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Technische Universität
Dresden |
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Themen für Studienarbeiten
Beachten Sie bitte auch die aktuellen Angebote vor dem Raum BAR II/26 oder fragen Sie die Arbeitsgruppenleiter nach möglichen Themen!
Simulation von Elektromigration mit SPICE Elektromigration (EM) ist ein wachsendes Zuverlässigkeitsproblem für Leiterbahnen in integrierten Schaltkreisen (ICs). Um dieser Herausforderung zu begegnen, gibt es neue Modelle, welche die Lebensdauer einer Leiterbahn präzise voraussagen. Zur Berechnung kommen zum Beispiel äquivalente RC-Schaltkreise zum Einsatz, welche mit herkömmlichen SPICE-Modellen simuliert werden können.
Entwicklung eines Verfahrens zur Transformation von Randbedingungen Beim Entwurf analoger integrierter Schaltungen müssen eine Vielzahl von Randbedingungen berücksichtigt werden. Oftmals hängt der Zustand dieser Randbedingungen von Designparametern ab, die je nach Entwurfsschritt und verwendetem (Software-)Werkzeug nicht direkt manipuliert werden können. Um diese Randbedingungen dennoch berücksichtigen zu können, müssen sie zuerst transformiert werden. Dabei werden sie in eine Menge neuer Randbedingungen umgewandelt, die schließlich doch direkt beeinflusst werden können. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung und Untersuchung eines Verfahrens zur automatischen Transformation von Randbedingungen.
Weiterentwicklung eines Verdrahtungswerkzeuges Integrierte Schaltungen können aus mehreren tausenden bis hunderttausenden Standardzellen bestehen, die nach der Platzierung verdrahtet werden müssen. Um diesen Prozess anhand von Teststrukturen bzw. Schaltungen besser am Institut untersuchen zu können, wurde ein eigenes Verdrahtungswerkzeug entwickelt. Ziel dieser Aufgabe ist es, die aktuelle Implementierung in C/C++ weiterzuentwickeln. Dabei soll sowohl Laufzeit und Verdrahtbarkeit verbessert werden als auch die Berücksichtigung von Randbedingungen.
Überprüfung von Entwurfsregeln auf Package-Ebene
Der Layoutentwurf integrierter Schaltungen (ICs) überführt eine Netzliste in geometrische Maskendaten - die Grundlage zur Herstellung der Nacktchips (Dies) in einer Halbleiterfabrik. Eine wichtige Teilaufgabe ist dabei die Verifikation dieser Layoutdaten, z.B. in Form von DRC (engl. design rule check) und LVS (engl. layout versus schematic). Anschließend findet das Packaging einzelner oder mehrerer Dies statt, also das Verpacken in einem Gehäuse. Im Vergleich mit dem IC-Entwurf sind Geometrien auf dieser Package-Ebene weniger komplex, dennoch werden auch hier vergleichbare Werkzeuge für die Verifikation benötigt
Entwicklung eines Floorplanning-Werkzeugs
Der Layoutentwurf integrierter Schaltungen (ICs) überführt eine Netzliste in
geometrische Maskendaten, die als Grundlage für die spätere Herstellung in
einer Halbleiterfabrik dienen. Auf dem Weg zum Layout erfolgen zunächst eine
(optionale) Partitionierung der Schaltung sowie das Floorplanning. Dabei
findet eine Abschätzung der erforderlichen Chipgröße statt. Außerdem werden
in diesem Schritt die Positionen und Abmessungen aller Makrozellen und
Partitionen festgelegt.
Entwicklung eines Werkzeugs zur Verdrahtung von Taktnetzen
Als Teil des am Institut entwickelten Softwarepakets für den Entwurf
digitaler integrierter Schaltungen ist in früheren Arbeiten das in C++
geschriebene Verdrahtungswerkzeug Semper entstanden, das auch
Schaltungen mit einer sehr großen Zahl von Netzen effizient verdrahten kann.
Dieses Werkzeug soll im Rahmen dieser Arbeit um die Möglichkeit zur
Verdrahtung von Taktnetzen (engl. clock tree synthesis) erweitert werden. Im
Vergleich zur großen Zahl von normalen Signalnetzen existieren oft nur
einzelne oder sehr wenige Taktnetze in einer typischen Schaltung. Bei ihrer
Verdrahtung ist sicherzustellen, dass die Taktsignale von einer einzelnen
Quelle möglichst zeitgleich an allen Senken (z.B. Takteingänge von
Flip-Flops) ankommen. Dazu werden speziell konstruierte Baum-Topologien
eingesetzt. Zur letztendlichen Verdrahtung dieser Topologien sind die
bewährten Methoden von Semper zu verwenden.
Am IFTE wurde ein Versuchsstand entwickelt, mit dem integrierte Schaltkreise unter Strom- und Temperaturbelastung auf ihre Elektromigrationsrobustheit untersucht werden können. Dieser war jedoch seit einiger Zeit nicht im Einsatz, da Reparatur- und Verbesserungsbedarfe bestehen. Ziel dieser Studienarbeit ist die Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit des Versuchsstandes. Die erste Teilaufgabe ist ein Funktionstest des vorhandenen Aufbaus, um die zu ersetzenden Module zu ermitteln. Darauf aufbauend sollen geeignete Geräte (z.B. Messgeräte, Heizeinheit,…) für die Nachrüstung recherchiert werden. Abschließend ist der Aufbau in Betrieb zu nehmen und zu dokumentieren.
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.
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.
Nutzung von Datenflussgraphen zur Beschreibung von Entwurfsabläufen Die Entwicklung integrierter Schaltkreise basiert auf dem Zusammenwirken vieler Einzelschritte und dem Austausch von Entwurfsdaten zwischen ihnen. Fertiger bieten den Designern eine Hilfestellung, indem sie Abläufe für die verbreitetsten Entwurfswerkzeuge in Form von Skriptsammlungen zur Verfügung stellen. Diese "Flows" können dann an den jeweiligen Bedarf angepasst werden. Mit zunehmender Komplexität der Technologien und der Verfügbarkeit alternativer Entwurfswerkzeuge für die einzelnen Entwurfsschritte nimmt der Umfang dieser Skripte immer weiter zu und deren Handhabbarkeit immer weiter ab. In der Arbeit ist zu untersuchen, inwieweit Entwurfsabläufe grafisch dargestellt und ausführbar gemacht werden können. Eine solche grafische Beschreibung des Flows hätte viele Vorteile, beispielsweise eine einfachere Zugänglichkeit der Parameter auch für nicht-programmierende Designer sowie die Möglichkeit einzelne Schritte auszutauschen und neu zu verknüpfen.
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.
Entwicklung einer kompakten GaN-Endstufe zum Ansteuern von PeltierelementenGaN-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 Entwurf sehr kompakter Stromquellen erlauben. Am Beispiel einer bidirektionalen Stromquelle zum Treiben von Peltierelementen soll eine solche Schaltung konstruiert und aufgebaut werden, um so Kenntnisse über das schaltungstechnische Verhalten zu erlangen.Die Arbeit umfasst folgende Detailaufgaben:
Entwicklung einer Spektrometerbaugruppe für kurzwelliges Infrarot auf Basis eines filterbasierten SensorsFilterbasierte Sensorbauelemente sind eine preiswerte Alternative zu Spektrometern, da sich die Filter mikrotechnisch herstellen und integrieren lassen. Durch Verwendung eines seit Kurzem verfügbaren Sensorbauelements soll eine Baugruppe zum Erfassen von Strahlung im Bereich von 750 bis 1050 nm entstehen. Diese ist im Anschluss mess-technisch zu charakterisieren. Die Arbeit umfasst folgende Detailaufgaben:
Synchronisation von Sensorknoten im TTN-NetzwerkDas TTN-Netzwerk gestattet die Übertragung geringer Datenmengen von einem Sensor-knoten in ein öffentlich verfügbares langreichweitiges Netzwerk. Aus diesem lassen sich dann die gesendeten Daten über das Internet abholen. Problematisch ist, dass die Übertragung nicht sicher gestellt ist und daher Datenpakete verloren gehen können. Um trotzdem eine eindeutige Zuordnung der Daten zu einem Messzeitpunkt zu erreichen, soll ein zur Messung gehöriger Zeitstempel mitgesendet werden. Dies erfordert jedoch das Vorhandensein von Datum und Uhrzeit im Sensorknoten. Da die am IFTE entwickelten Sensorknoten durch kleine Solarzellen versorgt werden, ist der Energiebedarf einer solchen Implementierung besonders relevant. In der Arbeit ist zu evaluieren, welchen Energiebedarf das Implementieren der Echtzeituhr im Sensorknoten hat, wie die Uhrzeit auf dem Sensorknoten synchronisiert werden kann und wie sich die hierfür notwendige Energiemenge minimieren lässt. Die Arbeit umfasst folgende Detailaufgaben:
Im Rahmen eines Forschungsprojektes in Kooperation mit einem Unternehmen aus dem Bereich der Orthopädietechnik wird ein neuartiger Rollstuhlsitz für Kinder mit starken Körper-deformationen entwickelt. Durch individuelle Anpassbarkeit des Sitzes soll die Lebensqualität der Patienten deutlich erhöht werden. Trotz seiner hohen Adaptivität muss der Sitz auf ver-schiedene – am Markt verfügbare – Untergestelle montierbar sein. Ziel der Studienarbeit ist es, eine Baugruppe zu entwickeln, die den Sitz über einen Adapter mit diesen Untergestellen verbinden kann. Dabei sind Kollisionen zwischen Sitz und Untergestell für sämtliche Sitzeinstellungen zu vermeiden und ein Versagen der Konstruktion durch Festigkeitsrechnungen ist auszuschließen. Außerdem sind Anforderungen durch gesetzliche Vorgaben zu berücksichtigen.
Aufbau und Analyse von Kontaktgraphen in mechanischen Baugruppen Ableiten funktionsrelevanter Maße aus 3D-CAD-Modellen Anwenden von ISO-Toleranzen in Polytop-basierten Simulationsverfahren Übertragen und Analysieren von ISO-GPS-Toleranzen mittels STEP-Daten
Elektrodynamischer Kurzhubantrieb
Konstruktion einer manuellen Injektionsvorrichtung für einen
gedruckten Glukosesensor
Biopatch zur Glukosemessung mit einem organischen, elektrochemischen Transistor
(OECT)
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Letzte Änderung: 22.4.2024 |
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