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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.
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.
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.
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.
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 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.
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.
Control of a Keithley 2400 Sourcemeters via an RS-232
Interface using SCPI Commands
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Volltext-Dokument wurde aufgrund notwendiger Korrekturen auf Wunsch des Urhebers entfernt. Die korrigierte Version ist unter folgendem DOI erreichbar: https://doi.org/10.26205/opus-3361
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.