Technische Universität
Dresden |
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Beachten Sie bitte auch die aktuellen Angebote vor dem Raum BAR II/26 oder fragen Sie die Arbeitsgruppenleiter nach möglichen Themen!
Elektronik- bzw. Sensor-Entwurf In Zusammenarbeit mit der Dresdner Firma InfraTec GmbH wird folgendes Thema angeboten: Entwicklung einer Testplattform für einen integrierten Schaltkreis (ASIC) in pyroelektrischen IR-Sensoren: Der ASIC kann sehr flexibel konfiguriert werden und ist somit unter verschiedenen Betriebsbedingungen einsetzbar. Für die umfassende Charakterisierung des ASIC wird eine flexible Testplattform benötigt. Als Ausgangspunkt kann eine bestehendes Evaluation-Kit mit begrenztem Funktionsumfang genutzt und entsprechend weiterentwickelt werden. Teilaufgaben:
Thermischer Entwurf für optische integrierte Schaltkreise (OICs) auf Siliziumbasis Zahlreiche Anwendungen im
Hochfrequenzbereich (z.B. in der Telekommunikation) lassen sich günstig
optisch realisieren. Um Kosten zu senken und eine höhere
Integrationsdichte zu erreichen, entstehen die optischen Systeme immer
häufiger in Form integrierter Schaltkreise, teilweise in
Silizium-Chips. Silizium hat jedoch den Nachteil einer starken
Temperaturabhängigkeit der optischen Eigenschaften. Deshalb ist dabei
der thermische Entwurf von herausragender Bedeutung.
Zuverlässigkeitsmodellierung elektronischer Baugruppen Elektronische Baugruppen bestehen trotz fortschreitender Funktionsintegration aus einer Vielzahl von Komponenten, die unter gleichen Umgebungsbedingungen stark unterschiedliche Ausfallverhalten und -wahrscheinlichkeiten aufweisen. Um in frühen Entwurfsphasen Aussagen zur Zuverlässigkeit zu generieren und rechtzeitig Entscheidungen zur Verbesserung der Lebensdauer treffen zu können, ist die geeignete Modellierung von Ausfällen notwendig. Entsprechende Modelle für Einzelkomponenten sollen zusammengetragen und zu einem Modell zur Berechnung der Ausfallverteilung eines Systems verknüpft werden.
Modellierung von Prozessen bei der Elektromigration Elektromigration ist ein bedeutender Schadensprozess in den Leiterbahnen integrierter Schaltkreise. Simulationen von Stromdichten und mechanischen Beanspruchungen, die diesen Prozess beeinflussen, z.B. mit der Finiten-Elemente-Methode, sind Stand der Technik beim Entwurf hochintegrierter Schaltkreise. Zum besseren Verständnis der Vorgänge und weiterer Beeinflussungsmöglichkeiten zur Vermeidung von Schäden durch Elektromigration sind jedoch die stattfindenden Prozesse selbst zu modellieren. Dazu sollen effiziente Simulationsmethoden gefunden und implementiert werden.
Untersuchung des Einflusses von Elektro-, Thermo- und Stressmigration Durch die fortschreitende Strukturverkleinerung in der Mikroelektronik (14nm, 10nm, 7nm, ..., usw.) treten vermehrt Chipfehler auf. Ursache dafür sind oft ausgefallene Leiterbahnen aufgrund von Materialtransport. Der Materialtransport kann durch zu hohe Ströme, Temperaturen oder Stress verursacht sein. Ziel dieser Arbeit ist es zu untersuchen, welchen Einfluss Elektro-, Thermo- und Stressmigration in verschiedenen Einsatzgebieten haben. Dazu steht eine Simulationsumgebung am Institut zur Verfügung.
Musterbasierte Wegsuche in Graphen
Ein wichtiger Schritt beim Layoutentwurf digitaler integrierter Schaltungen
(ICs) ist die Verdrahtung der zuvor platzierten Gatter. Dabei werden die zur
Verfügung stehenden Verdrahtungsressourcen (also Tracks und Vias) in einen
Graphen abgebildet, der aus Knoten und Kanten besteht. Mit Hilfe von
Wegsuche-Algorithmen, wie z. B. dem Dijkstra-Algorithmus, können dann
kürzeste Wege in diesem Graphen gesucht werden, um die Netze nacheinander zu
verdrahten.
Berücksichtigung des Antenneneffekts beim Design-Rule-Check mit KLayout
Der Layoutentwurf integrierter Schaltungen (ICs) überführt eine Netzliste in
geometrische Maskendaten – die Grundlage zur Herstellung der Chips in einer
Halbleiterfabrik. Eine wichtige Teilaufgabe ist dabei die Verifikation der
Entwurfsdaten, z. B. im Rahmen des DRC (engl. design rule check) bei dem die
Einhaltung der Entwurfsregeln überprüft wird. In diesem Schritt kommen
typischerweise kommerzielle Werkzeuge mit großem Funktionsumfang (und hohen
Lizenzkosten) zum Einsatz.
Ohne automatisierte Methoden wäre der Layoutentwurf hochkomplexer elektronischer Schaltkreise nicht möglich. Neue Herstellungstechnologien bringen jedoch immer mehr Randbedingungen mit sich, welche beim Bewerten einzelner Lösungsvarianten zu beachten sind. Dadurch steigt der Rechenaufwand innerhalb der Optimierungsalgorithmen drastisch an. Neben dem aufwendigen manuellen Erstellen reduzierter (und damit ausreichend schneller) Kostenmodelle, bieten statistische Lernverfahren die Möglichkeit kostenaufwendige Bewertungen zu "erlernen" und deren Berechnung damit wesentlich zu beschleunigen. Die Arbeit soll untersuchen, inwieweit entsprechende Ansätze in der Entwurfsautomatisierung bereits Anwendung finden. Weiterhin ist ein maschinelles Lernverfahren beispielhaft auf ein ausgewähltes Entwurfsproblem (z.B. Floorplanning) anzuwenden und einem etablierten Ansatz gegenüberzustellen.
Optimierung von Package-Layouts für den Mikro-Transferdruck Moderne Anwendungsfelder wie das Internet der Dinge oder autonomes Fahren treiben die wachsende Integration unterschiedlicher Komponenten in kompakte elektronische Baugruppen immer weiter voran. Die enge Integration von Sensoren, Aktoren, analogen und digitalen Schaltkreisen benötigt geeignete Fertigungstechnologien. Eine solche neue Fertigungstechnologie ist das Micro-Transfer-Printing (µTP). µTP ermöglicht die kostengünstige Herstellung heterogener Packages (z.B. Hall-Sensor auf CMOS-Schaltkreis). Neben vielen Vorteilen stellt das µTP den Layoutentwurf jedoch vor neue Herausforderungen. So müssen beispielsweise die Layouts der Einzelbestandteile aufeinander abgestimmt sein, aber auch die Randbedingungen der Fertigungstechnologie sind zu berücksichtigen. Die Aufgabe ist die Entwicklung bzw. Implementierung von Algorithmen zum fertigungsoptimierten Layoutentwurf.
FEM-Simulation von HF-Wellenleitern mit freier Software
Um die Zuverlässigkeit und Störungssicherheit hochfrequenter Baugruppen zu beurteilen, können diese vor der Herstellung simuliert werden.
Stand der Technik ist dabei unter anderem die Simulation per FEM (Finite-Elemente-Methode).
Dabei werden die Geometrien in ein Programm importiert und vernetzt, sodass sich ein aus vielen kleinen Teilvolumen bestehendes Modell ergibt.
Im Anschluss kann dieses Modell für gegebene Randbedingungen simuliert und die Ergebnisse berechnet und dargestellt werden.
Modellierung und Transformation von flexiblen Leiterplatten im dreidimensionalen Raum
Flexible Leiterplatten ermöglichen die Fertigung sehr kompakter Baugruppen und sind damit aus der heutigen Baugruppenentwicklung nicht mehr wegzudenken.
Ein Problem ist allerdings die vorherige Simulation, vor allem im Hinblick auf die dreidimensionale Formgebung (Verbiegung) und die als Folge auftretenden Schädigungen an der Leiterplatte.
Damit die Leiterplatten im verformten Zustand simuliert werden können, ist vorher eine entsprechende Modellierung und Berechnung der Verformung nötig.
Ziel der Aufgabe ist daher eine Recherche von Darstellungsmöglichkeiten (z.B. mittels NURBS) sowie die anschließende Transformation von flexiblen Leiterplatten und darauf befindlicher Leiterzüge.
Gegeben sind dabei Biegelinien und -radien, anhand derer die Leiterplatten in eine gewünschte Form gebogen werden sollen.
Die so gebogene Geometrie soll im Anschluss für eine Simulation der Leiterplatte im Hinblick auf Biegebeanspruchung beim Verformen herangezogen werden.
Moderne Kraftfahrzeuge bieten eine Vielzahl an Komfort- und Sicherheitsfunktionen, deren Anzahl und Umfang durch Einführung des autonomen Fahrens noch weiter steigen wird.
Die verschiedenen Komponenten, wie beispielsweise Kamera- und Radarsysteme zur Umfeldbeobachtung, erzeugen große Datenmengen, die zuverlässig zur Verarbeitung weitergeleitet werden müssen.
Das Bordnetz verbindet die Komponenten mit den zugehörigen Steuer- bzw. Recheneinheiten und umfasst damit das gesamte Auto in Form eines Kabelbaums.
Implementierung eines energieautarken Umweltsensors für Gewächshäuser Drahtlose Sensornetzwerke gestatten das Einbinden von räumlich verteilten Sensoren in eine gemeinsame Kommunikationsinfrastruktur. Um niedrige Betriebskosten zu erzielen, ist der autarke Betrieb solcher Sensorknoten wünschenswert. In mehreren Vorarbeiten wurden am Institut Grundlagen für das stromsparende Messen von Umweltparametern (Lichtspektren, Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchte), der Ener-gieversorgung von Mikrocontrollern aus der Umwelt (Energy Harvesting, Laderegelung, Stromversorgung) und von Beispielapplikationen für das The Things Network (TTN) erarbeitet. In der Arbeit sollen diese Ergebnisse in einem kompakten selbstversorgenden Sensor-knoten zum Einsatz in Gewächshäusern zusammengefasst werden. Dazu ist ausgehend von Vorgängerarbeiten eine Schaltung zu entwickeln und praktisch umzusetzen. Weiterhin umfasst die Arbeit die Umsetzung des Umweltsensors als Gerät mit Berücksichtigung der spezifisch durch den Anwendungsfall geforderten Randbedingungen (Luftfeuchte, Temper-aturschwankungen, Energiebudget). Die Arbeit umfasst folgende Teilaufgaben:
Schaltungsentwurf, Erstellen des Platinenlayouts, Aufbau und Inbetriebnahme der Schaltung, Implementieren des Steuerprogrammes zum Auslesen der Sensordaten und deren Übertragung im TTN unter besonderer Beachtung eines niedrigen Stromverbrauchs, Gehäusekonstruktion mit Schwerpunkt auf dem Geräteaspekt, Charakterisieren und Dokumentation der erreichten Ergebnisse.
Entwicklung der Steuerung für ein Goniofotometer Goniofotometer dienen dem winkelaufgelösten Messen foto- oder radiometrischer Größen von Strahlungsquellen. Zu einem vorliegenden mechanischen Aufbau eines solchen Gerätes ist eine Elektronik zur Ansteuerung der motorischen und sensorischen Komponenten zu entwickeln und in Betrieb zu nehmen. Weiterhin ist eine Bedienoberfläche (z.B. Python+QT) zu entwickeln, mit der sich einfache Messungen durchführen lassen. Die Funktion ist abschließend messtechnisch zu charakterisieren und dokumentieren. Die Arbeit umfasst folgende Teilaufgaben:
Entwurf eines Verfahrens und Programmes zum Kalibrieren und Justieren von Spektrometermesswerten Spektrometer messen wellenlängenabhängige Energieverteilungen. Dazu kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz, bei denen zunächst weder Wellenlänge noch Intensität kalibriert, d.h. auf ein physikalisches Normal rückgeführt sind. Durch Kalibrieren und anschließendes Justieren wird der Messwert korrigiert, so dass im Anschluss eine spektroradiometrische Messung möglich ist. Am Institut besteht häufiger die Notwendigkeit, Spektrometer zu kalibrieren und justieren. Daher soll ein einheitliches Verfahren zur Korrektur von Spektrometermesswerten erarbeitet und in einem universellen Programm umgesetzt werden. Hierfür stehen Spektrometer und Referenzlichtquellen zur Verfügung. Das Programm sollte so beschaffen sein, dass es sich universell an typische Aufgabenstellungen anpassen lässt und die grafische Ausgabe des Spektrums ermöglicht. Die Arbeit umfasst folgende Teilaufgaben:
Entwicklung und Aufbau eines scannenden Nahinfrarotspektrometer Aus einem vorhandenen Monochromator soll ein scannendes Spektrometer für den visuellen- und nahinfraroten Bereich der Strahlung aufgebaut werden. Zur Dispersion der Strahlung dient hierbei ein Gitter, welches motorisch angesteuert werden muss. Weiterhin wird ein Detektor benötigt, der im Bereich des angestrebten Spektrums empfindlich ist und ausgewertet werden kann. Im Ergebnis soll ein Aufbau vorliegen, der im Labor in Verbindung mit einem PC das Messen von Spektren gewährleistet. Die Arbeit umfasst folgende Teilaufgaben:
Weiterentwicklung von Verfahren zur Indoor-Positionsbestimmung
Nicht erst seit der Verbreitung von Staubsaugerrobotern in privaten Haushalten besteht die Notwendigkeit zur akkuraten
Positionsbestimmung mobiler Einheiten in abgeschlossenen Räumen.
BAR II/34, Tel. 463 344 36
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Anwenden von ISO-Toleranzen in Polytop-basierten Simulationsverfahren Aufbau und Analyse von Kontaktgraphen in mechanischen Baugruppen Ableiten funktionsrelevanter Maße aus 3D-CAD-Modellen Simulation von Formtoleranzen auf Basis der Finite-Elemente-Methode Übertragen und Analysieren von ISO-GPS-Toleranzen mittels STEP-Daten
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Christoph Steinmann
Elektrodynamischer Kurzhubantrieb Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Thomas Bödrich
Dipl.-Ing. Johannes Ziske
Energy Harvesting für ein Biopatch zur Überwachung des menschlichen
Stoffwechsels
In
Zusammenarbeit mit dem Institut für Angewandte Physik der TU Dresden und dem
Industriepartner diafyt Medtech wird ein Biopatch zur Überwachung des
Stoffwechsels von Diabetikern entwickelt. Als Sensoren werden organische
elektrochemische Transistoren (OECT) verwendet. Diese sollen zusammen mit der
Elektronik auf eine biokompatible Folie gedruckt werden. Das Ziel dieser
Arbeit ist, ein Energieversorgungskonzept basierend auf Energy Harvesting für
ein gedrucktes Biopatch zu entwickeln. Dazu soll über eine NFC-Schnittstelle
bei der Datenübertragung Energie eingekoppelt und in einem gedruckten
Akkumulator gespeichert werden. Zur Datenverarbeitung wird der Ultra Low Power
Mikrocontroller RF430FRL152H verwendet.
Zertifizierung von Medizinprodukten für Raumfahrtanwendungen
Für das optimale Wohlbefinden der Astronauten werden auf künftigen
Raumfahrtmissionen neuartige medizintechnische Geräte und KI Software
benötigt. Daher soll in Zusammenarbeit mit dem DLR (Deutsches Zentrum für Luft
und Raumfahrt) die Entwicklung elektronischer Medizinprodukte vorbereitet
werden. Im Rahmen der Arbeit sind die Anforderungen und die Prozesse zur
Zertifizierung von Medizinprodukten für Raumfahrtanwendungen zu recherchieren.
Dies soll beispielhaft für minimal-invasive Sensoren zur Überwachung des
Stoffwechsels der Astronauten erfolgen. Anschliessend soll dann zusammen mit
dem DLR und dem Institut für Angewandte Physik der TU Dresden ein gedrucktes
Biopatch zur Messung der Glukose und Harnsäure entwickelt bzw. optimiert
werden.
Weitere Informationen sind beim Ansprechpartner erhältich.
Konstruktion einer manuellen Injektionsvorrichtung für einen
gedruckten Glukosesensor
In
Zusammenarbeit mit dem Institut für Angewandte Physik der TU Dresden und dem
Industriepartner diafyt Medtech wird ein Biopatch zur Messung von
Bioindikatoren, z.B. Glukose, für die Diabetestherapie entwickelt. Als
Sensoren werden organische elektrochemische Transistoren (OECT) verwendet.
Diese sollen zusammen mit der Elektronik auf eine biokompatiblen Folie
gedruckt werden.
Biopatch zur Glukosemessung mit einem organischen, elektrochemischen Transistor
(OECT)
Das IFTE und
das Institut für Angewandte Physik der TU Dresden entwickeln in Zusammenarbeit
mit diafyt MedTech einen neuartigen Sensor zur Messung von Glukose im
menschlichen Stoffwechsel und zur Behandlung von Diabetes. Für das
Sensorelement wird ein druckbarer organischer elektrochemischer Transistor
(OECT) verwendet. Eine Messschaltung soll den OECT optimal betreiben und Werte
an den Ultra Low Power Mikrocontroller RF430FRL152H übergeben.
Folgende
Teilaufgaben sind zu lösen: Ansprechpartner: Dr.-Ing.
René Richter
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Letzte Änderung: 13.3.2024 |