Wissenschaftliche und andere Veröffentlichungen

10)   Reifschneider, Norbert: "CAE-gestützte IC-Entwurfsmethoden", München 1998

11)   Reifschneider, Norbert: Kapitel "Digitale ICs", in: Becker, Bonfig, Höing: "Handbuch elektrische Meßtechnik", Heidelberg, 1998

Arbeitsgebiete und Projekte

Seit 1991:
Entwicklung mikroelektronischer Schaltungen unter Einsatz von professionellen CAE-Werkzeugen. Schwerpunkt: Entwicklung auf der Layout- bzw. Transistorebene einschließlich Schaltungssimulation, Bibliotheksentwicklung und physikalischer Design-Verifikation.

Durchgeführte Entwürfe:

- Serieller Multiplizierer 16 x 16 Bit mit Registern auf der Grundlage eines 1,5 Mikron CMOS-Prozesses als Full Custom Design. Ca. 1.600 Transistoren, Größe ca. 1,7 x 1,0 mm.

- Diverse Standard- und Makrozellen im Full Custom Design

Seit 1992:
Projekt DISTOMAG ("Digitaler stochastischer Magnetfeldsensor")

Im Rahmen der Dissertation mit dem Thema "Entwurf und Realisierung mikrointegrierter, digitaler stochastischer Magnetfeldsensoren" wurden zwei mikroelektronische Schaltungen entworfen, simuliert und realisiert, die neuartige, extrem kleine Magnetfeldsensoren enthalten.
Foto des 2. Chips ansehen (Achtung: Dateigröße 155 kB!)

Die Sensoren arbeiten digital, d.h. sie liefern eine statistisch verteilte Folge von 0/1-Entscheidungen, deren Häufigkeitsverteilung die Repräsentation der Messgröße darstellt. Solche Sensoren werden als digitale stochastische Sensoren bezeichnet. Die magnetfeldsensitive Fläche besteht entweder aus einem einfachen Hall-Element aus Diffusionsgebiet oder aus einem so genannten Split-Drain-MAGFET (siehe Bild rechts).

Die Rückgewinnung der Messgröße erfolgt durch eine numerischen Analyse des vom Sensor gelieferten digitalen Datenstroms. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten, die im Rahmen der Arbeit untersucht und vergleichend bewertet wurden.

Erstmals ist es im Rahmen dieser Arbeit gelungen, funktionsfähige Sensoren bis zu einer Größe von lediglich 1,0  x 3,0 um zu realisieren. Die Auswerteelektronik befindet sich dicht am magnetfeldsensitiven Element, um Störeinflüsse klein zu halten (siehe Bild rechts). Neu ist auch die Realisierung von Sensoren, deren statistische Verteilung der gelieferten 0/1-Entscheidungen im Betrieb dynamisch geregelt werden kann.

Die Regelung erfolgt über Kapazitätsdioden, die mit Bestandteil der bistabilen Kippstufe sind (siehe Bild rechts). Über die Variation einer analogen Spannung, die dem Sensor von außen zugeführt wird, kann die Kapazität der Dioden verändert werden. Die Entscheidung, in welche Richtung die Stufe beim Entscheidungsvorgang kippen wird, hängt von Ladungsabflüssen von Kapazitäten innerhalb der Stufe ab.

Daher kann über die Veränderung der Kapazitäten interner Schaltungsknoten innerhalb der Kippstufe auf die Wahrscheinlichkeit der Kippens in eine bestimmte Richtung Einfluss genommen werden.

Dies ermöglicht es, den Sensor auch bei einwirkender Messgröße stets im optimalen Punkt der Gleichverteilung zwischen 0- und 1-Entscheidungen zu betreiben. Man spricht dann vom geregelten stochastischen System.

Bei extrem kleinen Sensoren spielen die Prozesstoleranzen eine große Rolle. Ein geometrischer Maskenversatz von z.B. 0,1 um entspricht bei einer Struktur der Größe 1 um einer Abweichung von 10 %, bei einer größeren von etwa 10 um von nur noch 1 %. Ein Problem bei den realisierten extrem kleinen Sensoren war daher der Grundabgleich. Um die Notwendigkeit des Einsatzes sehr großer Kapazitätsdioden für die Regelung zu vermeiden, wurden beim 2. Chip getrennte Dioden für den Grundabgleich und die Regelung eingesetzt (siehe auch letztes Bild).

Die mathematischen Grundlagen der Methoden zur Rückgewinnung der Messgröße aus dem von geregelten stochastischen Sensor gelieferten digitalen Datenstrom wurden ebenso eingehend untersucht. Hierbei stand insbesondere das Rauschverhalten im Vordergrund, um die Vorteile des neuen Verfahrens gegenüber den klassischen Verfahren deutlich zu machen.

1995:
Projekt "Personen-Adaptives stereoskopes Video-System (PASS)

Beitrag: Projektleiter der Hard- und Software-Entwicklung

Das System ermöglicht eine dreidimensionale Darstellung von Objekten auf einem speziellen Monitor ohne die Verwendung optischer Hilfsmittel (Stereobrille) für einen einzelnen Betrachter. Das von einer stereoskopen Kamera oder einer anderen Quelle (Videorecorder z.B.) kommende Bildsignal wird dazu elektronisch aufbereitet, so dass rechtes und linkes Bild auf dem Monitor spaltenweise verkämmt erscheinen. Durch eine spezielle Maske vor dem Monitor (Linsenrasterscheibe) wird erreicht, dass beim Betrachten das linke Auge das dafür bestimmte Bild sieht, das rechte Auge das andere, wodurch der räumliche Seheindruck zu Stande kommt.

Gegenstand des Projekts war insbesondere der Entwurf und der Aufbau des so genannten Pixelcoders, der auf elektronischem Weg die Verkämmung und die im folgenden beschriebene Positionsadaption vornimmt. Das Labormodell besteht aus zwei 6- bzw. 8-lagigen Multilayerplatinen, die mit insgesamt 15 EPLDs mit 128 bzw. 160 Makrozellen, diversen Mikrocontrollern von Motorola sowie weiteren Standardkomponenten bestückt sind. Die Elektronik wird in den Datenpfad vom Grafikboard des Rechners zum Monitor geschaltet und mit Betrachterpositionsdaten versorgt. In einem Folgeprojekt ist geplant, die gesamte Pixelcoderlogik in einem einzigen ASIC zu integrieren.

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Wird anstelle herkömmlicher CRT-Monitore ein LCD- oder TFT-Flachbildschirm verwendet, so kann dieser durch Vorsetzen der Linsenrasterscheibe zum hier benötigten Spezialmonitor ergänzt werden. Dies macht das System auch für den Massenmarkt wie z.B. die Bildtelefonie interessant.

Da sich beim seitlichen Bewegen die Perspektive ändert, muss eine Nachführung stattfinden. Wenn man sich z.B. um einen vollen Augenabstand zur Seite bewegt, ohne eine Korrektur vorzunehmen, vertauschen sich linkes und rechtes Bild.

Die nötige Nachführung erfolgt über ein Positionsdetektionssystem, das die jeweilige Betrachterposition ermittelt und sofort an die Bildverarbeitungselektronik weiterleitet. Dabei wird sowohl die Position in seitlicher Richtung als auch die Abstandskoordinate erfasst und vom Pixelcoder zur Berechnung des Stereobildes verwendet.

Beim vorliegenden System wird die Bildnachführung elektronisch vorgenommen, indem die Pixelanordnung unter der Linsenrasterscheibe verschoben bzw. gestreckt oder gestaucht wird. Diese Adaption wird in Echtzeit im so genannten Pixelcoder vorgenommen, der im Rahmen des Projektes entwickelt wurde. So wird die Verwendung einer aufwendigen, teuren und anfälligen Mechanik vermieden, die die Linsenrasterscheibe vor dem Monitor entsprechend der Betrachterposition seitlich verschiebt bzw. ihren Abstand zum Monitor ändert, um die nötige Korrektur vorzunehmen. Letztgenanntes Verfahren wird von einigen Anbietern solcher Systeme eingesetzt.

Das PASS-System eignet sich insbesondere für Bereiche, in denen ein einzelner Betrachter auf den Bildschirm schaut. Denkbare Einsatzfelder sind CAD/CAE-Anwendungen, Medizintechnik, Flug- und andere Simulationen, Bildtelefonie sowie bestimmte Bereiche in der KfZ-Technik.

1997:
Projekt "Positionsadaptiver Autostereoskoper Monitor" (PAM)

Beitrag: Projektleiter der Hard- und Software-Entwicklung

Das Positionsadaptive Autostereoskope System wurde für spezielle Nutzer entworfen: für den Arzt, den Radiologen, den Architekten, den Konstrukteur, aber auch für den Operateur im Virtuellen Studio und den Akteur in der Telepräsenz.

Der große Vorzug eines solchen 3D-Echtzeitsystems kommt dort zu Tragen, wo eine Person an einer Workstation oder einem 3D-PC arbeitet und eine volle dreidimensionale subjektive Darstellung ohne Brille verlangt wird. Gegenüber der im CBit-Exponat gezeigten adaptiven Funktionsfähigkeit ist im engültigen System eine verstellbare Anordnung aus drei Spezial-TFT-Displays vorgesehen, bei der automatisch die zugehörige 3-dimensionale subjektive Gesamtperspektive in einem Definitionsraum ausgegeben wird - unter Berücksichtigung der Winkelstellung der 3 Displays zueinander.

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Unter Einbeziehung rückwärtiger Projektionsflächen können auch lückenlose subjektiv größere Panoramaszenen dargestellt werden - beispielsweise bei Flugtraining-Situationen.

1998:
Projekt "3D-Panorama-Monitor" (APAM)

Beitrag: Projektleiter der Hard- und Software-Entwicklung

Die 3-dimensionale Darstellung des APAM-Systems ist personenbezogen; die Betrachterposition wird mittels Head Tracker auf Infrarot-bzw. Ultraschallbasis erfasst. Die optische Darstellung erfolgt autostereoskop und erübrigt die Benutzung einer Stereobrille.

Es wurden zwei Versionen entwickelt:

• ein komfortables 3D-Panorama-System mit mehreren Displays an einer Workstation für die Medizintechnik
• eine kostengünstige PC-Lösung

Erstmals wird eine rein elektronische Lösung präsentiert, bei der auch ein heutiger PC zu einem 3D-System aufgerüstet werden kann.

Hierfür sind folgende Komponenten zusätzlich erforderlich:

• spezielle 3D-fähige Grafikkarte
• Rasterscheibe, die auf den Flachbildschirm aufgelegt wird
• passende 3D-Software
• handelsüblicher Head Tracker

Die Funktionsfähigkeit des Systems wurde anhand von Labormodellen demonstriert.

Die verwendeten Head Tracker sollen in künftigen Realisierungen durch Positionsdetektionssysteme ersetzt werden, die die genaue Position des menschlichen Auges erkennen können. Ein solches System kann dann auch weitergehende Parameter bestimmen, mit denen eine Optimierung der Darstellung vorgenommen werden kann. So sind alle bisherigen Modelle auf einen mittleren Augenabstand eingestellt. Hat ein Betrachter einen stark vom Durchschnitt abweichenden Augenabstand, so wird er kein optimales Ergebnis mit den bisher realisierten Systemen erzielen. Ein Augenpositionsdetektionssystem dagegen kann auch den individuellen Augenabstand ermitteln und diesen an den Pixelcoder weiterreichen.

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Dieser bezieht ihn dann in die Berechnung des Stereobildes mit ein, wodurch ein optimales Darstellungsergebnis auch für Betrachter mit stark vom Durchschnitt abweichendem Augenabstand möglich wird.

Teilnahme an internationalen Konferenzen, Kongressen und Messen

1)   27.-28.2.1991: "GaAs Meeting" (EUROCHIP Veranstaltung) der Rutherford Appleton Labs, Chilton, Didcot, Oxfordshire, England. Thema: "Gallium-Arsenid-basierte Hochgeschwindigkeitsschaltungen für digitale Applikationen"

2)   18.-20.3.1991: C-Bit Messe Hannover, Stand "Hessische Hochschulen, als Aussteller des GhK- Exponates "Stereoskope Echtzeit- Bildverarbeitung"

3)   23.5.1991: Regionales EUROCHIP-Meeting der GMD in St. Augustin. Thema: Diskussion allgemeiner Themen und Probleme im Zusammenhang mit dem Projekt

4)   26.-27.9.1991: "BICMOS Design Training Course" (EUROCHIP Lehrveranstaltung), CMP, Grenoble, Frankreich. Thema: Entwurf gemischt digital-analoger mikroelektronischer Schaltungen auf der Grundlage von BICMOS-Prozessen

5)   26.3.1992: Regionales EUROCHIP-Meeting der GMD in St. Augustin. Thema: Diskussion allgemeiner Themen und Probleme im Zusammenhang mit dem Projekt

6)   6.-10.9.1992: EURODAC, Kongreßzentrum Hamburg, als Aussteller des GhK- Exponates "CMOS Full Custom Design" auf dem Stand der Universität

7)   30.9.-2.10.1992: 3. EUROCHIP Workshop, Grenoble, France, als Teilnehmer und Aussteller des GhK- Exponates "Noise Filtering D/A- Conversion"

8)  23.-27.11.1992: ESPRIT Conference, Brüssel, Belgien. Thema: Verhandlungen über Kooperationsmöglichkeiten zwischen Industrie und Hochschule

9)  11.-12.1.1993: "CMOS Full Custom Design Training" (EUROCHIP Lehrveranstaltung), Uni Bremen, als Kursleiter

10)  4.-7.5.1993: "THOMSON ADS/LDT BICMOS Training Course" (EUROCHIP Lehrveranstaltung), CMP, Grenoble, Frankreich. Thema: Entwicklung mikroelektronischer Schaltungen auf der Grundlage von BICMOS-Prozessen

11)  10.-14.7.1993: "CMOS Full Custom Design Training" (ERASMUS Seminar), Universität Kassel, als Kursleiter. Thema: Entwicklung von mikroelektronischen Schaltungen als Full Custom Design

12)  29.9.-1-10.1993: 4. EUROCHIP Workshop, Toledo, Spanien, als Teilnehmer und Aussteller des bereits mehrfach eingesetzten "CMOS Full Custom Design Training" Kursmaterials. Im Wettbewerb mit anderen Lehrmaterialien den 1. Preis dafür erhalten

13)  15.-19.11.1993: "Advanced Analog Digital Design Training" (EUROCHIP Lehrveranstaltung), Luvain-La-Neuve, Belgien. Thema: Entwurf gemischt analog-digitaler mikroelektronischer Schaltungen

14)  21.-23.4.1994: C-Bit Messe Hannover, Stand "Hessische Hochschulen", als Aussteller des GhK- Exponates "Stereoskope Echtzeit- Bildverarbeitung"

15)  12.7.1994: Regionales EUROCHIP-Meeting der GMD in St. Augustin. Vortrag gehalten mit dem Thema "Ein digitaler stochastischer Magnetfeldsensor"

16)  17.10.-19.10.1994: 5. EUROCHIP Workshop, Dresden

17)  7.-15.3.1995: C-Bit Messe Hannover, Stand "Hessische Hochschulen", als Aussteller des GhK- Exponates "Personen-adaptives stereoskopes Video-System (PASS)"

18)  13.-19.3.1997: C-Bit Messe Hannover, Stand "Hessische Hochschulen", als Aussteller des GhK- Exponates "Positionsadaptiver Autostereskoper 3D-Monitor (PAM)"

19)  2.12.1998: Vortrag an der FH Fulda mit dem Thema "Test und Testbarkeit komplexer Strukturen"

Lehrveranstaltungen und Vorträge

Reguläre Lehrveranstaltungen an der Universität Kassel:

Seit 1992:
Rechnerpraktikum "Entwurf integrierter Schaltungen". Blockpraktikum mit 3 Doppelstunden.
Inhalt: Vermittlung der Grundlagen der Schaltungseingabe und -Verifikation mit komplexen CAE-Design-Paketen durch praktisches Arbeiten am Rechner nach kurzer theoretischer Einweisung

Seit 1994:
Vorlesung "Entwurf integrierter Schaltungen" bzw. seit 1996 "CAE-gestützte IC-Entwurfsmethoden". Umfang: 2 SWS. Inhalt: Vermittlung der Grundlagen des Entwurfs mikroelektronischer Schaltungen unter Anwendung von CAE-Systemen. Die Themenschwerpunkte im einzelnen sind: Design-Strategien, Grundlagen der digitalen Schaltungstechnik, Schaltungseingabe mit Grafikeditor und Hardware Description Languages,  logische und elektrische Design-Verifikation, automatisches Plazieren und Verdrahten, physikalische Design-Verifikation, Test und Testbarkeit komplexer Strukturen, MOS-Transistor-Theorie. Vorlesungsbegleitendes Studienmaterial: Lehrbuch "CAE-gestützte IC-Entwurfsmethoden", erschienen 1998 im Prentice Hall Verlag.

Einzelne Lehr- und Vortragsveranstaltungen:

11.-12.1.1993:
Zweitägiges Blockpraktikum mit dem Titel "CMOS Full Custom Design Training". Durchgeführt als EUROCHIP Lehrveranstaltung an der Uni Bremen im dortigen Institut für Mikroelektronik von Professor Dr. Laur. Inhalt: CAE-gestützter Entwurf mikroelektronischer Schaltungen auf der Transistor- bzw. Layoutebene. Jeweils theoretische Kurzeinführung mit anschließendem Arbeiten am Rechner

10.-14.7.1993:
Viertägiges Blockpraktikum mit dem Titel "CMOS Full Custom Design Training". Durchgeführt an der Uni Kassel als Lehrveranstaltung im Rahmen des ERASMUS-Programms mit internationaler Beteiligung. Teilnehmer waren vorwiegend Studenten von der Danish Technical Highschool Kopenhagen (DTH), der Universität Aalborg (beide Dänemark) sowie Studenten von der Universität Reading (England). Inhalt und Konzept wie im vorangegangenen Abschnitt

12.7.1994:
Regionales EUROCHIP-Meeting der GMD in St. Augustin: Vortrag mit dem Thema "Ein digitaler stochastischer Magnetfeldsensor"

2.12.1998:
Vortrag an der FH Fulda mit dem Thema "Test und Testbarkeit komplexer mikroelektronischer Strukturen"

Lebenslauf

4.1968 - 6.1976
Besuch des Leibnizgymnasiums in Frankfurt- Höchst

1977 - 1979
Tätigkeit als Mess- und Regelungstechniker im Bereich Chemie bei der Hoechst AG in Frankfurt/Main

[Lehrbuch "CAE-gestützte IC-Entwurfsmethoden"]

[Dissertation "Entwurf und Realisierung mikrointegrierter, digitaler stochastischer Magnetfeldsensoren"]