Ultraschnelle Mikrochips für Echtzeitmessungen

Auf der am heutigen 4. April beginnenden Hannover Messe, der weltgrößten Industriemesse, ist auch die Fachhochschule Brandenburg (FHB) mit einem Exponat vertreten. Der Inhalt des FHB-Messeauftritts resultiert aus einer engen lokalen Kooperation mit der IHP GmbH – Leibniz-Instituts für innovative Mikroelektronik (Frankfurt/Oder) sowie der PicoQuant GmbH (Berlin) und betrifft die Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisen für die IT-Branche.

Der Messeauftritt beschäftigt sich primär mit der Mitwirkung am internationalen Forschungsprojekt PARAFLUO, das im 7. Forschungsrahmenprogramm der EU gefördert wird. Für Anwendungen mit Echtzeitforderungen bis hinunter in den einstelligen Pikosekunden*-Bereich wurden an der FHB Mikrochips entworfen, die auf Basis der SiGe:C-Technologie** der IHP GmbH herstellbar sind.

Dabei geht es um mehrkanalige Zeitmessungen. Der dazu von einem FHB-Forschungsteam entwickelte Schaltkreis hat die Aufgabe, die Zeitspanne zwischen mehreren Ereignissen mit einer Genauigkeit von bis zu 10 Pikosekunden zu messen (das ist die Zeitspanne, in der das Licht einen Weg von 3 mm zurücklegt). Solche Messungen spielen in der biomedizinischen Analyse eine Rolle, z.B. bei der Fluoreszenzspektroskopie. Hier soll die Zeitspanne zwischen Beschuss eines Materials mit einem Laser-Impuls und der Reaktion dieses Materials gemessen werden.

Die Hannover Messe gibt der FHB auch die Möglichkeit, ihr Potenzial im Bereich der Hochgeschwindigkeits-Logik zu demonstrieren. So werden weitere Entwicklungen, an denen FHB-Wissenschaftler tatkräftig mitgewirkt haben, präsentiert. Dazu zählt ein Schaltkreis mit einem sehr schnell auslesbaren Arbeitsspeicher, der für die Synthese analoger Signale von bis zu 10 GS/s*** verwendet werden kann. Eine mögliche Anwendung ist die Ansteuerung von Lasern um eine ganz präzise Impulsfolge zu generieren.

Ein weiteres Exponat ist ein Mikrochip zur Serialisierung von Datenströmen. Damit ist es möglich, 64 parallele Bits nach dem DDR-Prinzip auf einen Kanal zu bündeln. Die maximale Übertragungsrate erreicht dabei bis zu 34 GBit/s (GigaBit pro Sekunde).

Bei all diesen Schaltkreisen finden verschiedene Baugruppen ihre Anwendung und müssen hohen Anforderungen genügen. Die FHB ist im Bereich der Forschung und Entwicklung mit einem modularen Entwicklungskonzept und ihren Erfahrungen ein starker Projektpartner. Das breite Spektrum im Fachbereich Informatik und Medien bietet den Forschern dabei viel Potenzial, um die Methoden der Informatik auf den Hardwareentwurf zu übertragen.

* 1 Pikosekunde ist eine Billionstel-Sekunde, 10-12
** Silicium-Germanium mit Kohlenstoff dotiert
*** Giga-Samples per Second (Milliarden Abtast-/Stützwerte pro Sekunde)