Fast In­teg­rated Cir­cuits for Di­git­al Com­mu­nic­a­tions

Die Lehrveranstaltung Hochfrequenzelektronik vermittelt für den Entwurf von integrierten Hochfrequenzschaltkreisen erforderliche Kenntnisse aus den Gebieten Bauelementephysik, Halbleitertechnologie, Hochfrequenzschaltungstechnik und Aufbautechnik. Neben der Vermittlung von neuem Spezialwissen integriert sie zuvor in einer Vielzahl von Veranstaltungen erworbenes Wissen und bereitet somit unmittelbar auf eine berufliche Tätigkeit in diesem Bereich vor.

The course High-Frequency Electronics provides necessary knowledge for the design of integrated high-frequency circuits ranging from device physics, semiconductor technology, high-frequency engineering, and packaging technology. Besides conveying new specialized knowledge, skills developed by various other courses are integrated, and thus students are directly prepared for a professional life in the field.

Ausgehend von den physikalisch begründeten Eigenschaften verschiedener Halbleitermaterialsysteme werden Kenntnisse zur Funktion, Modellierung und Fertigung spezieller Hochfrequenztransistoren vermittelt. Anschließend werden für alle beim Entwurf eines Hochfrequenzverstärkers notwendigen Schritte die jeweils theoretischen Konzepte sowie das praktische Vorgehen erläutert. Danach werden als weitere Schaltungen Breitbandverstärker, Oszillatoren und Mischer sowie digitale Grundschaltungen dargestellt. Als derzeit besonders interessante Anwendungen werden optoelektronische Datenübertragungssysteme, Mixed-Signal Systeme wie ADC, DAC, digitale Syntheziser und PLL’s, sowie Millimeterwellentransceiver besprochen. Die Veranstaltung schließt mit einem Überblick der im Hochfrequenzbereich eingesetzten Aufbau- und Verbindungstechniken.

Starting from physically founded properties of different semiconductor systems, knowledge about the function, modeling, and fabrication of special high-frequency transistors is conveyed. Subsequently, all necessary steps of a high-frequency amplifier design are explained with respect to theoretical concepts and practical implementation. After that, further circuits such as broad-band amplifiers, oscillators, mixers and digital gates are presented. As currently most interesting applications, optoelectronic data transmission systems, mixed-signal systems such as ADC, DAC, digital synthesizers and PLL’s, as well as millimeter wave transceivers are discussed. The course closes with an overview of high-frequency assembling and packaging technologies.

Fachkompetenz / Domain competence:

Die Studierenden sind nach dem Besuch der Lehrveranstaltung in der Lage,

• die für eine konkrete Aufgabenstellung optimale Halbleitertechnologie auszuwählen,
• den Entwurf eines integrierten Hochfrequenzschaltkreises auszuführen
• und die gefertigten Komponenten zu charakterisieren.

After attending the course, the students will be able to

• select the most suitable semiconductor technology for a given problem,
• run the complete design process of a high-frequency integrated circuit,
• and to characterize fabricated samples.

Fachübergreifende Kompetenzen / Key qualifications:

Die Studierenden

• können methodisches Wissen bei der systematischen Problemanalyse einsetzen,
• beziehen in komplexe Optimierungsprobleme auch fertigungstechnische und ökonomische Aspekte ein,
• lernen das industrieübliche CAD-System ADS kennen
• und erwerben fachbezogene Fremdsprachenkompetenz.

The students

• can use of methodic knowledge for systematic problem analysis,
• include aspects of fabrication technology and economy into complex optimization problems,
• get familiar with the CAD system ADS, which is commonly used in industry
• and gain foreign language competences related to the field.

• Vorlesungen  mit überwiegendem Tafeleinsatz, unterstützt durch Animationen und Folien,
• Präsenzübungen mit Aufgabenblättern, deren Lösungen die Studierenden in der Übung gemeinsam und mit Unterstützung des Übungsleiters, teilweise unter Einsatz von CAD-Software erarbeiten.

• Lectures with black board presentation, supported by animated graphics and transparencies,
• Presence exercises with task sheets to be solved by the students together, supported by the teacher, and partially using CAD software.

Vorkenntnisse aus den Modulen Höhere Mathematik, Physik, Grundlagen der Elektrotechnik, Werkstoffe der Elektrotechnik, Halbleiterbauelemente, Signaltheorie, Systemtheorie und Einführung in die Hochfrequenztechnik.

Prior knowledge from the modules Higher Mathematics, Physics, and the Foundations of Electrical Engineering, Materials of Electrical Engineering, Semiconductor Devices, Signal Theory, System Theory, Introduction to High-Frequency Engineering.

Keine / None

Mündliche Prüfung / oral exam

Deutsch oder Englisch (je nach Nachfrage) / German or English (depending on demand)

A. Thiede, High-Frequency Electronics, Vorlesungsskript Universität Paderborn

A. Thiede, High-Frequency Electronics, Lecture Script University Paderborn

Auf weiterführende und vertiefende Literatur wird in den jeweiligen Abschnitten des Vorlesungsskriptes verwiesen.

References to continuative and deepening literature can be found in the respective sections of the script.