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The aim of this master thesis is the design and implementation of mixed-signal
processing chain for the optical determination of rotation angles by means of four
sensors implemented as photodiodes with integrated polarization filters and a
high-precision CORDIC hardware design implemented on an FPGA in Verilog.
Furthermore, a light source and a polarizer are integrated in the measurement
setup which is configured using an QT application.
This thesis discusses the development of test environments using Xilinx Zynq System on Chip (SoC) for measuring leakage currents and radiation qualification of Static Random Access Memory (SRAM) based Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) at European Organisation for Nuclear Research (CERN). The effects of radiation on electronic components are explained, followed by an introduction to the FPGAs used.
The GateMate FPGAs leakage current is measured in its application area with respect
to temperature and core voltages. A comparable testing environment is used from the
tester to the tested device, as it will later be used at CERN. The GateMate is being
prepared in this setup for the finalization of radiation qualification at CERN, to be
transferred later. For this purpose, the basic tests are explained and the outstanding
tests are then carried out. The Lattice iCE40 UltraLite FPGA is used in an initial
application test to determine its suitability for further radiation qualification tests at CERN. The analysis and presentation of the test results are followed by a summary and outlook.
In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer Filterstruktur in VHDL zur Auswertung eines
Sigma-Delta gewandelten Signals dokumentiert. Dafür werden Funktionsweise, Aufbau und
Verwendung des Modulators und des Filters dargestellt. Zur Überprüfung wird der Filter
sowohl simuliert als auch auf einem Arty Z7 FPGA Board ausgeführt und der Ausgang über
einen DAC mit einem Oszilloskop gemessen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass eine umfassende Untersuchung und Analyse eines Abwärtswandlers im Kontext eines Regelkreises wichtige Erkenntnisse über seine Leistungsfähigkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit liefern kann. Die Auswahl der richtigen Komponenten wie Spulen, Kondensatoren und Widerstände sowie die optimale Einstellung der Regelparameter sind entscheidend, um die gewünschte Ausgangsspannung mit minimaler Welligkeit und hohem Wirkungsgrad zu erreichen.
Die Durchführung von AC-Analysen, insbesondere im Bode-Diagramm, ermöglicht eine genaue Abschätzung des Amplituden- und hasenverhaltens des Regelkreises. Dabei ist die Phasenreserve ein entscheidender Faktor für die Stabilität des Systems. Eine ausreichende Phasenreserve stellt sicher, dass der Regelkreis auf Änderungen reagieren kann, ohne in instabile Zustände zu geraten. Ein stabiler Regelkreis ist für eine zuverlässige Leistung und eine effektive Regelung unerlässlich. Insgesamt verdeutlicht die Analyse des Abwärtswandlers als Teil eines Regelkreises die komplexen Zusammenhänge zwischen den elektrischen Komponenten, den Regelparametern und der Systemstabilität. Durch eine sorgfältige Abstimmung und Optimierung dieser Parameter können robuste und zuverlässige Stromversorgungslösungen entwickelt werden, die den Anforderungen eines breiten Anwendungsspektrums gerecht werden.
Darüber hinaus bietet die stromgeführte Regelung im Vergleich zur spannungsgeführten Regelung mehrere Vorteile. Sie ermöglicht eine verbesserte Stabilität, eine bessere Dynamik und eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Laständerungen. In einigen Anwendungen kann
die stromgeführte Regelung auch einfacher zu implementieren sein.
Wohnungslosigkeit stellt zweifellos eine Ausprägung sozialer Ungleichheiten dar, die in vielfältiger Art und Weise mit Deprivationen, Ausschlüssen und Benachteiligungen einhergeht. Dass wohnungslose Personen zur Verfügung stehende Hilfsangebote nicht nutzen, stößt vor diesem Hintergrund zumeist auf Unverständnis und wird nicht selten als Ausdruck mangelnder Motivation, das eigene Leben wieder in ‚geregelte Bahnen zu lenken‘, oder gar einer ‚freiwilligen Wohnungslosigkeit‘ gedeutet. Demgegenüber wird in diesem Beitrag anhand von Fallbeispielen aus der eigenen empirischen Forschung aufgezeigt, inwieweit gerade eine Nicht-Nutzung sozialarbeiterischer Hilfen aus der Perspektive wohnungsloser Personen mitunter eine durchaus sinnvolle und der Nutzung ebenjener Angebote vorzuziehende Strategie der Alltagsbewältigung darstellt.
Diese Bachelorarbeit beschreibt den Entwurf von Leiterplatten mit Altium
Designer für die Auslesung eines Poldi- Sensors. Die Leiterplatte aus der
Betrieblichen Praxis, auf der die Spannungsversorgung des Sensorsystems
implementiert wurde, wurde überarbeitet und es wurden zwei Auslesekanäle
der Poldi Platine implementiert und getestet. Für die Ausgänge der
Spannungsversorgung auf der ersten Platine werden Terminalblöcke
verwendet. Die neu entworfenen Leiterplatten mit den Auslesekanälen des
Poldi- Sensors können damit verbunden werden, um versorgt zu werden.
In diesem Beitrag werden im ersten Teil eine neue Definition und damit zugleich auch eine neue Interpretation des Internen Zinsfußes vorgestellt. Ausgehend von dieser neuartigen Basis wird im zweiten Teil eine neue, elementare Schätzgleichung für den konkreten Zahlenwert des internen Zinsfußes hergeleitet.
Im Rahmen dieser Masterthesis soll die bereits im Rahmen meiner Masterstudienarbeit entwickelte Frontend-Platine bestückt und im Zusammenspiel mit einem Zedboard in Betrieb genommen werden. Das Zedboard ist mit einem Baustein von Xilinx bestückt, der sowohl einen FPGA als auch einen ARM-Mikrocontroller beinhaltet. Der FPGA-Mikrocontroller wurde bereits so konfiguriert, dass SPI Schnittstellen implementiert sind, die für die Ansteuerung der ADCs und DACs verwendet werden können. Die Aufgabe dieser Masterthesis besteht darin die Software für den ARM-Mikrocontroller unter Petalinux zu schreiben, mit der die SPI Schnittstellen gelesen und beschrieben werden können. Der Softwareteil, welcher wesentlicher Bestandteil der Thesis ist, konnte zufriedenstellend gelöst werden, sodass alle gewünschten Funktionen enthalten sind. Die Frontendplatine aus der Masterstudienarbeit wurde überarbeitet und eine zweite Version angefertigt, welche bis auf einige kleine Fehler gut funktioniert.
In dieser Arbeit wird ein 3-Level-Abwärtswandler unter idealen und realen Bedingungen analysiert. Unter idealen Bedingungen werden der Tastgrad, die Induktivität und Kapazität des LC-Gliedes, die Stromwelligkeit, die Ausgangsspannungswelligkeit, die Spannung und die Spannungswelligkeit am fliegenden Kondensator sowie die Übertragungsfunktion des 3-Level-Abwärtswandler diskutiert und hergeleitet. Unter realen Bedienungen werden die Implementierung des fliegenden Kondensators und die zeitliche Fehlanpassung zwischen den beiden Schaltsignalen diskutiert. Die Übertragungsfunktion des PID-Kompensators wird ausführlich beschrieben und hergeleitet. Ziel dieser Arbeit ist es, einen 3-Level-Abwärtswandler in einer 180nm CMOS Technologie unter Zuhilfenahme der Entwicklungssoftware „Cadence Virtuoso“ zu entwerfen und durch Simulationen zu analysieren. Bei einer gegebenen Eingangsspannung von 3 V soll der Wandler eine Spannung von 1 V für einen maximalen Laststrom von 400 mA ausgeben. Die Welligkeit der Ausgangsspannung darf 10 mV nicht überschreiten und die Schaltfrequenz soll bei 4 MHz liegen.
Diese Bachelorthesis beschreibt die Charakterisierung integrierter Dioden mit linearen Polarisationsfiltern und eines Tranzimpedanzverstärkers in einer 65nm CMOS Technologie zur Verwendung in der optischen Winkelmessung. Dazu wurde zunächst für den Testchip, auf dem sich die verschiedenen Dioden mit unterschiedlichen Polarisationsfiltern und der Transimpedanzverstärker befinden, eine passende Leiterplatte mittels Altium Designer entworfen. Mithilfe dieser Leiterplatte konnten Messungen durchgeführt werden, um festzustellen, ob diese Technologie für die Verwendung als optischer Winkelsensor geeignet ist.
We present a simulation data-based efficiency approximation for radial turbocompressors, which is implemented in the well-known Cordier diagram.
A sophisticated CAE workflow is used to calculate the operational characteristics of 50 machine designs with 50 impeller geometry variations each.
A Kriging-based surrogate model is trained to approximate the efficiency of any machine designs' best geometry design.
The models are implemented into a machine design workflow.
As a result, duty-specific Cordier lines are introduced. They are automatically generated for a set of machine design parameters.
The efficiency of the designs along the duty-specific Cordier lines is approximated.
Using optimization techniques, an optimal compressor design for the given duty on every specific Cordier line may be identified.
This highly increases the amount of information available in the early design stages for radial turbocompressors.
In this thesis, the radiation sensitivity of the novel Cologne Chip GateMate A1 field-programmable gate array (FPGA) is evaluated. An initial introduction of radiation mechanisms and their effects on electronics is given, followed by a brief overview of radiation test standards. The common elements present in FPGAs are discussed, which is followed by details of the GateMate FPGA device and a description of the software design flow. Afterwards, the development of a purpose-built printed circuit board (PCB) for radiation tests with the GateMate FPGA is detailed.
Four components of the GateMate have been tested during three radiation campaigns, as well as a benchmark circuit to compare the radiation performance of the GateMate with other FPGAs tested at the European Organization for Nuclear Research (CERN). The test architecture consists of the device under test (DUT) FPGA and a TESTER FPGA whose task is to provide inputs to the DUT and record its response. The DUT and TESTER designs developed for all tests are discussed in detail. Finally, the results obtained during the irradiation campaigns are presented, showing that the GateMate FPGA performs similarly to other FPGAs using the same process technology. Only the benchmark test was not finalized, as implementation problems prevented its completion in the given time frame. The thesis concludes with a comprehensive summary and outlook.
Diese Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung von serieller Schnittstelle zur
Konfiguration und Überprüfung von integrierten Schaltungen. Das Projekt behandelt zum
einen die Umsetzung eines I2C-Master-Interfaces in Verilog und die Optimiereung und
Erweiterung der Schaltung. Der Hauptfokus liegt jedoch auf der Implementierung des JTAG
(Joint Test Action Group) Protokolls in Verilog.
Der Bericht gliedert sich in zwei Teile. Der erste Teil befasst sich mit den grundlegenden
Funktionen des I2C-Master gemäß der NXP-UM10204 Spezifikation. Hier wird dargestellt, wie
die Grundschaltung implementiert wurde und wie die implementierten Module genutzt
werden können. Der Hauptbestandteil beschäftigt sich mit den grundlegenden Konzepten des
JTAG-Standards und seiner praktischen Anwendung. Es wird demonstriert, wie das JTAGProtokoll
in Verilog umgesetzt wurde und wie es zur Überprüfung und Konfiguration des
Zustands eines integrierten Schaltkreises genutzt werden kann. Der Bericht schließt mit der
Simulation von Testfällen und einer Zusammenfassung der Ergebnisse.
In dieser Arbeit wird ein Low-Dropout Spannungsregler für einen synchronen Abwärtswandler/Tiefsetzsteller (eng. Step-Down/Buck-Converter) entwickelt.
Im Rahmen des Projektes soll ein integrierter Spannungsregler, der eine Eingangsspannung von 3,3 V in eine Ausgangsspannung von 3,1 V umwandelt, in einer 180nm CMOS Technologie entworfen werden.
Für die Entwicklung und Simulation der Schaltung des Reglers wird das Programm „Virtuoso“ des Softwareherstellers „Cadence Design Systems“ verwendet.
We present an approximation model for the chord length of radial turbocompressors. The model enables the calculation of a compressor's chord Reynold's number during the machine design process. The chord Reynold's number is shown to be the most accurate representation of the fluid dynamic properties inside the radial turbocompressor's impeller. It — however — requires the computation of the chord length, which is only available after defining the final impeller geometry. The method presenting in this paper only employs the compressors principal dimensions to approximate the chord length. The chord is modelled using a Bézier spline and quarter ellipse. This enables the earlier use of the chord Reynold's number during the machine design process of radial turbocompressors.
Memory-Testalgorithmen können in einer abstrakten Beschreibungssprache beschrieben werden, dessen Grammatik jedoch nicht ausreicht, um Scrambling im Memory zu be- rücksichtigen. Nach einer Grammatikerweiterung können Properties in der Hardware- Verifikationssprache SystemVerilog-Assertions aus dieser Beschreibung formuliert werden, die für eine Verifikation des Verhaltens des Memory-Interfaces eines Memory-Built-In- Self-Tests geeignet sind. Die Properties werden verwendet, um ein gegebenes Design zu verifizieren. In der Simulation werden Abweichungen von der ursprünglichen Spezifikation der Testalgorithmen erkannt.
Es werden Konzepte für die Automatisierung der Generierung von Properties erarbeitet, die anschließend in einem Software-System implementiert werden. Das Software-System unterstützt die Generierung von Assertions für March, SCAN und MATS Algorithmen mit beliebiger Länge, sowie einige Checkerboard und Initialisierungsalgorithmen, bei de- nen Scrambling berücksichtigt werden muss. Abschließend werden nötige Änderungen der Softwarearchitektur und Grammatik diskutiert, welche die Unterstützung weiterer Test- algorithmen ermöglichen.
Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, einen Mikrocontroller mit integriertem A/D-Wandler so zu konfigurieren, dass er als Spannungsmessgerät verwendet werden kann, welches mit SCPI-Befehlen gesteuert werden kann. In diesem Projekt wird das STM32L476 Nucleo Board mit acht unabhängigen ADC Kanälen verwendet.
Zur Kommunikation mit dem Board und zum Testen der Programmierung des Mikrocontrollers wurde eine Qt-Applikation entwickelt. Die Qt-Anwendung sendet einen Befehl an den Mikrocontroller. Der Mikrocontroller empfängt den Befehl und auf Basis dieses Befehls wird der entsprechende entsprechende Anweisung ausgeführt.
Diese Bachelorarbeit beschreibt den Entwurf eines Testsystems zur Charakterisierung der Komponenten des MOPS-Chips, der im ATLAS Pixeldetektor am LHC eingesetzt werden soll. Der erste Schritt dazu war der Entwurf einer Leiterplatte mit Hilfe von Altium Designer. Mit Hilfe dieser Leiterplatte konnten dann die Komponenten des MOPS-Chips durch Messreihen auf ihre Funktionalität getestet und charakterisiert werden.