Das FWF-Projekt "MEMS - Magnetfeldsensor mit integrierter Signalumsetzung" wird am Institut für Integrierte Sensorsysteme der Österreichischen Akademie der Wissenschaften durchgeführt. Im Rahmen dieses Projekts entstand die Diplomarbeit mit dem Ziel eine elektronischen Schaltung zu entwerfen, um die kapazitive Auswertung eines Lorenzkraft-basierten Magnetfeldsensors zu ermöglichen. Die Entwicklung umfasst die Signalerfassung der sehr kleinen Transducer-Signale, eine Analog-Digital-Wandlung sowie eine digitale Aufbereitung der Daten. Für die Erstellung der Schaltung war ein mathematischer Entwurf zur Abschätzung der Parameterwerte erforderlich. Diese wurden anschließend mittels Elektroniksimulation überprüft und für den Einsatz realer Bauteile erweitert. Schließlich sollte ein Prototyp der Schaltung produziert werden, der zeigt, dass diese Form der Messung möglich ist. Für die Genauigkeit der Messung ist die Analog-Digital-Wandlung entscheidend. Es kommt ein Sigma-Delta Wandler dritter Ordnung zum Einsatz, dessen Entwurf ein großer Teil dieser Arbeit gewidmet ist. Für die Ansteuerung der Messschaltung war ein digitaler Schaltungsentwurf erforderlich. Als Prototyp kommt ein FPGA zum Einsatz, der in den Hardwarebeschreibungssprachen Verilog und VHDL programmiert wurde und den digitalen Controller des resultierenden ASICs darstellt.
The FWF-project "MEMS - Magnetic Field Sensor with Integrated Signal Conversion" is executed at the Institute for Integrated Sensor Systems of the Austrian Academy of Sciences. Within this Project the diploma thesis arised with the goal to develop an electronic circuit for the measurement of a capacitive magnetic field sensor based on the Lorentz force. This covers the capturing of the very small transducer-signals, a analog-to-digital conversion and the digital preparation of the data. For the development of the circuit a mathematical concept was required to estimate the parameters. They were validated by an electrical simulation and enhanced for the application of real devices. Finally a prototype of the circuit has been produced, to show that this form of measurement is possible. For the accuracy of the measurement the analog-to-digital conversion is crucially. A sigma-delta converter of third order is used. A large part of this work is dedicated to this converter. For the control system of the measurement circuit a digital design is required. For prototyping this controller, a FPGA has been programmed with the hardware description languages Verilog and VHDL which represents the digital controller of the resulting ASIC.
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