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Diese Ausarbeitung dokumentiert die Verifikation des Shunt-Low-Dropout-Spannungsreglers
für den Einsatz im ATLAS- und CMS-Projekt. Im Rahmen einer Kooperation zwischen der
Fachhochschule Dortmund und dem Forschungsinstitut CERN in Genf wird eine integrierte
CMOS Schaltung zur seriellen, strombasierten Spannungsregelung der Pixeldetektormodule
entwickelt. Der Fokus dieser Masterthesis ist die simulationstechnische Verifikation unter
Berücksichtigung der spezifizierten Einsatzbedingungen in den Experimenten und umfasst -
neben einer Einführung in den Shunt-LDO Regler auf Basis des Testchip C - die Vorstellung
und Dokumentation der erarbeiteten Simulationsergebnisse.
Die Master-Thesis umfasst die Einführung in die CERN-Projekte und in den Shunt-LDO-Regler. Der Regler wird von der Revision 0.1 hin zur Revision 0.3 weiterentwickelt. Hierbei wird eine Leiterplattenentwicklung mittels Altium Designer, eine grafische Benutzer-oberfläche mittels Qt programmiert, sowie Montage- und Lötarbeiten durchgeführt.
Der Kernpunkt der Thesis entspricht der Validierung des SLDO Spannungsreglers für die Pixeldetektoren des ATLAS- und des CMS- Experiments am HL-LHC. Ein weiterer Kernpunkt ist die Implementierung digitaler Potentiometer über denen ein automatisierter Messvorgang mittels der „Shuldo-Test-Messsteuerungs-Software“ durchgeführt werden kann. Hierdurch wird dem Benutzer eine anwendungsfreundliche Umgebung zur Verfügung gestellt, um die Steigung und den Offset der Eingangsspannung über das Testtool in einem bestimmten Bereich automatisiert zu variieren.
Das Konzept der Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE)erzielt, Lernende zur aktiven Gestaltung einer ökologisch- wie sozialverträglichen Gesellschaft zu befähigen. Gleichzeitig wird BNE auf-grund der Formulierung subjektiver Kompetenzen und der Missachtung von Wachstumszwängen eine bildungspolitische Steuerung und eine Entpolitisierung von Nachhaltigkeit vorgeworfen. Daran anknüpfend lenkt das Konzept des Transformativen Lernens den Blick auf individuelle Bedeutungsperspektiven mit Bezug zu gesellschaftlichen Alltagsideologien. Mit dem Ziel eines kollektiven Bewusstwerdungsprozesses wird eine anwendungsorientierte partizipative Bildungsarbeit gefordert. Anhand des BNE-Praxisprojektes Kolleg21 in Gelsenkirchen untersucht diese empirische Forschungsarbeit, welche Lernprozesse und Kompetenzentwicklungen non-formale Bildungsprojekte ermöglichen.
Die vorliegende Masterthesis beschreibt die Entwicklung eines Strahlenharten CAN Physical Layer in einer 65 nm CMOS Technologie für das Kontrollsystem des ATLAS Pixeldetektors. Dieser CAN Physical Layer ist Bestandteil des DCS Chips (Detector Control System), der im Rahmen des Upgrades des ATLAS Pixeldetektors zum High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) entwickelt wird. Die Aufgabe des DCS Chips ist die Steuerung und Überwachung der Sensorik des ATLAS Pixeldetektors. Die Transistoren der verwendeten Technologie dürfen mit maximal 1,2 Volt betrieben werden. Um dennoch die Kompatibilität zum CAN Standard beizubehalten ist es notwendig mit wesentlich höheren Spannungspegeln zu arbeiten. Im Verlauf dieser Masterthesis werden zu diesem Zweck ein CAN Treiber, ein Levelshifter und ein CAN Empfänger entworfen, die dazugehörigen Layouts erstellt und die Eigenschaften der Schaltungen auf dem ersten gefertigten Prototyp des DCS Chips vermessen.
Im Rahmen dieser Masterthesis wird in Zusammenarbeit mit der Firma Elmos Semiconductor AG ein Time-To-Digital Converter fur eine Time-of-Flight Anwendung weiterentwickelt und optimiert. Als Ausgangspunkt dafur dient die in der vorhergehenden Masterstudienarbeit optimierte Schaltung eines vorhandenen TDC. Die primäre Aufgabe des Time-to-Digital Converters ist die Quantifizierung einer zeitlichen Verzögerung zwischen zwei Eingangssignalen. Genutzt wird dafur ein Local Passive Interpolation (LPI) TDC mit einer angepeilten Auflösung von 70 Pikosekunden, der als
integrierte Schaltung in einer 350 nm CMOS-Technologie realisiert wird. Hauptbestandteil
dieser Arbeit ist die Verringerung vorhandener Messungenauigkeiten, die Untersuchung
des Einflusses von Layout-Effekten auf die Funktion des TDC und die Uberführung der optimierten Schaltung in ein Layout.
In dieser Masterthesis wird ein Shunt-Low-Dropout-Spannungsregler messtechnisch
überprüft. Dieser Regler entsteht in Kooperation zwischen der Fachhochschule Dortmund
und dem Kernforschungszentrum CERN für die Nutzung in Experimenten am
LHC-Teilchenbeschleuniger in Genf. Der Fokus liegt auf der Messung der ersten beiden
entwickelten Testchips des Projektes RD53B, inklusive der technischen Grundlagen, des
genutzten Messaufbaus und der Validierung. Diese Thesis soll den Grundstein für Messungen
an den folgenden Chipgenerationen im Rahmen des Projektes legen.
Konzeptionierung und Realisierung eines Multiagentensystems am Beispiel des Projektes InMachine
(2017)
Unternehmen stehen auf Grund von Globalisierung, Konkurrenzdruck und immer schneller agierenden Märkten vor der Herausforderung auf diese Veränderungen flexibel reagieren zu müssen. Unternehmen die sich schnell auf Marktveränderungen einstellen können haben einen Wettbewerbsvorteil der beibehalten werden muss. Beim verarbeitenden Gewerbe resultiert das in einer Optimierung der Produktionsplanung- und Steuerung. Um eine Optimierung der Produktionsplanung- und Steuerung vornehmen zu können muss zunächst Einblick in diese zur Verfügung stehen. Kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMUs) sind in der Regel nicht in der Lage die Kosten und Komplexität von Softwarelösungen von Herstellern wie Siemens, Dassault, oder SAP zu handhaben. Aufgrund dessen ist es notwendig Softwarelösungen anzubieten die genau auf das Einsatzszenario in KMUs zugeschnitten sind.
Ziel dieser Arbeit ist das Erstellen einer Softwarelösung, um eine Optimierung der Produktionsplanung- und Steuerung zu ermöglichen, durch Einblick und Rückmeldung der Produktionsprozesse. Um dieses Ziel zu erreichen wurden zunächst Anforderungen an das Gesamtsystem gestellt. Diese Anforderungen fließen in das zu erstellende Softwarekonzept ein. Beim Softwarekonzept wurde besonders auf die lose Koppelung der Komponenten und der flexiblen Kommunikation geachtet, dadurch ist es möglich das Softwarekonzept zukunftssicher aufzustellen und das nachträgliche Erweitern der Software zu ermöglichen. Durch die Anforderung an Unternehmen flexibel auf Marktveränderungen reagieren zu können resultiert auch die Anforderung an die eingesetzte Software flexibel auf neue Gegebenheiten angepasst werden zu können. Wird diese Anpassbarkeit bereits beim Softwarekonzept berücksichtigt können Änderungen einfacher, robuster, und zu geringeren Kosten realisiert werden. Nach der Erstellung des Softwarekonzeptes wurde dieses prototypisch Implementiert. Dieses Vorgehen sichert die Qualität und Konsistenz des Softwarekonzeptes ab. Abschließend wird eine Zusammenfassung gegeben, ein Fazit gezogen und ein Ausblick gewährt.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Analyse auf Register Transfer Level (RTL) Ebene des
vom Fraunhofer IMS in Verilog entwickelten RV32IM RISC-V Prozessors durchgeführt und der
Configurable Accelerator Engine for Convolution Operations (Caeco) als Hardware-Beschleuniger
für Maschinelles Lernen (ML) integriert. Das Design wurde speziell auf das Lesen von Caecodaten
und auf das Interrupt-Verhalten getestet und verifiziert. Das Schreiben von Caecodaten wurde
zwar auf RTL Ebene simuliert, allerdings nicht auf dem Field Programmable Gate Arrays (FPGA)
verifiziert. Durch einen erarbeiteten Hardware- und Software-Entwicklungsfluss werden beide
Stränge optimiert und parallelisiert. Die Hardware-Entwicklung wurde in eine Gitlab Development
and Operations (DevOps) Umgebung integriert, wodurch das Design im Project Batch Flow Modus
der Vivado 2020.1 IDE automatisiert simuliert, synthetisiert und auf der Entwicklungsplatine
Nexys4 DDR implementiert wird. Die Verifizierungsgrundlage bildet der entwickelte Programm-
Code, der für die RTL Simulation, für die Simulation im Instruktionssimulator riscvOVPsim
der Firma Imperas und dem Debugging des Designs auf dem FPGA genutzt wird. Letzteres
wurde in der Eclipse IDE durchgeführt, wobei der JTAG Olimex ARM-USB-Tiny-H Adapter als
Debug-Schnittstelle eingesetzt worden ist. Die Schnittstelle der beiden Entwicklungsstränge bilden
zwei eigens geschriebene Rust Programme und das Xilinx Programm data2mem, durch die die
kompilierten ELF Dateien in xilinx-kompatible MEM bzw. COE Dateien umgewandelt werden.
Die vorliegende Masterthesis beschreibt die Implementierung eines bayesschen Algorithmus zur Optimierung von Syntheseergebnissen. Zu Beginn wird eine Einleitung in die Synthese digitaler Schaltungen sowie aller für die Optimierung relevanten Parameter gegeben. Das Liberty-Format zur Beschreibung von Zellbibliotheken wird erläutert und die für die Optimierung erstellte Zellbibliothek imes_cc wird vorgestellt. Daraufhin wird die Synthese von Testschaltungen unter Einbezug der Bibliothek mithilfe eines automatisierten Arbeitsablaufs vorgestellt. Hierbei werden Timing-, Area-, und Power-Parameter zur Beurteilung der synthetisierten Netzliste aus den erstellten Reports herausgelesen und vergleichend dargestellt. Die Implementierung des Algorithmus auf Basis des Scikit-Optimize-Moduls wird daraufhin erläutert und die erzielten Optimierungen anhand der Testschaltungen dargestellt.
Die vorliegende Masterthesis behandelt die Prozess- und Kristallstruktursimulation Selektiv
Lasergeschmolzener CuSn10 Bauteile mit Ansys. Zunächst wurde das Ausgangspulver
untersucht und auf der vorhandenen Fertigungsanlage parametrisiert. Mit dem erstellten
Parametersatz wurden Werkstoffproben gefertigt und untersucht, um zusammen mit
Literaturwerten ein Werkstoffmodell für die Simulationen aufbauen zu können. Anschließend
wurde ein thermisch-mechanisches Modell zur Prozesssimulation in Ansys aufgebaut und
anhand gefertigter Bauteile kalibriert. Es gelang, damit die Eigenspannungen in einem Bauteil
vorherzusagen, welches zuvor gefertigt und mittels Bohrlochmethode untersucht wurde. Eine
weitere Validierung scheiterte aufgrund der gewählten Geometrie des Validierungsbauteiles .
Die Kristallstruktur konnte mit einem in Ansys hinterlegten Werkstoffmodel für einen 1.4404
simuliert und mit vorhandenen Werten überprüft werden. Mit dem erstellten Werkstoffmodell
wurde die Kristallstruktur für CuSn10 vorhergesagt, jedoch im Rahmen dieser Arbeit nicht
validiert. Abschließend wird eine Empfehlung für das weitere Vorgehen gegeben.