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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.
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.
Realisierung einer UART zur CAN Kommunikationsbrücke mit Hilfe eines STM32 ARM Microcontrollers
(2023)
Diese Bachelorarbeit beschäftigte sich mit der Realisierung einer UART-zu-CAN-Kommunikationsbrücke mithilfe eines STM32L476RG ARM Mikrocontrollers. Ziel des Projekts war es, die Kommunikation zwischen zwei PCs und zwei Mikrocontrollern über UART und CAN zu ermöglichen. Die Arbeit umfasste die physische Verbindung der Komponenten, die Programmierung der Mikrocontroller mit Hilfe von STMCubeIDE und CubeMX sowie die Erstellung einer Benutzeroberfläche mit Qt Creator. Die CAN-Protokolleinheit im STM32L476RG Mikrocontroller spielte eine zentrale Rolle in diesem Projekt. Sie ermöglichte die CAN-Kommunikation nach erfolgreicher Konfiguration. Durch die Überwachung der Signale über ein Oszilloskop konnte die ordnungsgemäße Datenübertragung festgestellt werden. Die Arbeit präsentiert die Konfiguration der UART- und CAN-Schnittstellen sowie die Implementierung von Kommunikationsprotokollen, um Nachrichten zwischen den PCs und Mikrocontrollern auszutauschen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kommunikationsbrücke erfolgreich realisiert wurde und die Datenübertragung zuverlässig funktioniert.
Diese Arbeit liefert somit einen wertvollen Beitrag zur Entwicklung von Kommunikationslösungen in eingebetteten Systemen und zeigt, wie Mikrocontroller effektiv für die Realisierung von Kommunikationsbrücken eingesetzt werden können. Dieses Projekt eröffnet Möglichkeiten für zukünftige Anwendungen, bei denen die Vernetzung von Mikrocontrollern und PCs erforderlich ist.
Die Fernsteuerung und Datenerfassung von Oszilloskopen über Ethernet ist ein relevantes Thema für die Optimierung von Messaufbauten. Das Ziel dieses Projekts besteht darin, eine benutzerfreundliche Anwendung zu entwickeln, die es ermöglicht, ein Oszilloskop über Ethernet anzusteuern und Messdaten abzurufen. Um dieses Ziel zu erreichen, sind mehrere Schritte erforderlich. Zunächst wird eine virtuelle Maschine mit der Linux-Distribution Ubuntu eingerichtet. Anschließend wird die Entwicklungsumgebung Qt Creator installiert. Weiterhin wird die Bibliothek LXI (LAN eXtensions for Instrumentation) [4] installiert. Schließlich werden die Programmiersprache C und die SPCI (Standard Commands for Programmable Instruments [10]) -Befehlsdefinitionen in Qt Creator verwendet, um die gewünschte Aufgabe auszuführen. Der entwickelte Code wird getestet, indem das Oszilloskop über Ethernet mit der virtuellen Maschine verbunden wird. Am Ende dieses Projekts wird es möglich sein, verschiedene Daten eines Referenzsignals automatisch und aus der Ferne zu messen. Dies ermöglicht die flexible Fernsteuerung und Datenabfrage von Oszilloskopen über ein Netzwerk, wodurch eine effiziente Erfassung und Analyse von Messdaten ermöglicht wird.
In dieser Arbeit wird die Strahlenhärtung eines KI Hardware Beschleunigers beschreiben, in dem das Design mit dem Triple Modular Redundancy Generator Toolset (TMRG) vollständig tripliziert wird. Anschließend wird das triplizierte Design mit einer statischen und einer dynamischen Verifikation auf die korrekte Art der Triplizierung und seiner Funktionsweise untersucht. Zuletzt werden Simulationen mit drei verschiedenen Injektionstypen durchgeführt, in dem die tatsächliche Funktion der Voter durch Injektion von Single Event Upsets geprüft wird.
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.
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.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit zwei Konzepten zur Steigerung der Resilienz gegenüber
strahleninduzierten Logikfehlern des MOPS-HUB FPGA Entwurfs im Kontrollsystem
des ATLAS Pixeldetektors am CERN. Um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit
der Detektordaten zu gewährleisten, müssen die elektronischen Systeme robust und
fehlertolerant gegenüber einer strahlenbelasteten Umgebung sein. Zum einen wird
die Möglichkeit der partiellen Rekonfiguration von Xilinx FPGAs als Methode zur
Fehlerbereinigung des FPGA Konfigurationsspeichers näher vorgestellt. Es wurde ein
Testentwurf und ein Programm zur teilweisen Rekonfiguration des FPGA aus der
Anwenderlogik heraus mittels ICAP entwickelt. Als zweites Konzept wurde sich mit
der Anwendung von TMR auf den MOPS-HUB Entwurf beschäftigt. Es wurden Tools
entworfen, welche den manuellen Aufwand der Implementierung von TMR reduzieren
und bei der Validierung unterstützen.
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.
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.
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.
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.
Physical Unclonable Functions (PUFs) sind Schaltkreisprimitive, die abhängig von den unkontrollierbaren Schwankungen im Herstellungsprozess chip-spezifische und einzigartige Ausgaben erzeugen. Diese kostengünstigen und hocheffizienten Strukturen haben eine breite Palette von Anwendungsbereichen einschließlich Authentifizierung, Schlüsselgenerierung und IP-Schutz. In dieser Arbeit geht es um die FPGA-Implementierung einer Ringoszillator basierten Physically Unclonable Function, die mit dem Yosys-Framework auf einem Gatemate FPGA der Firma Cologne Chip implementiert werden soll.
Im Rahmen dieser Abschlussarbeit wird die Kommunikation in LoRaWAN
Funktechnologie getestet. Der Fokus ist hier die Programmierung eines ESP32-
Mikrocontrollers, der LoRaWAN-Kommunikationsfähig ist und Spannungswerte an
einer Batterie überwacht. Dabei ermöglicht es die Programmierung des ESP32, die
Nutzdaten an einen Netzwerkserver zu senden. Der Abruf der Informationen erfolgt
über einen Internetzugriff auf den Netzwerkserver. Zum Test wurde ein Labornetzgerät
und eine Leiterplatte benutzt. Hierbei wurde die Spannung über einen ADC eingelesen
und über LoRaWAN an den Netzwerkserver weitergeleitet.
Control of a Keithley 2400 Sourcemeters via an RS-232
Interface using SCPI Commands
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der FPGA Implementierung einer SRAM basierten Physically Unclonable Function, welche unter Verwendung der Synthesesoftware Yosys umgesetzt werden soll. Nach einer notwendigen Einführung in das GateMate FPGA 1A1 wird ein umfassender Überblick auf ein Block RAM (BRAM) gegeben. Basierend auf der VHDL Sprache wird ein Modul erstellt, das aus verschiedenen Untermodulen besteht, um die Daten des BRAMs über eine serielle Schnittstelle zu transferieren. Als Ergebnis werden die Daten ausgelesen und ausgewertet.
Auslegung eines Tiefsetzstellers mit pulsweitenmodulierter Regelung durch einen Hysterese-Komparator
(2022)
Die Bachelorthesis beschäftigt sich mit dem Entwurf eines Tiefsetzstellers in einer 180nm CMOS Technologie. Der Fokus liegt auf der Umsetzung einer Regelung, die auf einem Hysterese Verfahren beruht und dafür sorgt, dass der Tiefsetzsteller die erforderliche Ausgangsspannung unabhängig von Störparametern erreicht. Zwei verschiedene Verfahren, die auf einer Welligkeitsinjektionstechnik beruhen, werden vorgestellt und untersucht. Der Tiefsetzsteller wird für eine gegebene Spezifikation ausgelegt und es werden beide Ansätze der Hysterese-Regelung umgesetzt und mit Hilfe der Simulationsresultate verifiziert
In dieser Arbeit wird eine temperaturstabile Bandgap-Spannungsreferenzschaltung (dt. Bandabstandsreferenz) mit stabilisiertem Differenzverstärker für einen synchronen Buck-Konverter (dt. Abwärtswandler) entwickelt, welcher eine Eingangsspannung von 3,3 V in eine Ausgangsspannung von 1,2 V umwandelt.
Die Bandgap-Spannungsreferenzschaltung ist eine von vielen benötigten Komponenten des synchronen Buck-Konverters, welche im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurde und in die Schaltung des Buck-Konverters integriert werden soll.
Für die Entwicklung und Simulation der Schaltung der Spannungsreferenz wird das Programm ,,Virtuoso 6.1-64b“ des Softwareherstellers ,,Cadence Design Systems“ verwendet. Cadence Design Systems, Inc. ist einer der weltweit größten Anbieter von Entwurfsautomatisierung elektronischer Systeme. Diese Software bietet Simulationsmodelle für alle im Abwärtswandler verwendeten Bauteile.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Konfiguration der GNU RISC-V Toolchain für die erste Programmierung des Entwicklungsboards Sipeed Longan Nano in der Eclipse Entwicklungsumgebung.
In diesem Zusammenhang wurde der Aufbau eines Mikrocontrollers, der Ablauf der Erstellung von Software und die Konfiguration der GNU RISC-V Toolchain für die Programmierung der RGB LED des Entwicklungsboards beschrieben. Dazu gehört das Linker-Script, die Vektortabelle und der Startcode.
In dieser Bachelorarbeit wird ein Time-to-Digital Converter für eine Time-of-Flight Anwendung untersucht und durch Messungen charakterisiert. Der Time-to-Digital Converter, der von zwei ehemaligen Studenten der Fachhochschule Dortmund entwickelt wurde, ist dafür zuständig, die temperaturbedingte Änderung der Einschaltverzögerung der Lichtquelle, die während den Signalaufnahmen einer Time-of-Flight Kamera entsteht, zu erfassen und die entstandenen Verzögerungen zu korrigieren. Die Aufgabe dieser Arbeit ist es, den entwickelten Testchip mit einer vorentwickelten Platine von Elmos Semiconductor SE zu analysieren und zu überprüfen, ob der Testchip ordnungsgemäß funktioniert. Um den Testchip so aussagekräftig wie möglich zu testen, wird unter Einbindung der Programmiersoftware Qt der Test des TDC automatisiert.
Ziel dieser Arbeit ist, die Entwicklung einer DA-Wandler-Ansteuerung unter Nutzung einer Qt-Anwendung.
Diese Arbeit ist eine Fortsetzung des im Rahmen der betrieblichen Praxis
durchgeführten Projektes, in dessen Rahmen die Steuerung eines Digital-Ana-log-Wandlers in VHDL entworfen wurde.
Die beiden Arbeiten sind wiederum Bestandteil des POLDI-Projekts, welches zum Ziel hat mit Hilfe von polarisiertem Licht einen berührungslosen Win-kelsensor zu entwickeln.
In dieser Bachelorthesis wird die Inbetriebnahme eines Kommunikationssystems sowie die Entwicklung einzelner Bestandteile erläutert. Das System beinhaltet eine Softwareoberfläche, über die ein CAN-Interface sowie ein I2C-Master angesteuert werden können. Diese sind über das jeweilige Bussystem an einen CAN-Controller bzw. I2C-Slave angeschlossen, welche beide auf demselben FPGA Baustein implementiert sind. Der CAN-Controller sowie das I2C-Slave sind über eine Brückenlogik verschaltet, die es in toto ermöglicht, dass Daten zwischen den Bussystemen übertragen werden können. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Brückenlogik und die Softwareoberfläche entwickelt.
Diese Thesis handelt von der Konfiguration und Kalibrierung eines optischen Winkelge-bers, welcher mit einer Entwicklungsplatine verbunden ist. Auf dieser Platine befinden sich Bauteile, die Signale des optischen Winkelgebers erhalten. Die digitalen Ausgangs-signale der Bauteile auf der Entwicklungsplatine sind wiederum mit einem FPGA ver-bunden. Für die Konfiguration des FPGAs wird ein VHDL-Design zur Ansteuerung die-ser Bauteile entworfen. Außerdem wird eine Software zur Nutzung des VHDL-Designs entworfen.
In dieser Arbeit wird eine Treiberstufe für die Verwendung in einem synchronen Abwärts-wandler entwickelt.
Der Abwärtswandler hat das Ziel, eine Eingangsspannung von 3,3 V in eine Ausgangs-spannung von 1,2 V umzuwandeln. Der Schalter der Treiberstufe wird in einer 180nm CMOS Technologie entworfen und durch die Firma UMC (United Microelectronics Cor-poration) produziert.
Der entwickelte Schalter der Treiberstufe wird in einem synchronen Abwärtswandlers integriert und wird für alle Funktionen verifiziert.
Für den Entwurf und das Layout der Schaltung des Treibers wird die Software "Virtuoso 6.1-64b" des Herstellers "Cadence Design Systems" verwendet. Diese Software bietet Simulationsmodelle für alle im Abwärtswandler verwendeten Bauteile.
Inhalt dieser Arbeit ist der Entwurf und der Aufbau eines Photodiodenverstärkers. Mithilfe der erstellten Platine kann die Detektion von Laserpulsen einer ToF-Ka-mera erfolgen. Dazu werden spezifische Bauteile ausgesucht und mit der Software Cadence simuliert. Anschließend wird die Platine mit der Software Altium Desig-ner entworfen. Als letztes wird die Schaltung auf ihre Funktionalität überprüft und im Zusammenspiel mit der Kamera getestet.
In dieser Arbeit wird der Aufbau einer Verbindung zwischen einem Linux Rechner unter Verwendung der Programmierumgebung QT-Creator und der D2XX Bibliothek erläutert. Anschließend wird das Mini Modul als I2C-Schnittstelle konfiguriert, und für die Kommunikation mit dem Speicherbaustein EEPROM 24LC256 über das I2C Protokoll verwendet. Zur Umsetzung dieser Ziele wurde eine GUI zur Steuerung des Mini Moduls programmiert und eine Testplatine für die Platzierung der benötigten Bauteile erstellt.
Die mit der GUI programmierte Applikationssoftware erlaubte zunächst nur die Aktivierung von einzelnen LEDs, die auf der Platine angebracht und mit dem Mini-Modul verbunden waren. Schließlich wurde die GUI und die Applikationssoftware um die Ansteuerung des Mini Moduls als I2C-Schnittstelle erweitert, so dass eine I2C Datenübertragung gestartet und die empfangenen Daten ausgewertet werden konnten. Als letztes wurde der Datentransfer anhand eines Oszilloskops überwacht und analysiert.
Im Rahmen dieser Bachelorthesis wird ein Infrarot LED-Treiber auf Basis eines PCBs
entwickelt, welcher anschließend charakterisiert wird. Die Hauptbestandteile der Schaltung
bilden ein MOSFET und eine High-Power IR-LED. Der Fokus liegt hierbei auf der Analyse
des zeitlichen Verhaltens der Lichtemission der LED, um die Eignung dieser Schaltung für
ToF-Kameras zu untersuchen. Die vorliegenden Messergebnisse werden mithilfe von
Simulationen reproduziert, um eine Grundlage für die genauere Prüfung der Einflussfaktoren
zu erhalten.
In dieser Arbeit wird ein Low-Side Komparator entwickelt.
Der Low Side Komparator wird in die integrierte Schaltung eines Sägezahngenerators eingesetzt zur Verwendung in einem Tiefsetzsteller, welcher in einer 180nm CMOS Technologie entworfen worden ist und durch die Firma United Microelectronics Corporations (UMC) produziert werden soll.
Für die Entwicklung und Simulation der Schaltung des Komparators wird das Programm ,"Virtuoso 6.1-64b" des Softwareherstellers "Cadence Design Systems" verwendet. Cadence Design Systems, Inc. ist einer der weltweit größten Anbieter von Entwurfsautomatisierung elektronischer Systeme.
Diese Software bietet Simulationsmodelle für alle im Tiefsetzsteller verwendeten Bauteile.
In dieser Arbeit wird ein Low-Dropout Spannungsregler für einen synchronen Abwärtswandler/ Tiefsetzsteller (eng. step-down/Buck-Converter) entwickelt.
Im Rahmen des Projektes soll der integrierte Spannungsregler, der eine Eingangsspannung von 3,3 V in eine Ausgangsspannung von 1,2 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. Cadence Design Systems, Inc. ist einer der weltweit größten Anbieter von Entwurfsautomatisierung elektronischer Systeme. Diese Software bietet Simulationsmodelle für alle im Abwärtswandler verwendeten Bauteile.
Im Rahmen dieser Arbeit werden digitale Schaltungen für die Berechnung von
Quotienten und die Auswertung der Arkussinusfunktion entworfen und implementiert.
Da diese für die Entwicklung eines kompakten Winkelsensors benötigt
werden, wird für die Realisierung der CORDIC-Algotihmus verwendet, welcher
die Umsetzung und die Funktionsauswertung mit geringem Hardwareaufwand
auf einem FPGA erlaubt. Für die beiden Operationen wird in VHDL jeweils ein
Modul entworfen und simuliert und abschließend auf einem Testboard überprüft.
Durch die Simulation und die Tests wird die korrekte Funktion des Entwurfs sowie
dessen Genauigkeit bei der Berechnung über einen weiten Arbeitsbereich verifiziert.