
\chapter{Einleitung}

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Die Analyse von Gasgemischen findet in vielen Bereichen der Industrie- und Medizintechnik Anwendung. Mitunter geht es um medizinisch wichtige Daten wie die Überwachung des Metabolismus eines Patienten, oder um sicherheitsrelevante Messungen wie die Überprüfung einer Stoffprobe auf explosive Stoffe.
Von Vorteil sind hierbei sowohl schnelle als auch sensitive Messungen, um Zuverlässig auf gegebene Zustandsänderungen reagieren zu können.\\
Eine der Methoden dieser Analyse bietet das Ionenmobilitätsspektrometer (im Folgenden hier IMS) an. Das IMS nutzt die variablen Ionisierbarkeiten und Mobilitäten von Molekülen in einem Gas aus um diese zu trennen und zu vermessen. Durch diese Funktionsweise können Messungen innerhalb weniger Minuten bis Sekunden durchgeführt werden, wobei Stoffkonzentrationen von \todo[inline]{Add concentration here} festgestellt werden können.

Ein zentraler Bestandteil des Aufbaus eines IMS ist nun der Transimpedanzverstärker (im Folgenden hier TIV). Dieses Element befasst sich mit der Umwandlung der zu messenden Ionen in ein Spannungssignal, welche von der Ausleseleketronik verarbeitet werden können. Somit bestimmt die Qualität und Sensitivität des TIV maßgeblich die Datenerfassung des IMS insgesamt.
Von relevanz sind hier verschiedene Parameter wie z.B. Bandbreite, Rauschverhalten und Verstärkung, welche auf den jeweiligen Anwendungsbereich des IMS angepasst werden müssen.

In dieser Arbeit wird die Auslegung und Erstellung eines kompakten, sensitiven TIVs dargestellt, welcher auf die IMS-Geräte des Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Messtechnik (GEM) an der Leibniz Universität Hannover angepasst ist.
Der TIV wird auf zwei verschiedene IMS-Systeme mit unterschiedlichen Anforderungen angepasst.\\
In Kapitel 2 wird die Funktionsweise eines IMS nähergehend erklärt. Hierbei werden die jeweiligen Größen- und Zeitskalen, für die der TIV ausgelegt werden soll, erläutert, und die Aufgabe des TIV im Bezug auf das Gesamtsystem wird genauer erklärt. Zudem werden notwendige Grundlagen vermittelt.\\
In Kapitel 3 wird ein Modell des TIVs erstellt. Zuerst werden die Zielparameter beschrieben, welche vom TIV gewünscht sind.
Neben der Erläuterung der Funktionsweise eines TIVs werden die verschiedenen parasitären Effekte genauer charakterisiert, welche die Schaltung beeinträchtigen, und es wird auf Möglichkeiten eingegangen um diesen Effekten entgegen zu wirken. Hiernach wird eine reale Schaltung ausgelegt, und mithilfe von Simulationen charakterisiert.\\
In Kapitel 4 wird ein Prototyp der TIV-Schaltung erbaut und vermessen. Es werden hierbei vergleiche mit den erstellten Simulationen gezogen, und es wird auf Diskrepanzen zu diesen eingegangen. Abschließend werden Messungen an einem realen IMS-System ausgeführt, um die Funktionstüchtigkeit des erbauten TIV zu bestätigen.\\
Kapitel 5 befasst sich mit der Erstellung einer vollintegrierten Schaltung auf Basis des erstellten TIV, welcher die gesamte Analogkette der IMS-Messung beinhaltet. \todo{Did this happen?}\\
Abschließend beschreibt Kapitel 6 einen Ausblick auf zukünftige Anwendungsgebiete des erstellten TIV, und fasst die erstellten Messungen zusammen.