Die Ausbildung
Im ersten Teil "Grundlagen" werden Grundbegriffe und Konstruktionselemente der Mikrosystemtechnik eingeführt und erläutert. Diese ermöglichen das prinzipielle und quantitative Verständnis der verschiedenen Typen von Sensoren und Aktoren, sowie der Technologie, die zu ihrer Herstellung dienen. Die Konstruktionselemente werden mathematisch-physikalisch eingeführt, sodass die Basis für einen quantitativen Entwurf gelegt wird. Ferner werden erfolgreiche Mikrosysteme im Sinn des "reverse engineering" in ihre Einzelteile zerlegt und auf ihre Leistungskennzahlen untersucht. Auf den ersten Blick komplex erscheinende Systeme werden dadurch handhabbar, verständlich und optimierbar, d.h. konstruierbar. Abschließend werden Teststruktur-basierte Ansätze zur Messung elektrischer, mechanischer und thermischer Materialgrößen von Mikrosystemtechnik-Materialien beschrieben, welche direkt die Kennzahlen der daraus aufgebauten Mikrowandler bestimmen.
Der zweite Teil widmet sich der Betrachtung der Systemebene. Zunächst werden Kriterien für die Stabilität geregelter Systeme dargestellt und eine allgemeine Methode zum Reglerentwurf für solche Systeme erläutert. Dabei werden verschiedene Arten von Reglern für Systeme vorgestellt. Des Weiteren wird die Software MATLAB als numerisches Werkzeug aufgezeigt, mit dem die im Vorfeld diskutierten Methoden am Rechner umgesetzt werden können. In einer solchen Softwareumgebung können Systeme modelliert und simuliert werden, um die Systemeigenschaften im Voraus zu analysieren.
Der dritte Teil vermittelt Kenntnisse in Entwurf und Verfeinerung von Mixed-Domain Systemen. Dargestellt wird zunächst die Schaltungssimulation, die sich mit den elektrischen Repräsentationen einer Schaltung befasst. Ausgehend von den Kirchhoffschen Gleichungen und der Bauelementegleichungen werden die unterschiedlichen Arten und Möglichkeiten der Schaltungsanalyse gezeigt. Dazu zählen Gleichstrom- bzw. DC-Analyse, modifizierte Knotenspannungsanalyse, Wechselstrom- bzw. AC-Analyse und dynamische Simulation bzw. Transienten-Analyse. Weitere Themen sind die Linearisierung von Bauelementekennlinien und der prinzipielle Ablauf einer Analog-Simulation in einem Simulator. Es folgt eine Einführung in die Methodik und den Nutzen der Verhaltensbeschreibung analoger Schaltungen und Systeme durch analoge Hardwarebeschreibungssprachen. Den Abschluss dieses Teils bildet die Diskussion von Ausleseschaltungen für Sensoren.
Im letzten Teil wird eine kurze Einführung in die Möglichkeiten der Finite-Elemente-Methode (FEM) als numerisches Simulationswerkzeug für die Mikrosystemtechnik gegeben.
Der zweite Teil widmet sich der Betrachtung der Systemebene. Zunächst werden Kriterien für die Stabilität geregelter Systeme dargestellt und eine allgemeine Methode zum Reglerentwurf für solche Systeme erläutert. Dabei werden verschiedene Arten von Reglern für Systeme vorgestellt. Des Weiteren wird die Software MATLAB als numerisches Werkzeug aufgezeigt, mit dem die im Vorfeld diskutierten Methoden am Rechner umgesetzt werden können. In einer solchen Softwareumgebung können Systeme modelliert und simuliert werden, um die Systemeigenschaften im Voraus zu analysieren.
Der dritte Teil vermittelt Kenntnisse in Entwurf und Verfeinerung von Mixed-Domain Systemen. Dargestellt wird zunächst die Schaltungssimulation, die sich mit den elektrischen Repräsentationen einer Schaltung befasst. Ausgehend von den Kirchhoffschen Gleichungen und der Bauelementegleichungen werden die unterschiedlichen Arten und Möglichkeiten der Schaltungsanalyse gezeigt. Dazu zählen Gleichstrom- bzw. DC-Analyse, modifizierte Knotenspannungsanalyse, Wechselstrom- bzw. AC-Analyse und dynamische Simulation bzw. Transienten-Analyse. Weitere Themen sind die Linearisierung von Bauelementekennlinien und der prinzipielle Ablauf einer Analog-Simulation in einem Simulator. Es folgt eine Einführung in die Methodik und den Nutzen der Verhaltensbeschreibung analoger Schaltungen und Systeme durch analoge Hardwarebeschreibungssprachen. Den Abschluss dieses Teils bildet die Diskussion von Ausleseschaltungen für Sensoren.
Im letzten Teil wird eine kurze Einführung in die Möglichkeiten der Finite-Elemente-Methode (FEM) als numerisches Simulationswerkzeug für die Mikrosystemtechnik gegeben.
