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This Master thesis is part of an effort to implement the planned upgrade High-
Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) at CERN Geneva/Switzerland. The
ATLAS Pixel Detector which is installed at the LHC is also getting among others
a new detector control system (DCS) update. Each module in the Detector
Control System will have an integrated DCS chip which includes on-chip shunt
and Linear regulators, ADC, bypass transistor and a modified I2C slave node. In
this master thesis, Shunt and Linear regulators are explained and simulated using
the Globalfoundaries 130nm CMOS designkit. A Kuijk bandgap reference based
Power-On-Reset (POR) circuit is explained and designed in detail. The design
of the POR includes an implementation with CMOS instead of diodes or bipolar
transistors. It was simulated using Globelfoundaries 130nm CMOS designkit. Finally,
a layout was developed for fabrication. The DCS system needs DCS bridge
controllers which include a Controller Area Network (CAN) node and a modified
I2C master node. For this purpose CAN and CANopen standards are explained
in detail for implementation.
Diese Masterthesis beschäftigt sich im Rahmen des Testchips TC1.5 der Infineon Austria AG mit der Analyse und Charakterisierung des Reverse und Forward Body Biasing mit differentieller Spannungsskalierung. In einem theoretischen Grundlagenteil werden dem Leser zunächst die Beweggründe sowie die nötigen Informationen der zugrunde liegenden Halbleiter-Technologie vermittelt, um ihn an die Thematik des Body Biasing und der Power Management Einheiten heranzuführen. Es folgt die Beschreibung des AurixPlus-digital EVR and PMS Testchips (Version 1.5) hinsichtlich seiner Struktur und Funktionalität. Den Kern der Arbeit bilden der Aufbau eines teilweise automatisieren Messplatzes, die Entwicklung einer Testsoftware (Python, C#), die Erarbeitung von Test Spezifikationen sowie die Durchführung entsprechender Messungen zur Analyse und Charakterisierung. Die Ergebnisse dieser Messungen werden im Anschluss eingehend besprochen und mit Bezug auf zukünftige Entwicklungen in diesem Bereich bewertet.
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.
Virtual Reality, Games und immersive Medien sind zurzeit in aller Munde. Überall liest man von Schlagwörtern wie 3D, Immersion oder Spatial-Audio - zum einen in meist stark auf Technik fokussierten Artikeln, zum anderen fast ausschließlich bezogen auf Games und Virtual Reality (VR). Gleichzeitig findet eine gegenläufige Entwicklung statt, indem Filme vermehrt auf Smartphones und Tablets konsumiert und Big-Budget-Produktionen statt im Kino auf Streaming-Plattformen veröffentlicht werden.
In diesem Spannungsfeld möchte ich einen Schritt zurückgehen und den klassischen Film
betrachten. Wie schafft er es seit seinem Bestehen, den Zuschauer in das Geschehen zu
involvieren? Was kann er von den aktuellen Entwicklungen übernehmen oder ist das Medium in der aktuellen Form ein Auslaufmodell?
Mit Blick auf das Sounddesign untersuche ich, wie immersive Wirkungen im Film entstehen und warum Klänge im Allgemeinen immersive Eigenschaften besitzen.
Dazu führe ich im ersten Kapitel in das unübersichtliche Themenfeld der medialen Immersion ein. Im zweiten Kapitel erarbeitete ich mein Komponentenmodell der klanglichen Immersion (KMKI), ein Analysemodell, mit dem sich immersive Wirkungen im Film untersuchen lassen. Dieses wende ich an diversen Filmbeispielen praktisch an und schaffe außerdem ein theoretisches Fundament, damit das Modell offen für zukünftige Erweiterungen bleibt. Abschließend fasse ich im dritten Kapitel die Ergebnisse der Arbeit zusammen und erkläre anhand meiner praktischen Masterarbeit totalSense meine eigene Herangehensweise, um eine immersive Hörerfahrung zu schaffen.
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.
Im Rahmen dieser Masterthesis wird eine Delay-Locked Loop von einem idealen Aufbau
über Verilog-A Modellen bis hin zur realen Umsetzung entworfen. Diese Delay-Locked Loop
(DLL) wird für die Nutzung in einem Time-to-Digital Converter (TDC) mit Local-Passiv-Interpolation,
entwickelt. Mit Hilfe des TDC soll eine Verzögerungszeit bei einer Time-of-Flight
Anwendung ermittelt werden. Hauptbestandteil dieser Arbeit ist es, eine Charge Pump zu implementieren,
welche eine geringe Auswirkung auf die Phasenverschiebung der Regelschleife
aufgrund von parasitären Eigenschaften im Schaltmoment aufweist. Zudem wird für die
Stromregelung innerhalb der Charge Pump ein präziser Transkonduktanzverstärker (OTA)
mit einem hohen Eingangsspannungsbereich implementiert. Für die Entkopplung der Verzögerungskette
als Last von der Filterspannung wird ein Low-Dropout Spannungsregler (LDO)
entwickelt.
Im Verlauf der Arbeit hat sich gezeigt, dass eine Charge Pump, aufgebaut mit einem differentiellen
Stromzweig, aufgrund des konstant fließenden Stroms die geringsten parasitären Einflüsse
aufweist. Innerhalb dieser Charge Pump wird ein gefalteter Transkonduktanzverstärker
als Spannungsfolger genutzt, um das Potential in den Zweigen der differentiellen Stufe
aneinander anzugleichen und somit die Einflüsse im Schaltmoment zu verringern. Zusätzlich
erfolgt über diesen Verstärker eine exakte Stromanpassung der UP- und DOWN-Ströme.
Für die Umsetzung der Verzögerungskette wird das Rauschverhalten verschiedener CMOSInverter
bezüglich Phasenrauschen und Jitter simuliert. Aufgrund dieser Simulationen ist der
differentielle Inverter mit NMOS-Kreuzkopplung für die Umsetzung der Delay-Line ausgewählt
worden.
Die real aufgebaute Delay-Locked Loop wird nach der Spezifikation für Automobilanwendungen
in einem Temperaturbereich von -50°C bis 120°C simuliert. Zusätzlich werden globale
und lokale prozessbedingte Variation berücksichtigt. Bei dieser Simulation stellt sich eine maximale
Phasenverschiebung zur Referenzperiodendauer von 218 ps ein. Dies entspricht bei
einer Referenzfrequenz von 25 MHz einer Abweichung von ca. 0,5 % und führt zu einem
Messfehler der Delay-Locked Loop von 3 cm. Somit könnte im schlechtesten Fall ein Objekt
von der ToF-Kamera mit einem Fehler von 3 cm detektiert werden.
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.
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.
In dieser Thesis wird ein Time-to-Digital Converter mit einer Sub-Gate-Delay Auflösung, also
einer höheren Auflösung als die Durchlaufzeit eines in dieser Prozesstechnik realisierten Inverters,
mithilfe verschiedener Ansätze, wie dem Vernier TDC oder dem Local Passive Interpolation
TDC, untersucht. Hierbei wird eine Delay-Locked Loop genutzt, um die Durchlaufzeit
der jeweiligen Inverterkette zu regeln. Der Vorteil dieses Ansatzes ist, dass die Durchlaufzeit
auch bei PVT-Variationen, also Variation der Prozesscorner, Versorgungsspannung und Temperatur,
auf die Referenzperiodendauer eingestellt wird. Somit sind lokale Prozessabweichungen
die vorherrschende Quelle für Ungenauigkeiten in der Auflösung des TDC. Die Auflösung
kann mithilfe der differentialen und integralen Nichtlinearität beschrieben und ausgewertet
werden.
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 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.
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.
Die Masterthesis Entwicklung einer mobilen SCADA-Einheit für energietechnische
Schaltanlagen auf Basis der Norm IEC 60870-5-104 unter Java umfasst die Programmierung
einer mobilen SCADA-Einheit für energietechnische Schaltanlagen.
Dabei wird im Rahmen dieser Arbeit ein der Norm IEC 60870-5-104 entsprechender
Client entwickelt. Dieser Client regelt mittels einer Schnittstelle die Kommunikation zwischen
einer Benutzeroberfläche und einem Fernwirkgerät. Die Benutzeroberfläche ist für
einfache Schaltanlagen parametrierbar. Prüfprozeduren sorgen für einen reibungslosen
Kommunikationsfluss. In Melderichtung werden die empfangenen Informationen genutzt,
um ein Prozesszustandsbild der Schaltanlage zu erstellen. In Befehlsrichtung können Sollwerte
und Doppelbefehle abgesetzt werden. Zum Ausbau der Datensicherung können die
Parameter in einer Datenbanksicherung angelegt werden.
Mit der mobilen SCADA-Einheit kann mit einem Fernwirkgerät eines beliebigen Herstellers
über die Norm IEC 60870-5-104 kommuniziert werden und diese als Displaysteuerung
eingesetzt werden.
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.
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.
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.
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.
Die Masterthesis Entwicklung und Validierung einer Simulationsumgebung mit fernwirk und stationsleittechnischen Funktionen und IEC 60870-5-104 Kommunikation unter Java
umfasst die Implementierung einer Simulationsumgebung zur Veranschaulichung
fernwirk- und stationsleittechnischer Vorgänge in Kombination mit einer IEC 60870-5-104 Kommunikation. Die Simulationsumgebung ist dabei als IEC 60870-5-104-Server definiert. Nach der Stationsinitialisierung und der Übertragungssteuerung kann die Simulationsumgebung Telegramme in Steuerungsrichtung empfangen, analysieren und entsprechende
fernwirk- und stationsleittechnische Vorgänge auslösen. In Melderichtung sind
spontane Prozessänderungen oder durch Steuervorgänge ausgelöste Änderungen durch Generierung und Übertragung von Telegrammen umzusetzen. Mit der Simulationsumgebung können durch eine IEC 60870-5-104 Kommunikation ausgelöste Vorgänge innerhalb eines Fernwirkgerätes sowie anhand einer Prozesssimulation demonstriert werden.
In dieser Masterthesis wird die Entwicklung einer Komponente zum Vergleich von Clocktrees
beschrieben, die als Erweiterung in ein bestehendes Clocktree-Analyse-Tool integriert wird. Das
bestehende Programm ist aus einer Tcl-Anwendung und einer Qt-Applikation aufgebaut. Alle
Algorithmen und eine Datenbasis, welche die Daten zu den Clocktrees enthält, sind Teil der Tcl-
Anwendung. Die Benutzeroberfläche wird durch eine Qt-Applikation realisiert, welche durch die
Komponente für den Vergleich der Clocktrees ergänzt wird. Der Algorithmus für diesen Äquivalenzcheck
basiert auf der Graphentheorie. Dazu werden die Clocktrees in Baum-Graphen transformiert,
um die daraus resultierenden Strukturen vergleichbar zu machen. Die ermittelten Elemente,
welche den Unterschied verursachen, werden in der Qt-Applikation, in einem Schematic-
Viewer-Widget koloriert, das bereits in der bestehenden Applikation implementiert ist.