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Institut für Feinwerktechnik und
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Themen für DiplomarbeitenEnglish version

 

Beachten Sie bitte auch die aktuellen Angebote vor dem Raum BAR II/26 oder fragen Sie die Arbeitsgruppenleiter nach möglichen Themen!

 

 


Arbeitsgruppe Entwurfsautomatisierung
 

 

Elektronik- bzw. Sensor-Entwurf

In Zusammenarbeit mit der Dresdner Firma InfraTec GmbH werden folgende Themen (1) bis (2) angeboten.

(1) Konstruktion und Aufbau von Demonstratoren für Fabry-Pérot-(FP)-Mikrospektrometer: Es soll ein Messdemonstrator für die Analyse von Flüssigkeiten mittels abgeschwächter Totalreflexion (ATR) erstellt werden. Teilaufgaben:

  • Auswahl der Komponenten und Auslegung der optischen Anordnung mit Ankopplung der Strahlungsquelle und Detektoren an den ATR-Kristall.

  • Kombination zweier FP-Detektoren z.B. mittels Strahlteilung zur Erweiterung des erfassbaren Spektralbereichs

  • Anpassung der vorhanden Software, Aufbau, Inbetriebnahme und Test

(2) Charakterisierung eines integrierten Schaltkreises (ASIC) für pyroelektrische Detektoren: Der neue konfigurierbare ASIC bietet den Vorteil, flexibel per Software für verschiedenste Anwendungsfälle, z.B. bei der Gasanalyse, genutzt werden zu können, ohne diskrete Bauelemente anzupassen. Es ist ein Testsystem aufzubauen, um den ASIC im Detektor vollständig zu charakterisieren. Teilaufgaben:

  • Anpassung bestehender Hard- und Software zur Ansteuerung des ASIC,

  • Aufbau, Inbetriebnahme und Test des Messsystems,

  • Evaluation der elektrischen Parameter inkl. der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) des ASIC.

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. habil. Jens Lienig
BAR II/20D, Tel. 463 34742
Jens.Lienigtu-dresden.de

 

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.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Matthias Thiele
BAR II/32, Tel.
463 36263
Matthias.Thieletu-dresden.de

 

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.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Matthias Thiele
BAR II/32, Tel.
463 36263
Matthias.Thieletu-dresden.de

 

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.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Matthias Thiele
BAR II/32, Tel.
463 36263
Matthias.Thieletu-dresden.de

 

Finite-Elemente-Rechnung für Elektromigrationsuntersuchungen

Die Vorhersage der Lebensdauer von Leitbahnen, welche durch Elektromigration begrenzt ist, ist eine wichtige Voraussetzung für den Entwurf moderner integrierter Schaltkreise. Da für diese Vorhersage wichtige Parameter nicht exakt gemessen werden können, sind Simulationen erforderlich. Ziel der Arbeit ist es, mit Hilfe von freien Software-Paketen eine Methodik zur Berechnung Elektromigrations-relevanter Parameter zu entwickeln.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Matthias Thiele
BAR II/32, Tel.
463 36263
Matthias.Thieletu-dresden.de

 

Schnittstellennutzung bei kommerziellen Verdrahtungswerkzeugen

Kommerzielle Verdrahter sind leistungsstarke Werkzeuge für den Entwurf integrierter Schaltkreise. Sie verlegen ausgehend von einer Platzierung und der Netzliste alle Leiterbahnen im Layout. Dabei beachten sie Randbedingungen (z. B. Design Rules) und Optimierungsziele (z. B. Minimierung der Leiterbahnlänge). Über die Eingabe zusätzlicher Randbedingungen und Optimierungskriterien kann der Verdrahtungsprozess gesteuert werden.

Um ein elektromigrationsrobustes Verdrahtungsergebnis zu erzielen, sollen nun geeignete Schnittstellen zur Steuerung gängiger kommerzieller Verdrahter ermittelt werden. Ziel ist es, den Verdrahter auf elektromigrationsrobuste Leitergeometrien zu begrenzen. Dazu sind entsprechende Randbedingungen zu ermitteln, in einer für den Verdrahter verarbeitbaren Form darzustellen und auf den Verdrahtungsprozess anzuwenden.

 

Ansprechpartnerin:

Dipl.-Ing. Susann Rothe
BAR II/30, Tel.
463 35417
Susann.Rothemailbox.tu-dresden.de

 

Entwicklung von Teststrukturen zur Untersuchung der Elektromigration auf Leiterplatten

Elektromigration (EM) ist ein Zuverlässigkeitsproblem, welches sowohl in mikroelektronischen Schaltkreisen als auch auf Leiterplatten auftritt. Die Einflussfaktoren unterscheiden sich dabei maßgeblich. Im Rahmen dieser Arbeit ist die EM auf Leiterplatten zu untersuchen. Dazu sollen zunächst bestehende Modelle und Entwurfsrichtlinien zur EM-Vermeidung recherchiert und mit den am IFTE vorhandenen Ergebnissen zur EM in integrierten Schaltkreisen verglichen werden. Darauf aufbauend sind Teststrukturen auf einer Leiterplatte zu entwerfen, herzustellen und experimentell zu untersuchen. Dazu steht ein Versuchsstand am IFTE zur Verfügung.

 

Ansprechpartnerin:

Dipl.-Ing. Susann Rothe
BAR II/30, Tel.
463 35417
Susann.Rothemailbox.tu-dresden.de

 

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.
Es gibt jedoch Anwendungen, bei denen die Verdrahtung mittels kürzester Wege nicht wünschenswert ist. Ein Beispiel ist die elektromigrationsrobuste Verdrahtung, bei der kritische Netze nur mittels vorgegebener Strukturen verdrahtet werden sollen, die vorher durch Simulation als robust eingestuft wurden.
In dieser Arbeit soll zunächst der Stand der Technik bei Wegsuche-Algorithmen recherchiert werden. Insbesondere vergleichbar angepasste Algorithmen sind hier von Interesse. Danach soll der Dijkstra-Algorithmus zur Wegsuche in Graphen so erweitert werden, dass nur Strukturen bzw. Teilgraphen aus einer vorgegebenen Liste verwendet werden.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Andreas Krinke
BAR II/27, Tel.
463 34705
Andreas.Krinketu-dresden.de

 

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.
Für kleinere Entwurfsaufgaben oder Vorentwürfe ist es wünschenswert, frei verfügbare Werkzeuge einsetzen zu können. Ein solches Werkzeug ist KLayout, welches rudimentäre Unterstützung für den DRC besitzt und erweitert werden kann. Die konkreten Entwurfsregeln müssen dabei als Skript hinterlegt werden, das von KLayout ausgeführt wird.
Am Institut wurde dafür das Python-Framework Babylon entwickelt, das einen großen Teil der DRC-Regeln kommerzieller Technologien in ein äquivalentes DRC-Skript für KLayout übersetzen kann. Bisher fehlt jedoch die Unterstützung von Entwurfsregeln zur Vermeidung des Antenneneffekts (engl. antenna effect), bei dem MOSFETs während der Herstellung geschädigt werden können.
In dieser Arbeit sollen zunächst der Antenneneffekt und Möglichkeiten zu seiner Vermeidung recherchiert werden. Danach soll Babylon um die Unterstützung der zugehörigen Entwurfsregeln einer kommerziellen Technologie erweitert werden.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Andreas Krinke
BAR II/27, Tel.
463 34705
Andreas.Krinketu-dresden.de


Maschinelle Lernverfahren in der Entwurfsautomatisierung

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.

  • Recherche über maschinelle Lernverfahren in der Entwurfsautomatisierung

  • Erarbeiten eines geeigneten Beispielproblems (z.B. Platzierung, Kostenbewertung)

  • Lösung des Beispielproblems mithilfe eines maschinellen Lernverfahrens

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Robert Fischbach
BAR II/30, Tel.
463 35208
Robert.Fischbachtu-dresden.de

 

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.

  • Einarbeitung in die Fertigungstechnologie

  • Beispielhafter Entwurf eines integrierten Sensors

  • Recherche von (fertigungsorientierten) Co-Design Algorithmen

  • Entwicklung eines auf µTP zugeschnittenen algorithmischen Ansatzes

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Robert Fischbach
BAR II/30, Tel.
463 35208
Robert.Fischbachtu-dresden.de


Modellierung der Formveränderung beim Einbau flexibler Elektronik

Flexible Elektronik ermöglicht den Aufbau moderner kompakter Geräte, wie etwa Smartwatches. Der Entwurf der dafür nötigen flexiblen Trägersubstrate geht über die notwendigen Schritte beim Leiterplattendesign hinaus. Auch wenn das eigentliche Layout meist flach gestaltet wird, so müssen beispielsweise spätere Biegeradien von vornherein beachtet werden. Aufgebrachte Komponenten dürfen durch die später auftretende Verformung beim Einbau nicht kollidieren.
Im Rahmen dieser Arbeit ist ein Konzept zur Berücksichtigung und Vorhersage des Formverhaltens flexibler Elektronik zu entwickeln. Eine Möglichkeit wäre etwa die Definition von Biegelinien und Biegeradien auf dem flachen Layout. Das erarbeitete Konzept soll anschließend prototypisch in KiCad (a free PCB layout software) umgesetzt werden. Programmierkenntnisse sind für diese Aufgabe von Vorteil. Im besten Fall sollten Erfahrungen mit Python und/oder C++ vorhanden sein, da diese für die Entwicklung von Skripten bzw. Plugins in KiCad eingesetzt werden.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Robert Fischbach
BAR II/30, Tel.
463 35208
Robert.Fischbachtu-dresden.de

 

 

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.
Auf dem Markt erhältliche Software, wie z.B. Ansys HFSS oder Maxwell, unterliegt meist einer kommerziellen Lizenz, die zu erhöhten Kosten führt und eine Integration in eigene Umgebungen schwierig gestaltet. Ziel der Arbeit ist es daher, einen Workflow zu entwickeln, der komplett auf freier Software basiert. Dazu ist ein Überblick über Open Source-Software zu erarbeiten, die für eine HF-Analyse beliebiger Geometrien geeignet ist. Danach sind diese Simulationswerkzeuge auf ihre Eignung zu testen. Abhand der Ergebnisse ist ein Vorgehen für die Verwendung im konkreten Anwendungsfall zu entwickeln.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Nico Arnold
BAR II/30, Tel.
463 3 54 17
Nico.Arnoldtu-dresden.de

 

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.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Nico Arnold
BAR II/30, Tel.
463 3 54 17
Nico.Arnoldtu-dresden.de

 


Arbeitsgruppe Entwurf elektronischer Systeme
 

Hardware- und Softwareentwurf für einen Spektralsensor

Preiswerte Spektralsensoren werden häufig über eine Kombination aus Fotodioden und Farbfiltern realisiert. Die Anzahl an spektralen Einzelkanälen ist dabei gering. Durch nachträgliche Berechnungen werden aus diesen Daten Kenngrößen wie Farbort, korrelierte Farbtemperatur CCT oder Lichtspektren ermittelt.

Für einen neu verfügbaren Spektralsensor soll in der Arbeit eine kompakte Baugruppe zum Messen der Größen Farbort, CCT und Spektrum aufgebaut werden. Der Schwerpunkt liegt dabei zum einen auf dem Entwurf der Sensorhardware, zum anderen auf dem Entwickeln und programmtechnischen Umsetzen geeigneter Verfahren zum Bestimmen der Kenngrößen.

Die Arbeit umfasst die Teilaufgaben:

  • Schaltungsentwurf, Layout, Fertigung und Inbetriebnahme der Sensorelektronik,

  • Recherche möglicher Implementierungsvarianten zum Bestimmen der Kenngrößen Farbort, CCT und Spektrum (z.B. Bestimmen der Berechnungsmatrizen mittels numerischer Optimierung oder Training und Berechnung mittels neuronaler Netzwerke),

  • Bewertung und Auswahl eines Verfahrens,

  • softwaretechnische Umsetzung auf dem verwendeten Mikrocontroller,

  • Charakterisieren und Dokumentieren der Ergebnisse.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

Weiterentwicklung der Hardware und der Regelung eines linearen Servoantriebes für FDM-Drucker

Konventionelle 3D-Drucker (Fused Deposition Modelling-Drucker, FDM-Drucker) werden üblicherweise von Schrittmotoren im gesteuerten Mikroschrittbetrieb angetrieben. Der Abtrieb erfolgt über eine Kombination aus Zahnscheiben und Zahnriemen. Infolge von Reaktions- und Schleppkräften weicht die Istposition des Druckkopfes von der Sollposition ab.

Um die Positioniergenauigkeit zu verbessern, wurde in einer vorangegangenen Arbeit ein solcher Antrieb und dessen Ansteuerelektronik entworfen und aufgebaut. Im Ergebnis wurden Optimierungsmöglichkeiten abgeleitet, die in dieser Arbeit untersucht werden sollen. Zum einen hat sich gezeigt, dass eine andere Art der Motoransteuerung besser für einen solchen Positionierantrieb geeignet ist. Zum anderen ist das Positions-regelungsverfahren nur für geringe Geschwindigkeiten geeignet. Durch das Implementieren eines modellbasierten Regelverfahrens ist hier eine Verbesserung des Regelverhaltens zu erwarten.

Die Arbeit umfasst folgende Teilaufgaben:

  • Einarbeiten in den vorhandenen Arbeitsstand,

  • Schaltungsentwurf (Vollbrücken-IC als Treiber an Stelle eines Mikroschritttreibers),

  • Aufbau und Inbetriebnahme der Ansteuerelektronik,

  • Analyse der Regelungsaufgabe,

  • Recherche und Bewertung geeigneter Regelungsverfahren,

  • Implementieren des Regelungsalgorithmus,

  • Charakterisierung und Dokumentation der Ergebnisse.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

Implementierung eines energieautarken Umweltsensors für das The Things Network

Drahtlose Sensornetzwerke gestatten das Einbinden von räumlich verteilten Sensoren in eine gemeinsame Kommunikationsinfrastruktur. Um niedrige Betriebskosten zu erzielen, ist außerdem der autarke Betrieb solcher Sensorknoten wünschenswert.

In mehreren Vorarbeiten wurden am Institut Grundlagen für das stromsparende Messen von Umweltparametern (Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchte, Lichtkenngrößen), der Energieversorgung 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 Sensorknoten für das TTN zusammengefasst werden. Dazu sind geringfügige Anpassungen an der Schaltung vorzunehmen sowie ein Mikrocontrollerprogramm zum Auslesen der Sensordaten und der Weitergabe an das Funknetzwerk zu erstellen. Die Herausforderung liegt dabei in der stromsparenden Implementierung, um mit dem vorhandenen Energiebudget auszukommen.

Die Arbeit umfasst folgende Teilaufgaben:

  • Einarbeiten in den Arbeitsstand,

  • Schaltungsentwurf (Einarbeiten kleinerer Verbesserungen, Anpassen an aktuelle Bauelemente),

  • Erstellen eines Layouts, Aufbau und Inbetriebnahme der Schaltung,

  • Implementieren des Steuerprogrammes zum Auslesen der Sensordaten und deren Übertragung im TTN unter besonderer Beachtung eines niedrigen Stromverbrauchs,

  • Charakterisieren und Dokumentation der erreichten Ergebnisse.

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

Entwicklung einer kompakten Motorsteuerung mit GaN-Endstufe

GaN-FET sind Bauelemente, die erst seit einigen Jahren kommerziell erhältlich sind und noch einer steten Verbesserung ihrer Eigenschaften unterliegen. Aktuelle Bauelemente weisen Spannungsfestigkeiten und Stromtragfähigkeiten auf, die den Einsatz in Motorsteuerungen erlauben. Durch die vorteilhaften Eigenschaften der Bauelemente (verlustarme Ansteuerung, niedriger Innenwiderstand, schnelle Schaltzeiten) können elektronische Schaltungen damit kompakter als bisher aufgebaut werden. Am Beispiel einer dreiphasigen Motorsteuerung soll eine solche Schaltung konstruiert und aufgebaut werden, um so Kenntnisse über das schaltungstechnische Verhalten zu erlangen.

Die Arbeit umfasst folgende Detailaufgaben:

  • Recherche zu möglichen Schaltungstopologien und Realisierungsvarianten,

  • Variantenbewertung und Auswahl einer Variante,

  • Spezifizieren der Schaltungsparameter (Ausgangsstrom, Spannung, Schaltfrequenz),

  • Schaltungsentwicklung, Bauelementerecherche, ggf. Simulation,

  • Erstellen eines Platinenlayouts,

  • Aufbau und Inbetriebnahme der Schaltung,

  • Charakterisieren der erreichten Parameter,

  • Dokumentation der Ergebnisse.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

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:

  • Einarbeiten in die Aufgabenstellung und vorhandene Messmittel,

  • Entwickeln eines Verfahrens zum Kalibrieren und Korrigieren der Messwerte,

  • Strukturieren in einzelne Programmmodule,

  • Implementieren in einem möglichst universellen Programm in einer geeigneten Programmiersprache (z.B. C, Python, QT),

  • Charakterisierung und Dokumentation der Ergebnisse.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

Entwicklung einer Stromquelle für hohe Ströme zum Einsatz in einem Mikroohmmeter

Zum Messen von sehr niedrigen Widerständen wird eine Gleichstromquelle benötigt, die einen Strom von mehr als fünfzig Ampere bei einer maximalen Compliance-Spannung unterhalb von einem Volt liefern kann. Gleichzeitig besteht die Forderung, die Quelle kompakt aufzubauen, um sie in einem transportablen Messgerät integrieren zu können.

Die Arbeit umfasst folgende Teilaufgaben:

  • Recherche zu möglichen Realisierungsvarianten,

  • Variantenbewertung und Auswahl einer Variante,

  • Schaltungsentwicklung, ggf. Simulation,

  • Erstellen des Platinenlayouts,

  • Aufbau und Inbetriebnahme der Schaltung,

  • Charakterisieren der erreichten Parameter,

  • Dokumentation der Ergebnisse.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de


Arbeitsgruppe Feinwerktechnische Konstruktionen und Systeme
 

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.
Während im Freien auf satellitengestützte Systeme wie GPS oder Galileo zurückgegriffen werden kann, so stehen deren Signale in geschlossenen Räumen oftmals nicht in hinreichender Qualität zur Verfügung. Weiterhin stellen Anwendungen im Indoor-Bereich häufig Anforderungen an die Genauigkeit der Positionsbestimmung, die von diesen System nicht mehr realisierbar sind. An dieser Stelle kommen dann Methoden zum Einsatz, die Signallaufzeiten lokaler Referenzquellen als Datengrundlage nutzen. Insbesondere Systeme auf Ultraschallbasis leiden hierbei jedoch unter einer Vielzahl an Störfaktoren, welche die theoretisch erreichbare Genauigkeit in der Praxis stark reduzieren.
In dieser Diplomarbeit sollen daher mögliche Fehlereinflüsse detailliert analysiert und im Anschluss systematisch Verbesserungen erarbeitet, implementiert und getestet werden. Ziel der Arbeit ist eine robustere sowie akkuratere Positionsbestimmung auf Basis von Ultraschallsignalen.
Es sind folgende Teilaufgaben zu lösen:

  • Recherche zum Stand der Technik im Bereich der Indoor-Positionsbestimmung
  • Durchführen von Versuchen am bestehenden Systems zur Quantifizierung von Fehlerquellen
  • Systematisches Erarbeiten und Simulieren verschiedener Optimierungsansätze
  • Umsetzen der vielversprechendsten Strategie in Form eines Versuchsstands
  • Vermessen und Evaluieren des verbesserten Aufbaus

 
Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Johannes Herold

BAR II/34, Tel. 463 344 36

johannes.herold2Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 


Entwurf eines Messaufbaus zur genauen Patientenpositionierung in neuartigen adaptiven Rollstuhlsitzen

Im Rahmen eines Forschungsprojektes in Kooperation mit einem Unternehmen aus dem Be-reich der Orthopädietechnik wird ein neuartiger Rollstuhlsitz für Kinder mit starken Körperdeformationen entwickelt. Durch dessen adaptive Sitzfläche kann der Patient individuell positioniert und somit seine Lebensqualität deutlich erhöht werden. Für eine ausreichend genaue Positionierung ist ein Regelkreis erforderlich. Im Rahmen der Diplomarbeit sollen auf einer Recherche aufbauend verschiedene Prinzipien für diese Positionsmessung erarbeitet und evaluiert werden. Unter Berücksichtigung gegebener Randbedingungen ist ein Versuchsstand aufzubauen, der die experimentelle Überprüfung der favorisierten Messmethode erlaubt. Neben der Charakterisierung des Messprinzips selbst ist mit diesem Versuchsstand auch die Regelbarkeit zu bewerten.

 
Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Richard Günther

BAR II/35, Tel. 463 363 29

richard.guentherBeschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 


Arbeitsgruppe Simulation und Optimierung
 

Computergestützte Toleranzsimulation mit PolitoCAT und Politopix

Für die Simulation und Optimierung von technischen Systemen müssen neben den Nennwerten auch die Toleranzen der beteiligten Parameter betrachtet werden. Bei konstruktiven Komponenten betrifft das neben deren Abmessungen auch Abweichungen der konkreten Form und Einbaulage. Die Analyse dieser Zusammenhänge ist mit herkömmlichen Handrechnungen kaum noch möglich. Deshalb ist das Interesse an computergestützten Modellierungsansätzen, sogenanntes Computer Aided Tolerancing (CAT), für solche 3D-Probleme groß.
Eine mögliche Lösung basiert auf dem Eingrenzen der Toleranzzonen durch Polytope. Dafür wurde das Open-Source-Tool „PolitoCAT“ entwickelt, das mit Hilfe des „Politopix“-Solvers umfangreiche Toleranzanalysen ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Einsatzmöglichkeiten und Grenzen dieses Ansatzes systematisch untersucht und bewertet werden.

Simulation von Formtoleranzen auf Basis der Finite-Elemente-Methode
Die Arbeit im CAD-System beginnt mit den Nennwertabmessungen von Bauteilen. Nachfolgend ergänzte Toleranzangaben mechanischer Konstruktionen basieren in der Praxis oft auf Erfahrungswissen oder Experimenten. Das Gebiet hat ein großes Potential für die Optimierung funktionaler und wirtschaftlicher Aspekte. Eine dafür noch notwendige Grundlage ist die Modellierung von fertigungsbedingten Formabweichungen. Die Methode der Finiten-Elemente (FEM) eignet sich grundsätzlich, um diese Änderungen abzubilden.
Ziel der Arbeit ist der Aufbau eines Modells, bei dem über parametrisierbare FE-Modelle systematische und zufällige Formabweichungen simulierbar sind. Die jeweiligen Auswirkungen auf die Funktion sollen leicht zu ermitteln sein, damit automatisiert eine große Anzahl Versuche durchlaufen werden kann.

Analyse des praktischen Einsatzes von Form- und Lagetoleranzen
Die Normen DIN EN ISO 1101 und DIN EN ISO 5459 beschreiben ausführlich den Umgang mit geometrischen Produktspezifikationen (GPS). In der ingenieurstechnischen Ausbildung stellen GPS aber oft nur ein Randthema dar. Entsprechend ist ihr Einsatz in der Praxis meist das Fachgebiet weniger Experten.
Im Rahmen dieser Arbeit soll die praktische Relevanz der betreffenden Normen systematisch untersucht werden. Anhand der Rechercheergebnisse sind anschauliche Beispiele für den Einfluss von Form- und Lagetoleranzen zu entwickeln. Die Muster sollen gefertigt und experimentell untersucht werden.

Untersuchung von Fertigungstoleranzen der Print-in-Place Methode
Durch additive Fertigungsverfahren sind Geometrien herstellbar, die mit klassischen Methoden nicht umzusetzen wären. Diese Eigenschaft ermöglicht unter anderem das Fertigen beweglicher Mechanismen aus mehreren Einzelteilen im montierten Zustand, sogenanntes Print-in-Place. Die aktuell noch hauptsächlich im Hobbybereich eingesetzte Methode bietet auch Vorteile für industrielle Zwecke.
Ziel der Arbeit ist es sinnvolle Einsatzgebiete zu ermitteln. Auf Grundlage erster vorhandener Veröffentlichungen sind notwendige Gestaltungsprinzipien für dieses Verfahren nachzuvollziehen. Mit dem Aufbau von Testmechanismen soll insbesondere der Einfluss der genutzten Fertigungsmethode auf die geometrischen Toleranzen und eventuelle Funktionsbeeinträchtigungen systematisch untersucht werden.

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Christoph Steinmann
BAR II/34, Tel. 463 32169
christoph.steinmannBeschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de


 


Arbeitsgruppe Elektromechanischer Entwurf
 

Elektrodynamischer Kurzhubantrieb
Gegenwärtig werden am Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design elektro-dynamische Direktantriebe für automatisierungstechnische Anwendungen entwickelt. Ausgehend von einem gegebenen Magnetkreis , Führungs und Aufbaukonzept soll ein derartiger translatorischer Antrieb mit einem Hub von 15 mm entwickelt, aufgebaut und getestet werden. Dazu ist nach einer Einarbeitung der Magnetkreis mittels magnetischen Netzwerkmodells und FEM zu dimensionieren, die Läuferführung auszulegen, der Antrieb im Detail zu konstruieren sowie nach Fertigung und Inbetriebnahme zu testen.
Abhängig vom Arbeitsumfang (Studien bzw. Diplomarbeit) sowie den Vorkenntnissen und Neigungen des Bearbeiters ist ggf. eine Fokussierung auf ausgewählte Teilaufgaben möglich. Bei Interesse können ähnliche, bereits realisierte Antriebsmodule im Labor besichtigt werden
.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Thomas Bödrich
BAR II/33, Tel. 463 35250
Thomas.Boedrich
Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

Dipl.-Ing. Johannes Ziske
BAR II/33, Tel. 463 35250
johannes.ziske
Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

 


Arbeitsgruppe Medizinische Gerätetechnik
 

 

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.
Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:

  • Recherche zum Stand der Technik von gedruckter Elektronik und Energy Harvesting
  • Bewertung und Auswahl einer geeigneten Technologie
  • Entwicklung der Energieversorgung
  • Fertigung, Inbetriebnahme und Test der gedruckten Elektronik
  • Auswertung und Optimierung der Lösung

 

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.
Das Ziel dieser Arbeit ist nun, eine wiederverwendbare Injektionsvorrichtung für den flexiblen Foliensensor zu entwickeln. Als Basis dient eine kommerzielle, wiederverwendbare Vorrichtung, die an die spezifischen Anforderungen des gedruckten Sensors angepasst werden soll.
Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:

  • Analyse der vorhandenen kommerziellen Injektionsvorrichtung und des gedruckten Sensors
  • Entwicklung und Bewertung von Lösungsvarianten
  • Fertigung, Inbetriebnahhme und Funktionstest einer Lösung
  • Durchführung von Messungen an Vergleichsobjekten zur Bewertung der Lösung
  • Auswertung und Optimierung der Lösung

 

Messschaltung für einen organischen elektrochemischen Transistor (OECT) zur Glukosemessung mit einem Biopatch  

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.
Das Ziel der Arbeit ist es, bereits vorhandene Lösungsvarianten der Schaltung zu vergleichen und zu optimieren.

Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:

  • Aufbau der Messschaltung zur Integration des Sensorelements im Ultra Low Power Design
  • Platinenlayout und Schaltungsaufbau, Test von Prototypen zusammen mit dem Sensorelement
  • Optimierung der Schaltungsparameter und Abgleich mit den Anforderungen
  • Testprogramm zur Messung und Anschluss an den Ultra Low Power ADC des Mikrocontroller RF430FRL152H

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. René Richter
BAR II/35, Tel. 463 36329
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Letzte Änderung: 5.10.2022