Circuit Design Lab

Profil und Zielsetzung

Beim Circuit Design Lab (Labor Schaltungsdesign) handelt es sich um ein Grundlagenlabor für den analogen und digitalen Schaltungsentwurf, das im 3. oder 4. Semester der Bachelor-Studiengängen Elektrotechnik/Informationstechnik, Medizintechnik sowie Mechatronik absolviert wird.

Das Circuit Design Lab ergänzt die Vorlesungen Analoge und Digitale Schaltungen. Der Fokus dieses Labors liegt auf dem Design/Entwurf einer typischen elektronischen (kompletten) Schaltung. Die Teilnehmer des Labors sollen im Rahmen des Labors möglichst eigenständig Zusammenhänge und Auswirkungen zwischen den einzelnen thematischen Schwerpunkten der Vorlesungen Analoge und Digitale Schaltungen herstellen können.

Im Rahmen des Labors gibt es keine in sich abgeschlossenen Einzelversuchsbeschreibungen. Vielmehr werden die Teilnehmer über das Semester hinweg ein industrienahes Schaltungsdesign-Projekt über das ganze Semester bearbeiten. Allerdings ist der zeitliche Rahmen zur Bearbeitung des Projektes und die einzelnen zu bearbeitenden Aufgabenstellungen vorgegeben, so dass die Teilnehmer wissen, zu welchem Zeitpunkt was erledigt sein muss. Die einzelnen zu erledigenden Aufgabenstellungen bauen während des Semesters, also während der Bearbeitung des Projektes, aufeinander auf.

Das Labor ist kompetenzorientiert ausgerichtet. Ziel ist nicht nur das Kennen, das Können und das Verstehen/Anwenden von fachlichen Kompetenzen, sondern auch das von methodischen, persönlichen und sozialen Kompetenzen.

Inhaltlich werden im Circuit Design Lab folgende Themen behandelt:

Sensorik, Analogtechnik:

  • Verhalten von Sensoren kennenlernen
  • Entwurf, Aufbau/Implementierung und Test einer anlogen Teilschaltung. (Operationsverstärker = OPV) zur Aufbereitung eines vorgegeben analogen Signals und vorgegeben Randbedingungen.
  • Rechnergestützter Entwurf der Schaltung (Simulation) mittels PSPICE oder LTSPICE.
  • Allgemeine Eigenschaften eines OPV kennenlernen und evaluieren.
  • Anwendung OPV als Verstärker, Subtrahierer etc. kennenlernen.

Analog-Digital-Wandler:

  • Allgemeine Eigenschaften von AD-Wandlern evaluieren.
  • Gemeinsame Inbetriebnahme des AD-Wandlers mit der Sensorik und der analogen Signalaufbereitungsschaltung.

Digitaltechnik, Programmierbare Digitalschaltkreise:

  • Entwurf kombinatorischer und sequentieller Schaltungsteile.
  • Entwurf komplexerer digitaler Schaltungen und Umsetzung der Schaltung in einem programmierbaren Digitalschaltkreis (FPGA), Rechnergestützter Entwurf der digitalen Schaltungen.
  • Integration der kombinatorischen und sequentiellen Schaltungsteile in eine vorgegebene Digitalschaltungsumgebung.
  • Gemeinsame Inbetriebnahme der vorherigen entworfenen Schaltungsteile mit dem entstandenen Digitalteil.
  • Einblick in den rechnergestützten Entwurfsmöglichkeiten von digitalen Schaltungen erhalten.

Das Konzept und der Aufbau des Labors wurde 2014 mit dem Fellowship für Innovationen in der Hochschullehre des Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.  und der Baden-Württemberg-Stiftung ausgezeichnet.