Entwicklung eines Lock-In Verstärkers für ein modulares Cantilever-Messsystem : Bachelorarbeit

Am Institut für Halbleitertechnik der TU Braunschweig werden auf Silizium basierende resonante MEMS-Sensoren für die Partikel-, Gas- und Oberflächenmesstechnik entwickelt. Sie basieren auf Silizium-Cantilevern mit integrierter piezoresistiver Messelektronik. Bei diesen Sensoren wird die Verschiebung der Resonanzfrequenz ausgewertet [1] [12]. Die Resonanzfrequenz wird mit einer Phasenregelschleife (PLL) gemessen. PLL-Schaltungen wurden in früheren Arbeiten entwickelt, aber sie zeigten Mängel in Bezug auf Geschwindigkeit, Genauigkeit und Flexibilität. Deshalb wird in dieser Arbeit ein neuer Ansatz vorfolgt, die Peripheriegeräte auf mehrere kleine Platinen, sie sind Lock-in-Verstärker, Signalgenerator und so weiter, zu verteilen. Jeder Platinen werden einzeln entwickelt, aufgebaut und bewertet und schließlich in einem neuen modularen Messsystem verbunden. Daher wird in diesem Arbeit ein Lock-in-Verstärker für dieses Messsystem entwickelt. Es soll nach der I&Q-Methode funktionieren, um sowohl die Amplitude und Phase zweier Signale zu messen. Die beiden bei diesem Verfahren benötigten Referenzsignale sollten vom  Signalgenerator des Messsystems erzeugt werden.
Um dieses Ziel der Arbeit zu erreichen, wird zunächst ein geeigneter Mischer, beispielsweise eine Gilbertzelle, ausgewählt werden. Danach ist es notwendig, eine Schaltung zu entwickeln, um die I&Q-Komponente des Eingangssignals zu erzeugen. Diese Schaltung wird Lock-In-Verstärker genannt. Dann wird der Lock-In-Verstärker getestet und charakterisiert. Anschließend wird der Lock-In-Verstärker mit dem neuen Messsystems verwendet, um den Frequenzgang von Cantilever-Sensoren für die Oberflächenmessung einschließlich seiner höheren Moden genauer und flexibeler zu messen.