Das Raumschiff unter den Umsetzern Forschungsprojekt der TU Braunschweig zu Digital-Analog-Umsetzern ermöglicht Grenzverschiebung

Damit aus einer Audiodatei ein Hörgenuss entsteht, muss ein Digital-Analog-Umsetzer (DAC) die digitalen MP3-Informationen in eine analoge Tonspur umwandeln. Ein leistungsfähiger DAC kommt bei den dafür nötigen 44.100 Abtastvorgängen pro Sekunde nicht mal ansatzweise ins Schwitzen. Sobald es aber um etwas wie den zukünftigen 6G-Mobilfunk geht, kommen selbst die besten DACs an ihr Limit von einigen Milliarden Abtastvorgängen (Gigasample/Sekunde). Die Professoren Vadim Issakov und Thomas Schneider der Technischen Universität Braunschweig wollen bis 2028 die bisherigen Regeln für Digital-Analog-Umsetzer auf den Kopf stellen. Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) verfolgen sie eine Idee, die aus mittelmäßigen DACs wahre Allzwecktalente schaffen könnte.

Für die neuen Umsetzer bringt das Forschungsteam Expertise aus Hochfrequenztechnik und Chipdesign zusammen. Bildnachweis: Kristina Rottig/TU Braunschweig

Das Kernstück des DFG-Projekts „HighDAC“ liegt im Stichwort „orthogonales Sampling“. Die Forschenden der Thz-Photonics Group und des Instituts für CMOS-Design wollen ähnlich wie Legosteine eine ganze Reihe Digital-Analog-Umsetzer orthogonal nebeneinandersetzen und ihre Fähigkeiten addieren. „Mit dem Ansatz haben wir das Potenzial, das klassische, physikalische Limit bei DACs einfach zu ignorieren und sogar die 100 Gigahertz-Grenze zu knacken. Dafür setzen wir das breite Spektrum wie ein Puzzle aus vielen kleinen Bandbreiten zusammen. Vereinfacht gesagt, machen wir aus drei Fiat einen Ferrari und aus 300 Fiats ein interstellares Raumschiff“, sagt Professor Thomas Schneider.

Die Machbarkeit des Ansatzes veröffentlichte die Arbeitsgruppe von Professor Thomas Schneider in der Fachzeitschrift „IEEE Open Journal of the Communications Society“. Zusammen mit der Chip-Design-Expertise des Teams von Vadim Issakov soll im Projekt „HighDAC“ der erfolgreich simulierte Ansatz in die Praxis umgesetzt werden. „Gemeinsam testen wir in den drei Jahren des Projekts die Chancen und Grenzen des orthogonalen Samplings. Dafür braucht es jetzt ein passendes Chip-Design, um die Bausteine auf kleinstem Raum zusammenzubringen“, sagt Professor Vadim Issakov.

Grenzverschiebung für Radare, Sensoren und Kommunikation

Am Ende des Projekts könnte nicht nur der mit Abstand schnellste DAC der Welt stehen. Das Konzept könnte sogar in noch größere Bandbreiten skaliert werden und hat bereits jetzt große Synergieeffekte auf weitere Forschungsprojekte an der TU Braunschweig. Die Super-DACs könnten beispielsweise die Geschwindigkeit der mobilen Datenübertragung für den kommenden neuen Mobilfunkstandard, der im Projekt „6G-RIC“ untersucht wird, drastisch erhöhen. Ebenfalls profitieren Radare, wie sie Vadim Issakov mit seinem Team im Projekt „Tiempo“ entwickelt. Der bandbreitenstarken DAC ermöglicht dann Radarsensoren mit nie dagewesener Auflösung, wie einem hochauflösendem dreidimensionalem Radarbild in Echtzeit.

Für die neuen Umsetzer ist ein starkes Forschungsteam gefragt: (v.l.) Dr. Janosch Meier, Prof. Thomas Schneider, Melikhan Bekir, Deepanshu Yadav, Prof. Vadim Issakov und Younus Mandalawi. Bildnachweis: Kristina Rottig/TU Braunschweig

Über das Projekt

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert „HighDAC“ (High-Bandwith and High-Samplin Rate Orthogonal Sampling-Based DAC using Low-Bandwith Electronics) mit rund 740.000 Euro. Das gemeinsame Projekt von Professor Thomas Schneider und Professor Vadim Issakov läuft über drei Jahre von Januar 2025 bis Dezember 2027.