dass die

Pin-Elektronik angepasst werden musste oder zusatzliche Hardware zum steuern, wie z.B. eine

serielle oder parallele PC-Schnittstelle, notig ware.

3.2 Pin-Elektronik

Die zweite der drei zu modellierenden Komponenten ist die Pin-Elektronik. Im Gegensatz zur Mo-

dellierung der Messkarte ist hierbei eine genaue Strom-Spannungs-Modellierung wichtig um das

exakte Verhalten zu simulieren. In Abbildung 3.3 ist die Pin-Elektronik dargestellt. Auf der lin-

ken Seite sind die Anschlusse der NI-6259 Messkarte zu sehen. AO0 bis AO3 sind die analogen

Ausgange, AI0 bis AI32 die analogen Eingange und P0.0 bis P2.7 die digitalen Ein- und Ausgange.

Hierbei ist auch ersichtlich, dass nicht alle moglichen Anschlusse der Messkarte belegt sind. Auf

der rechten Seite ist der Prufling mit den entsprechenden Anschlussen zu erkennen. Die Kontakte

VDD, RESET, CLOCK und DATA OUT sind mit identischen Datenerfassungs-Blocken der Pin-

Elektronik verbunden, wahrend der Kontakt mit der Wechselspannungsversorgung einen speziellen

Block benotigt.

3.2.1 Frequenzgenerator-Block

Der Grund fur einen speziellen Frequenzgenerator-Block liegt in der Funktion des RFID-Pruflings.

Dieser sendet und empfangt Daten mit einer Frequenz von 13,56 MHz. Die Messkarte kann je-

doch nur Stimuli mit maximal 2,86 MHz erzeugen. Somit ist es nicht moglich einen Ausgang der

Messkarte als Wechselspannung in den Prufling einzuspeisen. Als Alternative wurde ein Frequenz-

generator zusammen mit einem Verstarker gewahlt, welche in Abbildung 3.4 gezeigt werden. Die


AO 1AO 2

AI32

AO 3

AO 0

AI 1AI 2

AI 0

Unused

P0.31P1.0

P0.0

P1.2

P2.7

P1.1

Unused

DigitalI /O

AnalogInput

AnalogOutput

D/A

A/D

ASCIIDateienauf der

Festplatte

NI-6259Labview

Abbildung 3.2: Schematische Darstellung der Mess-Hardware


Abbildung 3.3: Schematische Darstellung der Pin-Elektronik


Abbildung 3.4: Schematische Darstellung des Frequenzgenerators

Frequenz des Frequenzgenerators kann mittels einer 2-Bit Leitung eingestellt werden. Die genauen

Werte sind folgender Tabelle zu entnehmen:

2-Bit Eingang Ausgangsfrequenz

00 0

01 13,553 MHz

10 13,56 MHz

11 13,567 MHz

Ferner kann die Ausgangsspannung dieses Blockes mittels einer 8-Bit Leitung verandert wer-

den. Der Wert ,,00000000b” entspricht dabei einem Ausgangswert von Null, die maximal zu errei-

chende Verstarkung von±15 V wird mit ,,11111111b” erreicht. Somit ist es moglich die Ausgangs-

spannungsamplitude in Schritten zu 59 mV zu verandern. Die Realisierung mit digitalen Ausgangen

wurde gewahlt, da die Messkarte nur vier analoge Ausgange hat, wahrend viele digitale Ausgange

zur Verfugung stehen. Wenn eine feinere Abstimmung des Verstarkers benotigt werden sollte, be-

steht die Moglichkeit, noch weitere digitale Ausgange zu verwenden, jedoch war dies im Rahmen

dieser Diplomarbeit nicht der Fall.

3.2.2 Datenerfassungs-Block

Die identischen Datenerfassungsblocke, die fur die restlichen Anschlusse des Pruflings verwendet

wurden sind in Abbildung 3.5 genauer dargestellt. Ein solcher Block kann wiederum in kleine-

re Blocke unterteilt werden. Diese Unterteilung umfasst einen Treiber mit Strommessungs-Block,

einen Verstarker- und einen Last-Block. Der einfachste Teil ist hierbei der Verstarker-Block. Dieser


Abbildung 3.5: Schematische Darstellung des Datenerfassungsblocks

ist fur die Spannungsmessung in den verschiedenen Messpunkten des Pruflings zustandig. Sowohl

der Treiber-, als auch der Last-Block wurden in fruheren Arbeiten schon genauer untersucht.

Die Last

Der Last-Block wurde schon genauer untersucht [Ding2005]. Der Aufbau der Last mit Schottky-

Dioden ist in Abbildung 3.6 zu sehen. Die charakteristischen Gleichung dieser Last ergibt sich

zu:

IDUT =IL− ISS(e

UDUT−UREFLUT )−1

eUDUT−UREFL

UT +1− IHe

UDUT−UREFHUT )− ISS(e

UDUT−UREFHUT −1)

eUDUT−UREFH

UT +1

Hierbei sind

• I1, I2, I3 und I4 die Strome durch die Dioden

• UREFH und UREFL die Referenzspannungen

• UH , UL und IH , IL die Spannungen und Strome der Stromquellen

• UDUT und IDUT die Spannung und der Strom des Pruflings


Abbildung 3.6: Aufbau der Last nach [Ding2005]

Ferner ist die Dioden-Gleichung gegeben mit:

I =

ISS(e

UFUT −1) wenn U f > 0

0 sonst

Hierbei ist ISS der Sperrstrom, UT die Temperaturspannung und UF die Durchlassspannung.

In dieser Arbeit ist der Prufling aus Organischen Feld-Effekt-Transistoren aufgebaut, welche

große Spannungen benotigen und nur kleine Strome leiten. Der in Abbildung 3.3 gezeigte Aufbau

kann also simuliert werden, jedoch ist es in der Realitat wegen der kleinen OFET-Strome schwierig,

die Last mit Dioden aufzubauen. Zum einen mussten alle vier Dioden bei Stromen im nA-Bereich

die gleichen Eigenschaften aufweisen und zum anderen sind diese Strome schon im Bereich des

Rauschens. Auf Grund dieser Eigenschaften ist es notwendig diese aufwendige Last erheblich zu

vereinfachen. Sie kann durch einen einfachen Widerstand ersetzt werden ohne die Messungen ent-

scheidend zu verfalschen. Der Unterschied liegt darin, dass bei einem Widerstand die Last nur bei

einer Spannung am Pruflingsanschluß ungleich 0 V auftritt.

Treiber mit Strommessung

Der dritte Block innerhalb des Datenerfassungsblockes ist der Treiber mit integrierter Strommes-

sung. Fur die Realisierung eines solchen Treibers stehen verschiedene Entwurfsalternativen zur

Verfugung. In einer vorausgegangenen Arbeit wurde dies genauer analysiert [Codrea2005].


Abbildung 3.7: Aufbau des Treibers mit Strommessung nach [Codrea2005]


Untersucht wurden dabei:

• ein gegengekoppelter Operationsverstarker

• eine Schaltung mit Messwiderstand

• ein Current Conveyor

Es wird gezeigt, dass die Schaltung mit Messwiderstand am besten fur organische Schaltun-

gen geeignet ist. Selbst fur kleinste Strome wurden Messungenauigkeiten von kleiner 2% erreicht,

wobei auch Strome weit unter 100nA noch erfasst werden konnten. Der gegengekoppelte Ope-

rationsverstarker war bei kleinen Stromen im Bereich von 10nA mit einer Ungenaugigkeit von

10% behaftet. Bei großeren Stromen konnte diese jedoch auf unter 1% gesenkt werden. Der Cur-

rent Conveyor konnte erst im µA-Bereich Strome zuverlassig messen. Vor allem auf Grund seiner

starken Temperaturabhangigkeit ist diese Schaltung fur Strome der Großenordnung 100nA nicht

geeignet.

Durch die Ergebnisse dieser Arbeit war die Entscheidung, wie der Treibers mit Strommessung

realisiert werden sollte, klar: es wurde ein Treiber mit Messwiderstand implementiert. Der genaue

Aufbau dieser Schaltung ist in Abbildung 3.7 zu sehen. Die Ausgangsspannung fur den Instrumen-

tenverstarker lautet

UA = (1+2R2

R1)(U2−U1)

3.2.3 Steuerung der Pin-Elektronik

Wie in der Ubersicht der Pin-Elektronik schon gezeigt wurde (Abbildung 3.3), werden 34 der ins-

gesamt 48 digitalen Ein- und Ausgange fur die Steuerung der Pin-Elektronik verwendet. Zehn An-

schlusse entfallen hierbei auf den Frequenzgenerator und je sechs auf jeden der vier Datenerfassungs-

Blocke. Außerdem ist zu erkennen, dass die analogen Ein- und Ausgange miteinander verbunden

sind. D.h. es kann immer nur einer der drei Unterblocke1 aktiv sein. Diese Unterblocke konnen

sich jedoch uber mehrere Datenerfassungsblocke verteilen. Somit ist es z.B. moglich am VDD-

Kontakt eine Spannung anzulegen, am Reset-Kontakt die Last zu aktivieren und gleichzeitig am

DOUT-Kontakt zu messen.

Bei der Modellierung der Schalter gibt es mehrere Moglichkeiten. Zum einen kann ein idealer

Schalter dargestellt werden und zum anderen ein realer Schalter mit zwei Widerstanden. In VHDL-

AMS sieht dies folgendermaßen aus:

1Die drei Blocke sind: 1. Treiber mit Strommessung, 2. Messverstarker, 3. Last

3.3. Prufling 27

Modulator

Spannungs-wandler

Digital-teil

V-

GND

DOUT

VDD

CLK

RST

Abbildung 3.8: Schematische Darstellung des Pruflings

Schalterstellung Idealer Schalter Realer Schalter Raus Rein

Ein US == 0; RS == Rein;

Aus IS == 0; RS == Raus;

3.3 Prufling

In Abbildung 3.8 ist das Device Under Test in einer vereinfachten Form dargestellt. Es handelt sich

um einen RFID-Transponder aus organischen Transistoren. Zu Erkennen sind die funf Messkontak-

te fur die Pin-Elektronik zusammen mit dem Masse-Anschluss. Auf der linken Seite ist die Antenne

uber die, mit einer Frequenz von 13,86 MHz, Spannung aufgenommen wird. Diese kann als eine

lose gekoppelte Spule angesehen werden. Die hierdurch induzierte Spannung wird mit Hilfe eines

Spannungswandlers fur den Digitalteil vorbereitet. Der digitale Teil arbeitet mit einer Frequenz von

100 Hz und kann einen Modulator ansteuern um seine RFID-ID wieder uber die Antenne zu senden.

3.4 Aufbau des Testsystems

Der zweite Abschnitt dieser Arbeit beschaftigt sich mit dem Aufbau, der in den vorherigen Kapitel

simulierten, Komponenten. Der Aufbau kann in zwei Teile gegliedert werden. Erstens der Auswahl

und des Aufbaus der ausgewahlten Messkarte und zweitens der Nachbildung der Pin-Elektronik

und des Pruflings.


Abbildung 3.9: Messkarte National Instruments NI-6259

3.4.1 Programmierung der Messkarte

Es wurde die Messkarte NI-6259 von National Instruments erworben. Diese Karte wird uber einen

herkommlichen PCI-Bus eines Computers betrieben (Abbildung 3.9) und mit Labview [nat2005]

programmiert. Abbildungen 3.10 und 3.11 zeigen Bildschirmausschnitte von Labview. Im ersten

Ausschnitt ist die eigentliche Programmierung zu sehen, welche bei Labview mit Hilfe von grafi-

schen Elementen erzeugt wird. Auf der linken Seite wird die Messung eines analogen Eingangs der

Messkarte gezeigt. Die gemessenen Daten werden sowohl in eine Datei geschrieben, als auch gra-

fisch ausgegeben. Ein solcher Graph ist im zweiten Bildschirmausschnitt zu sehen. Auf der rechten

Seite wird ein analoger Ausgang der NI-6259 angesteuert. In diesem Fall wird eine einfache Sinus-

kurve generiert, welche dann am Ausgang angelegt wird. Die Parameter der auszugebenden Kurve

sind innerhalb der Spezifikationen frei wahlbar. Es gibt sowohl vordefinierte Typen von Kurven,

als auch die Moglichkeit Messdaten aus einer Datei einzulesen um diese anschließend auszugeben.

3.4. Aufbau des Testsystems 29

Abbildung 3.10: Labview Blockdiagramm

Abbildung 3.11: Labview Messwertedarstellung


Abbildung 3.12: Hardware-Nachbildung der Pin-Elektronik und des Pruflings

Des Weiteren ist zu sehen, dass die Sinuskurve in diesem Fall so lange ausgegeben wird, bis die

Stopp-Taste gedruckt wird.

3.4.2 Pin-Elektronik und Prufling

In Abbildung 3.12 ist die Platine mit der Hardware-Nachbildung der Pin-Elektronik und des Pruflings

zu sehen. Die obere Halfte reprasentiert hierbei den Prufling und die untere die Pin-Elektronik zu-

sammen mit dem Anschluss fur die Spannungsversorgung auf der rechten Seite. Links oben ist der

Taktgenerator, der mit Hilfe des Potentiometers auf eine Frequenz von 100 Hz eingestellt wird. Dies

entspricht der Taktung des Pruflings und bietet die Moglichkeit zu untersuchen wie sich die Schal-

tung bei einem abweichenden Takt verhalt. Daneben ist die Schaltung fur den RFID-Generator zu

sehen. Mit Hilfe der DIP-Schalter kann durch drucken eines Tasters eine 8 Bit ID im Mikrocon-

troller gespeichert werden. Sobald der Taster losgelassen wird, wird diese ID kontinuierlich am

3.5. Zusammenfassung Kapitel 3 31

Ausgang ausgegeben.

Unten links befindet sich der Treiber mit Strommessung direkt neben dem am Lehrstuhl fur

Rechnergestutzten Schaltungsentwurf entwickelten Messverstarker. Daneben ist der Hochfrequenz-

taktgenerator zu sehen. Des Weiteren befindet sich unterhalb der Spannungsversorgung noch ein

Spannungsteiler. Dieser ist notwendig, um die NI-6259 Messkarte zu schutzen, da diese nur Span-

nungen bis maximal 10 V aufnimmt, wahrend organische Schaltung jedoch mit Spannung zwischen

±15 V bzw. 0 bis -30 V arbeiten.

3.5 Zusammenfassung Kapitel 3

In diesem Kapitel wurden die Schritte fur die Modellierung und Simulation von Komponenten

der Mess-Hardware eines OFET-Testsystems beschrieben. Als erster Schritt musste eine passende

Messkarte ermittelt werden. Nach Analyse der erforderlichen Leistungsparameter wurde die Karte

NI-6259 von National Instruments [nat2005] ausgewahlt. Anschließend konnte mit dem Erstellen

der Modelle fur die drei Komponenten Messkarte, Pin-Elektronik und Prufling begonnen werden.

Hierbei war bei der Messkarte, im Gegensatz zu den anderen Mess-Hardware Baugruppen, die

genauen Strom-Spannungsbeziehungen nicht entscheidend. Stattdessen genugte die Modellierung

des Datenflusses. Bei der Modellierung der Pin-Elektronik wurde die genaue Struktur der einzel-

nen Baugruppen erlautert, beim Prufling die Funktion auf Blockschaltbild-Ebene. Die Baugruppen

der Pin-Elektronik umfassen einen Treiber mit Strommessung, einen Messverstarker, eine Last,

einen Frequenzgenerator und Schalter um jede dieser Baugruppen seperat ein- und auszuschalten.

Abschließend wurde die Hardware-Nachbildung des kompletten Testsystems erlautert.

Im nachsten Kapitel werden die Simulationsergebnisse zusammen mit den Messergebnissen

der Hardware-Nachbildung vorgestellt und erlautert.

Kapitel 4

Ergebnisse

Im vorhergehenden Kapitel wurden die Grundlagen fur die Simulation und die Hardware-Nachbildung

der Komponenten einer Mess-Hardware fur ein OFET-Testsystem besprochen. Die Ergebnisse der

Simulation und die Messdaten der Hardware werden in diesem Kapitel dargestellt.

4.1 Ergebnisse der Simulation

In Abbildung 4.1 ist die typische Ergebnisdarstellung der Simulation zu sehen. Die Pin-Elektronik

wurde mit Hilfe der digitalen Ausgange so eingestellt, dass der Frequenzgenerator die spezifizierte

13,56 Mhz Wechselspannung mit ±15 V erzeugt. Des Weiteren wird am analogen Eingang der

DOUT-Kontakt des Pruflings gemessen.

Nachdem die Wechselspannung an der Antenne des Pruflings anliegt wandelt der Spannungs-

umsetzer diese in eine Gleichspannung von -30 V. Diese Spannung versorgt den Digitalteil des

DUT. Nachdem die -30 V Gleichspannung anliegt wird ein Reset ausgelost, welcher dafur sorgt, das

ein interner Takt mit 100 Hz erzeugt wird. Sobald die Verarbeitung des Digitalteils abgeschlossen

ist wird am DOUT-Ausgang die RFID ausgegeben. In diesem Fall handelt es sich um die 64 Bit-ID

,,0000000100000010000000110000010000000101000001100000011100001000“.

In der zweiten Spalte ist der analoge Eingang der Messkarte zu sehen. Wie oben erwahnt misst

dieser Eingang den DOUT-Kontakt. Wie zu erkennen ist wird jedoch nicht die genaue Spannung

gemessen, sondern es findet eine Verstarkung um den Faktor−13 statt. Der Grund hierfur liegt darin,

dass die NI-6259 Messkarte maximal Spannung mit ±10 V aufnehmen kann.

Da es noch keinen funktionierenden Prototypen des OFET-Pruflings gibt, konnten die genauen

Eigenschaften noch nicht festgelegt werden. Es ist somit noch unklar ob z.B. die Verzogerungszeiten

in der aktuellen Simulation korrekt sind. Jedoch kann diese mit der Anderung von wenigen Varia-

blen explizit fur jeden Teil des Pruflings angepasst werden. Als Folge dieser fehlenden Eigenschaf-

ten ergibt sich ein weiteres Problem das in Abbildung 4.2 gezeigt wird. Es sind die Daten des analo-

gen Eingangs zu sehen, welche bei der Simulation den DOUT-Kontakt gemessen und aufgezeichnet

4.1. Ergebnisse der Simulation 33

Abbildung 4.1: Simulation der grundlegenden Funktionsweise der Messschaltung

34 Kapitel 4. Ergebnisse

Abbildung 4.2: Verlauf der aufgezeichneten Daten am analogen Eingang

wurden. Es sind klare Kanten ohne irgendwelche Storungen zu sehen. Mit großer Wahrscheinlich-

keit wird dies bei einer realen OFET-Schaltung nicht der Fall sein. Diese Einflusse konnen jedoch

erst nach Herstellung eines RFID-Transponders aus organischen Bauelementen ermittelt werden.

4.2 Messergebnisse der Hardware-Nachbildung

Als zweiter Abschnitt dieser Arbeit wurde die Hardware-Nachbildung untersucht. Hierbei wurden

sowohl mit der ausgewahlten National Instruments Messkarte als auch mit einen Oszilloskop Mess-

daten ermittelt. Der Einsatz des Oszilloskops hat zwei Grunde: Erstens sollten die Messwerte mit

denen der NI-6259 Messkarte verglichen werden und zweitens ist es in der Lage Spannung großer

10V zu messen.

Als erster Schritt wurde die Messkarte so programmiert, dass diese eine sinusformige Spannung

mit ±5 V ausgibt. Diese wurde mit Hilfe des Oszilloskops gemessen und verglichen. Die Daten

dieser Messung finden sich in Abbildung 4.3.

Als nachster Schritt wurde der Takt gemessen, welcher vom NE-555 erzeugt wurde. Die Mess-

daten sind in Abbildung 4.4 dargestellt. Abschließend wurde der Ausgang des DOUT-Kontakts ge-

messen (Abbildung 4.5). Die ID der Hardware-Nachbildung kann mittels DIP-Schaltern eingestellt

4.2. Messergebnisse der Hardware-Nachbildung 35

Abbildung 4.3: Signalausgang der NI-6259 Messkarte

Abbildung 4.4: Messergebnisse: Takt des Pruflings


Abbildung 4.5: Messergebnisse: RFID-Ausgang

werden. Die Anzahl der Schalter wurde hierbei auf acht beschrankt, wahrend bei der Simulation

maximal 64 Bit fur die RFID moglich sind. Des Weiteren wird bei der Simulation die ID nur genau

einmal ausgegeben, wohingegen die Hardware diese immer wieder ausgibt.

Nachdem die Messung der Pruflings-Hardware abgeschlossen war konnte mit der Messung der

Pin-Elektronik-Bauteile begonnen werden. Hierbei wurde die Analyse auf den Treiber mit integrier-

ter Strommessung mit und ohne Last beschrankt, da der Hochfrequenzteil nicht mit der NI-6259

Messkarte gemessen werden konnte1. Des Weiteren wurde der Messverstarker schon ausfuhrlich

am Lehrstuhl fur Rechnergestutzten Schaltungsentwurf untersucht.

Eine vereinfachte Darstellung des Treibers mit integrierter Strommessung mit Last ist in Abbil-

dung 4.6 zu sehen. Die Messergebnisse ohne Last werden in Abbildung 4.7 gezeigt und in Abbil-

dung 4.8 mit Last. Der Eingang des Treibers wurde an den Taktgeber des Pruflings angeschlossen.

Somit liegt am Eingang eine Rechtecksspannung mit 100 Hz an. Des Weiteren wurde mit Hilfe

eines Potentiometers die Verstarkung so gewahlt, dass am Ausgang ohne Last 10 V anliegen.

1Die NI-6259 kann maximal 1,25 Millionen Signale pro Sekunde messen wahrend der Hochfrequenzteil mit13,56 Mhz schwingt.

4.2. Messergebnisse der Hardware-Nachbildung 37

Abbildung 4.6: Schema des Treibers mit Last

Abbildung 4.7: Messergebnisse: Treiber ohne Last


Abbildung 4.8: Messergebnisse: Treiber mit Last

Der zu messende Strom kann nach folgender Formel berechnet werden:

I =UAus

a∗RMess

Hierbei ist

• UAus die gemessene Spannung am Ausgang des Messverstarkers

• a der Verstarkungsfaktor des Messverstarkers

• RMess der Messwiderstand

Somit ergibt sich in der Schaltung ohne Last bei einer gemessenen Spannung von 9 V ein gemesse-

ner Strom von

IMessung =9V

10∗10kΩ= 90µA

Des Weiteren kann der tatsachliche Strom uber die Formel:

IRechnung =UGes

RGes=

10V110kΩ

= 90,9µA

4.3. Zusammenfassung Kapitel 4 39

berechnet werden. Es tritt also einen Messfehler von ca. 1 % auf.

4.3 Zusammenfassung Kapitel 4

In diesem Kapitel wurden die Simulations- und Messergebnisse der Mess-Hardware fur ein OFET-

Testsystem zusammengefasst. Das Ziel war die Mess-Hardware in VHDL-AMS zu simulieren.

Hierbei konnte sowohl fur die NI-6259 Messkarte als auch fur die Pin-Elektronik ein VHDL-AMS

Modell erstellt werden, wahrend bei dem Prufling eine grobere Verhaltensbeschreibung zugrunde

gelegt werden musste. Dies liegt vor allem daran, dass noch keinen Prufling existiert und somit die

genauen Eigenschaften der OFET-Schaltungen noch nicht bekannt sind. Somit konnte z.B. keine

Transienten-Analyse durchgefuhrt werden. Statt dessen wurde ein einfaches Modell gewahlt, wel-

ches die Verhaltensweise wiedergibt und spater mit genaueren Kenndaten erweitert werden kann.

Im zweiten Teil wurde die Hardware-Nachbildung genauer untersucht. Hierbei wurden die

Messdaten sowohl mit der Messkarte als auch mit einem Oszilloskop ermittelt, um diese verglei-

chen zu konnen.

Kapitel 5

Zusammenfassung und Ausblick

5.1 Zusammenfassung

In dieser Arbeit wurden die Schritte fur die Simulation von Komponenten der Mess-Hardware eines

OFET-Testsystems beschrieben. Fur die Messung mit einem PC musste eine passende Messkarte

ermittelt werden. Die Wahl fiel nach einem Vergleich der Leistungsparameter auf die Karte NI-6259

von National Instruments [nat2005]. Anschließend wurden die Modelle fur die drei Komponenten

Messkarte, Pin-Elektronik und Prufling erstellt. Bei der Messkarte genugte die Modellierung des

Datenflusses, wahrend bei der Pin-Elektronik die genauen Strom-Spannungsbeziehungen wichtig

waren. Da noch kein Prufling existiert, konnte fur diesen nur ein Modell mit den grundlegenden

Eigenschaften gebildet werden. Des Weiteren wurde auf die genaue Struktur der einzelnen Bau-

gruppen der Pin-Elektronik eingegangen. Diese umfassen einen Treiber mit Strommessung, einen

Messverstarker, eine Last, einen Frequenzgenerator und Schalter die mittels der digitalen Ausgange

der Messkarte jede dieser Baugruppen separat ein- und ausschalten konnen. Abschließend wurde

die Hardware-Nachbildung des kompletten Testsystems erlautert.

Die Simulations- und Messergebnisse wurden in Kapitel 4 zusammengefasst. Das Ziel war

die Mess-Hardware in VHDL-AMS zu simulieren. Sowohl fur die NI-6259 Messkarte als auch

fur die Pin-Elektronik ist ein VHDL-AMS Modell erstellt worden, wahrend bei dem Prufling ei-

ne vereinfachte Bauform zugrunde gelegt werden musste. Somit konnte z.B. keine Transienten-

Analyse durchgefuhrt werden. Statt dessen wurde ein vereinfachtes Modell gewahlt, das spater mit

genaueren Kenndaten erweitert werden kann. Bei der Hardware-Nachbildung des Pruflings und der

Pin-Elektronik wurden die Messdaten sowohl mit der Messkarte als auch mit einem Oszilloskop

ermittelt, um diese vergleichen zu konnen.

Die Messergebnisse sind nahezu identisch mit den Simulationsdaten. Der Grund hierfur ist

wiederum das vereinfachte Modell des Pruflings. Da noch kein Prototyp existiert konnte nur das

grundlegende Verhalten in der Simulation und der Hardware-Nachbildung modelliert werden. Da-

durch wurden fur OFET-Schaltungen untypische Kurven mit klaren und steilen Kantenverlaufen

5.2. Ausblick 41

ohne Storungen simuliert. Erst wenn ein Prufling existiert kann das Modell mit exakteren Eigen-

schaften erweitert werden. Eine solche Erweiterung sind zum Beispiel die Verzogerungszeiten der

einzelnen Baugruppen des Pruflings, welche mit Variablen einfach geandert werden konnen. Auch

in der Hardware-Nachbildung sind die untypischen Kantenverlaufe zu sehen.

5.2 Ausblick

Vor allem die Tatsache, dass bisher kein realer Prufling existiert macht dessen Modellierung schwie-

rig. Die Simulation wurde auf die grundlegenden Eigenschaften beschrankt. Sobald die genaue-

ren Verhaltensweisen des Pruflings bekannt sind, kann das VHDL-AMS Modell erweitert werden.

Hierbei konnen dann die genauen Strom-Spannungsbeziehungen des DUTs abgedeckt werden. An-

schließend konnen die Simulationsergebnisse mit den Messwerten der realen Schaltung verglichen

werden.

Auch die Hardware-Nachbildung dieser Arbeit kann dann verfeinert werden, um ein genau-

eres Modell wiederzugeben. Es kann z.B. untersucht werden, ob es moglich ist, die aktive Last

genauer zu modellieren. Hierbei kann statt des Widerstandes versucht werden die Schottky-Dioden-

Schaltung aufzubauen. Diese Untersuchung sollte zeigen ob, es trotz der ungunstigen OFET-Parameter

moglich ist eine solche Last zu verwenden. Des Weiteren konnen auch noch andere Konzepte fur

die Last untersucht werden, welche im Rahmen dieser Arbeit nicht behandelt wurden.

Diese Arbeit sollte eine Grundlage fur die Automatisierung von Serienmessungen schaffen. So-

bald Prototypen des RFID-Transponders aus OFETs verfugbar sind kann damit begonnen werden

das Testsystem auf eine solche Automatisierung hin zu erweitern. Hier waren z.B. Go/No-Go Tests

mit einer automatisierten Aussortierung der defekten Pruflinge mit Hilfe der verbleibenen digitalen

Ausgange der NI-6259 Messkarte moglich. Zusatzlich werden bei solchen Tests Statistiken gefuhrt

um u.a. die Chip-Ausbeute zu ermitteln. Auch diese Funktionalitat kann in das Modell einfließen.

Abbildungsverzeichnis

2.1 Struktur von Polyacetylen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2 ,,Lochwanderung” bei Polyacetylen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.3 Aufbau von OLEDs und OFETs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.4 VHDL-Code eines digitalen Multiplexers und der Testbench . . . . . . . . . . . . 8

2.5 VHDL-AMS-Code eines analogen Multiplexers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.6 Quantities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.7 Digitaler Multiplexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.8 Analoger Multiplexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.1 Mentor Graphics Advance MS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.2 Schematische Darstellung der Mess-Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.3 Schematische Darstellung der Pin-Elektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.4 Schematische Darstellung des Frequenzgenerators . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.5 Schematische Darstellung des Datenerfassungsblocks . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.6 Aufbau der Last nach [Ding2005] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.7 Aufbau des Treibers mit Strommessung nach [Codrea2005] . . . . . . . . . . . . . 25

3.8 Schematische Darstellung des Pruflings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.9 Messkarte National Instruments NI-6259 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.10 Labview Blockdiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.11 Labview Messwertedarstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.12 Hardware-Nachbildung der Pin-Elektronik und des Pruflings . . . . . . . . . . . . 30

4.1 Simulation der grundlegenden Funktionsweise der Messschaltung . . . . . . . . . 33

4.2 Verlauf der aufgezeichneten Daten am analogen Eingang . . . . . . . . . . . . . . 34

4.3 Signalausgang der NI-6259 Messkarte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.4 Messergebnisse: Takt des Pruflings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.5 Messergebnisse: RFID-Ausgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

4.6 Schema des Treibers mit Last . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.7 Messergebnisse: Treiber ohne Last . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.8 Messergebnisse: Treiber mit Last . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

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