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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.
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.
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.
The work presented in this thesis deals with the distance measurement aspect of a 3D Polarization ToF camera for automotive applications that uses a Time-to-Digital Converter (TDC) to measure the time interval between the emission of light from a source and its reception. Based on the measurement of the time interval, distance can be calculated by applying the equation of motion. In application, achieving an exact distance measurement is quite strenuous because the operating conditions of the design are susceptible to change due to environmental factors. Therefore, to achieve accuracy in distance measurement, the time interval between the emission and reception of light must be measured precisely. For this purpose, a delay asymmetry compensation logic is developed. This thesis elaborates the addition of debugging features, redesign of some components, digital calibration approach and the entire testbench environment of the delay asymmetry compensation logic. It also sheds light on the implementation of the designed logic for its successful realisation in real hardware. Lastly, it concludes by narrating future prospects and further scopes of development.
Growing demand for security in a wide range of fields gives raise to research for more efficient and modern methods. Additionally, the increase of systems that are deployed on hardware requires security to be embedded in small area to protect intellectual property, hardware, and integrity and confidentially of sensible data. Therefore, in this work a design and FPGA implementation of a highly resource-efficient AES-256 encryption and decryption engine is presented, as well as its comparison with state-of-the-art designs. The design shows a reduction in the resources used due to its architecture to reuse hardware throughout all the processing. The design is implemented on a Xilinx Artix-7 FPGA.
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.
This thesis presents a power simulation of a MIPS MicroAptiv UP Core implemented as
a virtual ASIC prototype using Taiwan Semiconductor Manufacturing Company(TSMC)
65 nm CMOS technology. Based on the MIPS instruction set program data is generated
and introduced in the simulation by means of initialization files. Before the simulation,
technology specific SRAM modules are integrated into theMIPS core. Two different programs
are used for power characterization. The first program performs frequent memory
accesses by means of load/store word instructions, while the second program is a loop
which operates on registers only and mainly increments addresses. The simulation is
based on a virtual prototype which is generated by synthesis and place & route including
post-layout parasitic extractions. The stimuli for the power extraction is generated
via gate-level simulation and forwarded to the power calculation engine. The effect of X-propagation
on gate-level simulations is avoided by modifying the address-related statements
in the execution data path module, which use another form of 2 to 1 multiplexer,
setting the output to zero for all input signals even with an initial value of ’x’ without
changing the functionality. Finally, the consumed power is provided by reports generated
by the power simulation engine. The memory-centric program consumes 35.39mW
of internal power using instructions, which is 0.73mW less than the internal power of the
register-centric program, and the overall average power is also lower by almost 0.7mW.
Die hier vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den besonderen Anforderungen an die Tongestaltung in Dokumentarfilmen über Musik und die darstellenden Künste.
Der Dokumentarfilm ist ein Sonderfall unter den Filmgenres: immer begleitet von Fragen nach Authentizität und Wirklichkeitswiedergabe, eingeschränkt in der Drehplanung und geprägt von spontanem Reagieren. Dies betrifft natürlich auch den Ton und seine Aufnahme; und auch die spätere Tongestaltung muss die Fragen nach einem Realitätsanspruch in besonderem Maße beachten.
In Filmen über Musik und darstellende Künste verschärfen sich diese Fragen nochmals, denn die genannten Themen vereint, dass sie eine eigene, bereits gestaltete Ton-Ebene enthalten (z.B. Musik im Tanzfilm oder Sound Design im Theater). Wie ist es möglich, kreativ mit einem Ton umzugehen, dem bereits ein Konzept zugrunde liegt, wie mit einer Musik, die bereits fertig geschrieben, aufgenommen und gemischt ist?
Zunächst werde ich auf die Dokumentarfilmgeschichte sowie auf die Entwicklungen in der Dokumentarfilmtheorie eingehen, um die Sonderrolle zu verdeutlichen und die Analyse vorzubereiten. In der darauffolgenden Analyse von fünf Dokumentarfilmen sowie meines eigenen Master-Projekts werde ich untersuchen, welche Strategien im Umgang mit gestaltetem Originalton gewählt wurden und welche Wirkungen die unterschiedlichen Vorgehensweisen erzielen.
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.
Ionisierende Strahlung kann bei höheren Dosisleistungen lebensgefährlich sein. Um die Menschen vor solch einer Strahlung warnen zu können, wird im Rahmen dieser Arbeit die Entwicklung eines Messkonzeptes in CMOS Technologie zur Detektion ionisierender Photonenstrahlung durch ein elektronisches Personendosimeter beschrieben. Die entwickelte Schaltung soll später in einem Personendosimeter im klinischen Umfeld zum Einsatz kommen. Zusätzlich werden die Charakteristiken einer PIN-Diode untersucht. Die Schaltung wird auf Transistorebene aufgebaut, sodass sie später als integrierte Schaltung in einem Chip hergestellt werden kann.
Der Klimawandel stellt eine der größten globalen Herausforderungen dar. Um den dras-tischen Auswirkungen entgegenzuwirken, sind Versicherungsunternehmen als bedeu-tendste institutionelle Investoren in Deutschland gefordert, durch die Umlenkung von Ka-pital in nachhaltige Investitionen einen Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung zu leisten. Insbesondere private nachhaltige Altersvorsorgeprodukte besitzen dabei eine große He-belwirkung im Transformationsprozess. Aufgrund diverser Kaufbarrieren werden derar-tige Produkte jedoch aktuell noch nicht ausreichend konsumiert. Während sich das In-strument des Nudgings zur Förderung nachhaltigen Konsums in anderen Anwendungs-feldern bereits als erfolgreich bewiesen hat, existieren für den Vertrieb nachhaltiger Ver-sicherungsprodukte bislang keine Forschungen. Diese Masterarbeit beschäftigt sich daher mit der Frage, ob sich die Kaufbereitschaft der Verbraucher für private nachhaltige Al-tersvorsorgeprodukte mithilfe des Nudgings erhöhen lässt. Die Ergebnisse des durchge-führten Laborexperiments zeigen, dass sowohl der Einsatz des Nudges Gütesiegel als auch des Nudges Soziale Norm zu einer Erhöhung der Kaufintention führt. Zur Förderung des Vertriebs nachhaltiger Altersvorsorgeprodukte wird daher auf Grundlage der Ergeb-nisse die Implementierung von Nudging in vorvertragliche Entscheidungssituationen empfohlen.
Diese Arbeit behandelt den Entwurf und die Implementierung einer Frequenzregelung für den analogen Relaxationsoszillator des im Kontrollsystem des ATLAS-Pixeldetektors eingesetzten CANakari-Controllers des MOPS Chips. Bestehend aus einem Pulszähler, einem PID-Regler, Phasenfehler-Register und einem Control-FSM-Modul, wird das Regelsystem mit dem digital-gesteuerten analogen Oszillator und der Bittiming-Logik verdrahtet. Diese Komponenten können miteinander kommunizieren, Daten austauschen und bilden somit einen geschlossenen Regelkreis. Der Regelalgorithmus beobachtet das eingehende Signal Rx des CAN Busses und verändert die Stellgröße bei entstehender Regelabweichung durch die Detektierung einer fallenden Flanke außerhalb des im CAN Standard definierten Synchronisationssegments, so dass die Taktfrequenz in einem Toleranzintervall stabilisiert wird. Dies gewährleistet, dass es im CAN-Netzwerk nicht zu Synchronisationsfehlern bei der Nachrichtenübertragung kommt. Da es sich um eine gemischte analog/digitale Schaltung handelt, wird das Regelkreis-Verhalten mit Hilfe einer A/MS-Simulationen beurteilt. Die Simulationen dienen einerseits zur Untersuchung wichtiger dynamischer Eigenschaften der Regelstrecke und andererseits zur Beurteilung des Regelkreis-Verhaltens mit den gewählten Regler-Parametern.
In dieser Masterthesis wird die Entwicklung eines PIPE IP-Cores als erster Entwicklungsschritt hin zu einem PCI Express Soft Core für die FPGA-basierte Implementierung beschrieben. Der Entwicklungsansatz hat zum Ziel, FPGAs mit integriertem Serializer/Deserializer (SerDes) auf den Einsatz in hardwareübegreifenden Systemen der Künstlichen Intelligenz (KI) vorzubereiten. Die Entwicklung basiert hierbei auf der FPGA-Produktfamilie GateMateTM des deutschen Unternehmens Cologne Chip AG. Allerdings versteht sich die Entwicklung als allgemeingültiger Ansatz, der auch anderen FPGA-Herstellern die Herangehensweise an die Thematik erleichtern und helfen soll, den notwendigen Entwicklungsaufwand abzuschätzen und wenn möglich zu verringern.
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.
Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist es, die wichtigsten Klänge der Zeit der
Industrialisierung im Ruhrgebiet herauszufinden und diese in den historischen Kontext einzuordnen. Hierzu werden Berichte aus verschiedenen Quellen (Historie, Wirtschaft und Sozialkunde) herangezogen, um das Thema von verschieden Blickpunkten
zu analysieren. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit sind die starken Wahrnehmungsunterschiede von Lärm zwischen verschiedenen sozialen Schichten, die Identifizierung von Transportmitteln als wesentliche Veränderung der Klanglandschaft
und die Abgrenzung der Industriegeräusche von den Geräuschen der Stadt. Weiterhin wird die Klanglandschaft des Ruhrgebiets in ausgewählten Filmen der Neuzeit
untersucht und auf Töne hingewiesen, die das Ruhrgebiet auditiv als einzigartig
darstellen.
Climate change related issues have increasingly gained attention of those in the field of science, business and politics. In addition to that, the United Nations (UN) has sustainable development on its agenda and is looking for innovative ways to achieve it. Great potential is seen in the complex technology of artificial intelligence (AI). AI is progressively causing changes in all areas of life such as traffic, com-munication, work and health. The aim of this master's thesis is to investigate, whe-ther or not, AI applications can have a positive effect on the achievement of the first five Sustainable Development Goals (SDGs) of the UN’s Agenda 2030 concerning poverty, hunger, health, education and genderequality. Therefore the theoretical fundamentals of AI and the concept of sustainable development are clarified. Also a connection between the two subject areas is drawn. Based on existing AI applica-tions in the field of sustainability and previous research, that links AI and sustaina-bility, the discussion reveals to which extent positive and negative effects can be shown by using the technology for achieving the five SDGs. The results indicate that AI offers opportunities to lead society in the direction of future sustainability within planetary boundaries; however, unexpected negative consequences must be taken into account. International legal frameworks can counteract the risks of using the intelligent technologies. The orientation towards economic growth, which is also reflected in the use of AI, has prevented a sustainable orientation up to now.