Analyse und Simulation von Komponenten der Mess-Hardware eines OFET-Testsystems in VHDL-AMS Diplomarbeit im Fach Informatik vorgelegt von Florian E.J. Fruth geboren am 26. Januar 1979 in Schillingsf ¨ urst Lehrstuhl f ¨ ur Lehrstuhl f ¨ ur Systemsimulation (LSS) Rechnergest¨ utzten Schaltungsentwurf (LRS) Friedrich Alexander Universit¨ at Erlangen-N ¨ urnberg 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
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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
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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
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:
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
6 Kapitel 2. Motivation und Stand der Technik
• 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
8 Kapitel 2. Motivation und Stand der Technik
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
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
10 Kapitel 2. Motivation und Stand der Technik
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
NI-622x National Instruments 375 e - 1200 e PCI/PXI 80 MHz√
Down, 50 - 75 kΩ 24
NI-625x National Instruments 775 e - 1350 e PCI/PCIe/PXI 80 MHz√
Down, 50 kΩ 48
NI-628x National Instruments 1300 e - 1900 e PCI/PXI 80 MHz√
Down, 50 - 75 kΩ 24
NI-783xR National Instruments 1900 e - 3300 e PCI/PXI 200 MHz√