Studien- & Diplomarbeiten
bzw.
Bachelor- & Masterarbeiten

Im Rahmen des C-PMSE-Projekts wird am Lehrstuhl ein Funkempfänger für das UHF-Band entwickelt um potentielle freie Frequenzen für drahtlose Mikrofone zu finden. Dieser Empfänger besteht aus einem analogen Frontend und einem Digitalteil. Um die Kosten für den Empfänger möglichst gering zu halten ist es denkbar, den Digitalteil mit modernen "System on Chip" Prozessoren (SoC, z.B. OMAP von TI) anstatt mit FPGAs zu realisieren.

Innerhalb dieser Master-/Bachelorarbeit soll ein geeignetes Eval-Board mit SoC ausgewählt werden. Anschließend ist die Funktionalität des Digitalteils für den Receiver auf dem Eval-Board zu implementieren. Dazu gehört die Ansteuerung der ADCs, Signalverarbeitung (evtl. auf integriertem DSP) und der anschließende Datenversand per Ethernet. Bei Fragen einfach vorbeikommen oder E-Mail schreiben. Der Umfang der Arbeit kann variabel angepasst werden.

Im Rahmen des C-PMSE-Projekts wird am Lehrstuhl Empfänger für das UHF-Band (470 – 870 MHz) entwickelt, um potentielle freie Frequenzen für drahtlose Mikrofone zu finden. Hierfür soll eine Antenne für diesen Frequenzbereich entwickelt werden, die es ermöglicht verschiedene Antennenpattern zu wählen. Durch die Umschaltbarkeit des Richtdiagramms kann die Detektion und Ortung von Signalen verbessert werden.

Innerhalb dieser Master-/Diplomarbeit soll eine intelligente UHFAntenne mit Hilfe von CST entwickelt und simuliert werden. Der Fokus liegt auf der Realisierung der Umschaltbarkeit verschiedener Richtdiagramme. Anschließend ist die Antenne im Labor aufzubauen und messtechnisch zu charakterisieren. Da die Antenne später in Kleinserie produziert werden soll, muss auch die mechanische Realisierbarkeit beim Design betrachtet werden.

Im Rahmen des Forschungsprojekts KAIMAN wird ein Empfängerfrontend zur Ortung von Emittern im Frequenzbereich von 30 MHz bis 3 GHz entwickelt.

Es werden unter anderem Komponenten zur analogen Filterung der Hochfrequenzsignale entworfen, aufgebaut und vermessen. Modernste Simulations- und Messinstrumente werden dabei verwendet.

Verschiedenste interessante Themen für studentische Arbeiten sowohl als Abschlussarbeit als auch als HiWi-Tätigkeiten stehen auf diesem Gebiet zur Verfügung. Jederzeit kann auch ein neues Thema maßgeschneidert werden.

Mögliche Aufgabenstellungen sind:

• MATLAB-Implementierung von Filterdesignalgorithmen (von Transferfunktion bis zur Koppelmatrix)
• Charakterisierung von Leitungsfilterresonatoren (Güten + Koppelfaktoren zweier Resonatoren)
• Untersuchung von Filteraufbautechnologien bei Leitungsfiltern auf Eignung zur Generierung unsymmetrischer Transferfunktionen
• Untersuchung multimodaler Resonatoren zur Größenreduzierung von Filtern (Kopplung, Limitierungen)

Im Rahmen einer Abschlussarbeit sollen verschiedene Leitungsfilterresonatoren bei 6 bis 8 GHz auf ihre Güte und Verkopplungseigenschaften hin untersucht werden. Dies ist für eine Filtersynthese notwendig. Dazu muss der Resonator einzeln simulatorisch analysiert, aufgebaut und messtechnisch charakterisiert werden. Anschließend muss die Kopplung zweier Resonatoren bestimmt werden. Ein Filter bei den genannten Frequenzen ist optional zu entwerfen. Die Messung der Filtertransmissionseigenschaften des Filters stellt den Abschluss der Arbeit da.

Agilent ADS und Momentum, CST Microwave Studio sowie MATLAB stehen als Simulationsumgebungen zur Verfügung.

Am LTE werden im Rahmen des RoCC-Projekts (Radar on Chip for Cars) in Unteraufträgen für Bosch und Infineon verschiedene Untersuchungen zu einem neuen Radarsensor-IC auf Basis einer SiGe-Technologie mit Einsatzgebiet im Automotive Bereich durchgeführt.

Es werden laufend interessierte und motivierte Studenten gesucht, die ihre Studien-, Diplom- oder Projektarbeit auf diesem Gebiet verfassen möchten.

Mögliche Aufgabenstellungen umfassen:

• Untersuchungen zu FMCW-Radar-Architekturen
• Erstellen von realitätsnahen Modellen für die Simulation
• Design und Layout integrierter Radar-Frontends

Alle Themen können auf die individuellen Wünsche und Fähigkeiten das Studien-/Projektarbeiters bzw. Diplomanden abgestimmt werden.

Voraussetzungen: Interesse und Spaß an der Sache! Des Weiteren sind Kenntnisse in analoger Schaltungstechnik bzw. HF-Technik, sowie der grundlegende Umgang mit Simulationswerkzeugen und Messinstrumenten, von Vorteil.

Restriktiv auf die Simulation von FMCW-Radar-Systemen wirken sich vor allem die hohen Trägerfrequenzen bei gleichzeitig großen Bandbreiten und langen Frequenzrampen aus, weshalb die Schaltungssimulation im Zeitbereich wenig sinnvoll ist. Deshalb wurden immer wieder neue Simulationsmethoden, wie z.B. Circuit Envelope, oder Modellierungsansätze, wie z.B. S-Parameter, entwickelt um die Datenmenge bei der Berechnung der Schaltung gering zu halten.

Mit der Arbeit soll ein Überblick über gebräuchliche Simulationsmethoden und Modellierungsansätze im Bereich FMCW-Radar gegeben und neue Trends aufgezeigt werden. Ein Vergleich der benötigten Rechenkapazität bzw. Simulationszeit rundet die Arbeit ab.

Anforderungen: Erste Erfahrungen mit Simulationstools sind von Vorteil

Das neueste Release von SystemVue verspricht im Vergleich zu ADS eine erweiterte Funktionalität sowie effizientere Methoden bei der Schaltungssimulation, so bietet es einerseits mit dem integrierten Simulationstool Spectrasys die Möglichkeit Schaltungen im Frequenzbereich zu berechnen, und andererseits die Möglichkeit Matlab-Code direkt ins Schematic einzubinden.

In der Arbeit soll zunächst ein bestehendes Circuit-Level Phased-Array FMCW-Radar Schematic von ADS nach SystemVue portiert werden, und zusätzlich die bestehende Matlab Co-Simulation des Radarkanals, in der Daten eines 3D-Raytracers verarbeitet werden, in SystemVue integriert und effizient umgesetzt werden. Zum Abschluss soll die Funktionsweise verifiziert und die zu erwartende Verbesserung der Simulationsdauer gemessen werden.

Anforderungen: Grundkenntnisse in analoger Schaltungstechnik bzw. HF-Technik und im Umgang mit den Simulationstools ADS sowie Matlab sind von Vorteil

Durch die Verwendung von I/Q-Komponenten kann die Funktionalität von Radarsystemen erhöht werden. So wird u.a. ein I/Q-Modulator als Phasenschieber eingesetzt um die Phasenlage der Signale in den Sendepfaden eines Phased-Array FMCW-Radars zu variieren.

In der Arbeit soll ein bestehendes Radarkonzept auf Transmitter- wie auch Receiverseite um I/Q-Komponenten erweitert und die verbesserte Funktionsweise verifiziert werden. Teilweise können vorhandene Bauteile verwendet werden, andere (z.B. ein differentieller I/Q-Mischer) sind hingegen zunächst selbst zu erstellen.

Anforderungen: Grundkenntnisse in analoger Schaltungstechnik bzw. HF-Technik und im Umgang mit den Simulationstools (hier speziell ADS) sind von Vorteil

Effekte wie Nichtlinearitäten, Phasenrauschen oder Leakage beeinflussen die Qualität von elektronischen Schaltungen, so führt das Mischer-Leakage beim FMCW-Radar zu einem Gleichanteil im Empfangssignal, der im Folgenden den Dynamikbereich des A/D-Konverters einschränkt, weshalb das Leakage so gering wie möglich sein sollte.

Für ein Phased-Array FMCW-Radarsystem soll untersucht werden wie stark sich die auftretenden Effekte nicht-idealer Schaltungskomponenten auf das Nutzsignal auswirken. Speziell soll dabei auf die Effekte eingegangen werden, die sich im Transmitter negativ auf das Sendesignal auswirken, sowie auf die Auswirkung der wechselseitigen Beeinflussung innerhalb der Sendepfade des Phased-Arrays auf das Empfangssignal.

Anforderungen: Grundkenntnisse in analoger Schaltungstechnik bzw. HF-Technik und im Umgang mit den Simulationstools ADS sowie Matlab sind von Vorteil, Systemverständnis

Im Rahmen des Forschungsprojekts LOWILO soll ein miniaturisiertes drahtloses Sensorsystem mit Ortungsfunktion realisiert und erprobt werden. Dazu wird im Lehrstuhl unter anderem die gesamte digitale Signalverarbeitung im Basisband entwickelt.

Bei dieser Studien-/Diplomarbeit geht es um eine Untersuchung bestehender und Entwicklung neuer Algorithmen zur Entfernungsschätzung in linearen FMCW Sekundärradarsystemen, sowie deren Implementierung auf Software und/oder Hardware.

Im Rahmen des Forschungsprojekts LOWILO soll ein miniaturisiertes drahtloses Sensorsystem mit Ortungsfunktion realisiert und erprobt werden. Dazu wird im Lehrstuhl unter anderem die gesamte digitale Signalverarbeitung im Basisband entwickelt.

Bei dieser Studien-/Diplomarbeit geht es um die Entwicklung eines Zoom-FFT-Algorithmus zur gezielten Spektralanalyse ausgewählter Frequenzbänder von empfangenen Radarsignalen, sowie deren Implementierung und Verifikation auf Hardware.

Im Rahmen des Forschungsprojekts LOWILO soll ein miniaturisiertes drahtloses Sensorsystem mit Ortungsfunktion realisiert und erprobt werden. Dazu wird im Lehrstuhl unter anderem die gesamte digitale Signalverarbeitung im Basisband entwickelt.

Bei dieser Studien-/Diplomarbeit geht es um den Entwurf eines erweiterten Kalman-Filters zur Sensorfusion sowie deren Implementierung auf einem ASIC in 0,13 um CMOS Technologie. Alternativ kann eine Implementierung auf einem FPGA-Board erfolgen.

Im Rahmen des Forschungsprojekts LOWILO soll ein miniaturisiertes drahtloses Sensorsystem mit Ortungsfunktion realisiert und erprobt werden. Dazu wird im Lehrstuhl unter anderem die gesamte digitale Signalverarbeitung im Basisband entwickelt.

Hierzu ergeben sich einige Möglichkeiten für Studien- und Diplomarbeiten:

• Algorithmenentwicklung und Simulation in Matlab/C/C++
• Implementierung und Test auf einem FPGA-Board
• Digitales Chipdesign – ASIC Entwicklung in 0,13 um CMOS Technologie

Aufgabe:
In der Arbeit sollen theoretische Untersuchungen angestellt werden, wie die Eigenschaften von bestehenden Netzen auf einer Baugruppe (Assembly) automatisch ermittelt und beschrieben werden können. Dazu sollen die Eigenschaften der jeweils an ein Netz angeschlossenen IC-Pins bzw. diskreten Bauelemente zur Erstellung von "Netzmodellen" herangezogen werden. Als Basis steht eine Embedded-Baugruppe (inkl. Schaltplan, Netzliste, Bauteilliste etc.) der Firma Siemens AG zur Verfügung. Zu betrachten sind sowohl die dedizierten Schnittstellen der Baugruppe, als auch alle anderen darauf existierenden Netze. Ziel dieses Vorgehens ist es, dass bei einem anstehenden Schaltungs-Redesign nur die Teilbereiche neu entwickelt werden müssen, die auch ersetzt bzw. abgeändert werden sollen.

Hintergrund:
In der industriellen Praxis besteht im Bereich Hardware-Entwurf häufig das Problem einer unzureichenden oder gar völlig fehlenden Spezifikation, oder auch Dokumentation. Wenn sich dieses Problem auch auf die Schnittstellen einer Embedded-Baugruppe erstreckt, kann dies zu kostspieligen Folgen für ein Unternehmen führen. Wird beispielsweise ein auf einer Baugruppe eingesetztes Bauelement abgekündigt, so erfolgt nicht selten ein komplettes Redesign der Schaltung. Ohne das Vorliegen verlässlicher Baugruppenbeschreibungen (Spezifikation, Dokumentation) kann häufig nur auf das Know-how der jeweiligen Entwickler der ursprünglichen Baugruppe zurückgegriffen werden.

Schlagworte:
Schaltungstechnik, Embedded Systems, Modellierung, Systemtheorie, formale Spezifikation, evtl. Datenbanken

Aufgabe:

• Erstellung von Analyseregeln zur Ermittlung der Eigenschaften von Mikrocontrollern
• Erstellung von Verhaltensregeln für die Migration Mikrocontroller auf FPGA
• Entscheidungshilfen für eine geeignete FPGA Technologie in Abhängigkeit der Einsatzgebiete
• Anbindung von analogen Schaltungsteilen an FPGAs (ADC / DAC)
• Einsatz von fertigen IP-Cores in FPGAs und Analyse des Timingverhaltens

Hintergrund:
Wenn bei Baugruppen, die seit Jahren im Einsatz sind, Bauelemente abgekündigt werden und diese nicht mehr lieferbar sind,kann der Ausfall eines einzigen Bauteils ganze Anlagen stilllegen. Um dieses Problem zu beheben ist häufig ein komplettes Redesign der Baugruppen nötig. Im Falle, dass ein Mikrocontroller abgekündigt wird und im Rahmen des Redesigns ausgetauscht werden muss, wird oftmals die Instruction- Set-Architecture (ISA) und somit sämtlicher Source-Code ungültig und muss ebenfalls komplett überarbeitet werden. Bei der Idee einen obsoleten Mikrocontroller durch einen FPGA zu ersetzen, bietet sich die Chance, die vollständige Kompatibilität bei Erhaltung der ISA und geringerem Aufwand für das neue Design der Ersatzlösung, sicherzustellen.

Bereiche:
Schaltungstechnik, VHDL, Modellierung, Systemtheorie, formale Spezifikation, evtl. Datenbanken

Hintergrund + Aufgabe:
Echtzeitsimulationen werden, z.B. in der Automobiltechnik, verwendet um Embedded Systeme funktional auf ihr gewünschtes Verhalten hin zu überprüfen. Dabei werden den zu überprüfenden Systemen ihre spätere reale Umgebung (z.B. Peripherie, Netzwerk-Kommunikation, andere Netzwerkteilnehmer) realitätsnah nachgebildet und simuliert. Diese Simulation der realen Umgebung muss meist in Echtzeit ablaufen und kann mittels MATLAB/Simulink modellbasiert umgesetzt werden. Bisher können mit herkömmlichen Testsystemen dieser Art max. ca. alle 50 µs Messdaten gewonnen werden. Unter Lehrstuhl für Technische Elektronik Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. habil. R. Weigel, Prof. Dr.-Ing. Georg Fischer Verwendung von leistungsstarken Logikanalysatoren sollen in dieser Arbeit Abtastraten von bis zu 200 MHz (Sample-Abstand 5 ns) erreicht werden können.

Hinweis:
Umfangreiches Infomaterial für einen raschen Einstieg gegeben, da diese Abschlussarbeit auf einer abgeschlossenen Diplomarbeit aufbaut.

Bereiche:
Echtzeit-Simulation, Signalverarbeitung, Embedded Systems, Modellierung, Hardware-in-the-Loop (HiL), Systemsimulation, FPGA, Mikrocontroller

Aktuell beschäftigen sich die Automobilhersteller weltweit mit der drahtlosen Kommunikation zwischen Fahrzeugen und deren Umgebung. Dabei wird zwischen der direkten Kommunikation von Fahrzeugen untereinander (der Car-2-Car Communication) und der Kommunikation von Fahrzeugen mit fest installierten Netzknoten (der Car-2-Infrastructure Communication) unterschieden. Die möglichen Anwendungen reichen von reiner Unterhaltung, über verbesserte Navigation und Fahrerassistenz, bis hin zu selbstorganisierendem Verkehr mit sicherheitsrelevanten Anforderungen.

Gleichzeitig nimmt die Software Defined Radio (SDR) Technologie im Bereich der netzwerk-basierten drahtlosen Kommunikation immer mehr eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von neuartigen und innovativen Funksystemen für Anwendungen, wie z.B. Car-2-Car- oder allgemein Car-2-X-Kommunikation (X, steht dabei für Car, Infrastructure oder Home), ein. Software Defined Radios stellen dabei eine sehr flexible Umsetzung von neuartigen Funksystemen dar, bei der die Verarbeitung der Funksignale nahezu komplett digitalisiert mittels Software-Routinen und/oder programmierbarer Hardware (wie DSPs oder FPGAs) realisiert werden kann.

Mit der rasanten Verbreitung von Funksystemen auf Basis des Standards IEEE 802.11, auch Wireless LAN genannt, im Heim- und Office-Bereich wird nun auch der Einsatz dieser Technologie im Kraftfahrzeug interessant. Aufbauend auf den existierenden WLAN-Standards IEEE 802.11 a/b/g wurde für Car-2-X-Anwendungen der neue Standard IEEE 802.11p entwickelt.

Im Rahmen dieser Arbeit soll daher, aufbauend auf einer bestehenden WLAN-802.11b-Sender-Einheit sowie einem vorhandenen Testaufbau, eine SDR-basierte WLAN-802.11p-Sender/Empfänger-Einheit entworfen, umgesetzt und getestet werden. Die dabei notwendige digitale Signalverarbeitung soll mit Hilfe von MATLAB/Simulink® modelliert und simuliert werden.

Drahtlose Kommunikation und Vernetzung ist bereits heute aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Darüber hinaus wird der drahtlosen Datenübertragung von den Experten eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von innovativen Technologien (wie z.B. Car2Car, Kognitive drahtlose Kommunikationssysteme, Telemedizin u.v.m.) in den kommenden Jahren zugesprochen.

Software Defined Radios (SDRs) stellen dabei eine sehr flexible Umsetzung von neuartigen Funksystemen dar, bei der die Verarbeitung der Funksignale nahezu komplett digitalisiert mittels Software-Routinen und/oder programmierbarer Hardware (wie DSPs oder FPGAs) realisiert werden kann. Im Vergleich zu der "herkömmliche" Vorgehensweise, bei der die Signalverarbeitung durch spezialisierte Hardware erfolgt, kann dadurch bis zu 80% der Signalverarbeitung in Software abgebildet werden, wodurch derartige Funksysteme sehr flexibel angepasst werden können, ohne die Hardware ändern zu müssen.

Bei der drahtlosen Datenübertragung kommt gerade dem Funkübertragungskanal, der das Bindeglied zw. Sender und Empfänger darstellt, eine zentrale Rolle zu. Der physikalische Funkkanal wird beispielsweise durch Verzerrungen, Störungen aufgrund von Rauschen oder Übersprechen, atmosphärische Effekte, unterschiedliche Ausbreitungswege oder durch absichtliche Störungen charakterisiert.

Im Rahmen dieser Arbeit soll daher anhand eines bestehenden Sender-Empfänger-Testaufbaus (mit SDR-Einheit) ein Ansatz zur Analyse eines sich verändernden Funkkanals evaluiert und ausgearbeitet werden. Dabei soll auch untersucht werden, wie die ermittelten Funkkanalbeeinflussungen dem Sendersignal (in einer drahtgebundenen Ausführung des Testaufbaus) intelligent aufgeschaltet werden können, um somit dem Empfänger "künstlich" (drahtgebunden) die Kommunikation über Funk zu emulieren.

Drahtlose Vernetzung ist heutzutage ein wesentlicher Bestandteil vieler Kommunikationsinfrastrukturen. Ein Software Defined Radio (SDR) ist eine sehr flexible, rekonfigurierbare Funktransceiver-Einheit, bei der die Verarbeitung der Funksignale digitalisiert komplett durch Software-Routinen und/oder programmierbare Hardware (wie DSPs oder FPGAs) realisiert werden kann. Im Vergleich zu der "herkömmliche" Vorgehensweise, bei der die Signalverarbeitung durch spezialisierte Hardware erfolgt, kann dadurch bis zu 80% der Signalverarbeitung in Software abgebildet werden, wodurch derartige Funksysteme sehr flexibel angepasst (z.B. für eine Multi-Standard-Funktionsweise mit WLAN, Bluetooth, ZigBee etc.) werden können, ohne die Hardware ändern zu müssen.

Im Rahmen dieser Arbeit soll für eine bestehende SDR-Einheit eine Adaptermodullösung mit FPGA-Chip (auf Basis eines Entwicklungsboards) evaluiert und umgesetzt werden. Auf das Adaptermodul sollen dabei Funktionen der Kanalanpassung (wie Kanalcodierung oder Modulation) ausgelagert und über einen herkömmlichen PC programmiert werden können.

Die Software Defined Radio (SDR) Technologie nimmt im Bereich der netzwerk-basierten drahtlosen Kommunikation immer mehr eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von neuartigen und innovativen Funksystemen für Anwendungen wie z.B. Car-2-Car-Kommunikation, Cognitive Radios oder drahtlose medizinische Dienste im Bereich der Telemedizintechnik ein.

Software Defined Radios stellen dabei eine sehr flexible Umsetzung von neuartigen Funksystemen dar, bei der die Verarbeitung der Funksignale nahezu komplett digitalisiert mittels Software-Routinen und/oder programmierbarer Hardware (wie DSPs oder FPGAs) realisiert werden kann.

Für das Design der digitalen Signalverarbeitung und Kommunikation können u.a. die Tools MATLAB® und Simulink® in Kombination mit einem universellen SDR (z.B. dem USRP™ der Fa. Ettus Research™) genutzt werden. Hierbei können alle Komponenten der Signalverarbeitung, die später im fertigen System durch Software oder programmierbare Hardware abgebildet werden sollen, zunächst am Rechner in einer MATLAB/Simulink®-Umgebung modelliert und simuliert werden. Im nächsten Schritt kann das designte Simulationsmodell über eine Schnittstelle mit der universellen SDR-Hardware verbunden werden und somit, wodurch der Datenaustausch über die Funkschnittstelle - mit realen analogen hochfrequenten Signalen - ermöglicht wird.

Im Rahmen dieser Arbeit soll nun aufbauend auf einer bestehenden WLAN-Sender-Einheit (Kombination: MATLAB/Simulink®-Modell und USRP™-SDR) sowie einem Testaufbau eine SDR-basierte WLAN-Empfängereinheit (Receiver) entworfen, umgesetzt und getestet werden. Die dabei notwendigen Routinen zur digitalen Empfangsdatenverarbeitung sollen mit Hilfe von MATLAB/Simulink® modelliert und simuliert werden. Darüber hinaus könnten (abhängig von der Art der Abschlussarbeit) beide Systeme zu einer Transceiver-Einheit gekoppelt und somit eine bidirektionale Kommunikation ermöglicht werden.

Am Lehrstuhl für Technische Elektronik wird aktuell die Software für einen Car2Car-Funktransceiver (auf Basis eines Software Defined Radios) entwickelt und deren Funktion (realitätsnahe) mit Hilfe eines universellen RF Front-Ends getestet. Da das universelle Front-End allerdings nicht speziell auf die Kommunikation im 5,9 GHz-Frequenzband und nach IEEE Standard 802.11p (WLAN) ausgelegt ist, kann der (universelle) Aufbau aufgrund relativ schlechter Performanceeigenschaften nur als Exemplar angesehen werden.

Aus diesem Grund soll in dieser Studentenarbeit, aufbauend auf dem Schaltungsdesign des universellen RF Front-Ends, ein eigenes analoges RF Front-End entworfen (Entwicklung von Schaltplan- und Leiterplatte + Bestückung) und in Betrieb genommen werden.

Schlagworte: PCB-Design, Analogtechnik, Schaltungstechnik, Software Defined Radio Technik

Beschreibung:
Im Rahmen des Projektes LOKPROD3D wird ein Ultrabreitband-FMCW Radarsystem zur Nahbereichslokalisierung in Produktionsumgebungen entwickelt. Ein wesentlicher Bestandteil dieses Systems sind intelligente Antennen zur Schätzung des Einfallwinkels der Radarsignale. Hierbei ist besonders die große Bandbreite des Systems (5 - 9 GHz) eine Herausforderung.

In dieser Arbeit sollen verschiedene Typen von planaren Dipolantennen untersucht und davon ausgehend ein optimales Radarantennenelement entwickelt werden. Die genaue Aufgabenstellung ist hierbei sehr flexibel, bei Interesse also einfach mal bei mir vorbeikommen oder eine E-Mail schreiben.

Beschreibung:
Neben der klassischen, schmalbandigen Beschreibung von Antennen durch deren Gewinn und Anpassung, spielt in ultrabreitband (UWB) Systemen die Impulsantwort der Antenne eine große Rolle, da sich diese verzerrend auf das Sendesignal auswirkt. Eine komplette Beschreibung dieses analogen Filters ist durch die Systemfunktion, die Laplace-Transformierte der Impulsantwort, gegeben. Wie kommt man aber von gemessenen Daten wie der Impulsantwort oder des Frequenzganges eines Filters (hier der Antenne) auf die Systemfunktion?

Im Rahmen dieser Arbeit sollen dazu einige Algorithmen zur Pol/Residuenextraktion in MATLAB implementiert werden, um damit die Systemfunktion von gemessenen und simulierten Antennen bestimmen zu können.

Die steigende Komplexität mobiler Funkplattformen erschwert die frühzeitige Abschätzung der späteren Produktqualität bzgl. Leistung, Energieeffizienz und Kosten. Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, eine Testumgebung für mobile Funkplattformen mittels der Hardwarebeschreibungssprache SystemC zu entwickeln. Die zu entwickelnde Testumgebung soll es später ermöglichen, die Produktqualität von mobilen Funkplattformen bereits auf Systemebene zu evaluieren.

Folgende Funktionalitäten sollen in SystemC modelliert werden:

• Mobilfunkkanal
• "Primitive" GSM Basisstation

Die steigende Komplexität mobiler Funkplattformen erschwert die frühzeitige Abschätzung der späteren Produktqualität bzgl. Leistung, Energieeffizienz und Kosten. Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, neue Konzepte und Methoden zu entwickeln, welche es erlauben, bereits auf Systemebene Abschätzungen bezgl. der Produktqualität bei der Integration mobiler Funkplattformen in neue Anwendungen durchzuführen.

Die zu entwickelnden Konzepte sollen mittels der Hardwarebeschreibungssprache SystemC-AMS beispielhaft an einer Phasenregelschleife eines FMCW Radars erprobt werden.

Die Akkulaufzeit portabler Geräte, wie z.B. Smartphones, ist aus Kundensicht einer der entscheidendsten Kauffaktoren. Aus diesem Grund sind gerade stromsparende Schaltungen und Architekturen ein Forschungsschwerpunkt in der Mobilfunkbranche.

In diesem Projekt soll deshalb die Stromaufnahme eines Mobilfunktransceivers betrachtet und optimiert werden. Hierzu sollen Simulationen in MATLAB und/oder C/C++ durchgeführt werden, welche es erlauben die Stromaufnahme des Mobilfunktransceivers zu analysieren. Basierend auf den durchgeführten Simulationen soll die Stromaufnahme des Transceivers durch schaltungstechnische und algorithmische Modifikationen optimiert werden.

Im Rahmen der Arbeit soll ein spannungsgesteuerter Oszillator für Radaranwendungen bei 60 GHz entworfen werden. Für die Verlustleistung des Gesamtsystems ist es dabei vorteilhaft, wenn der Oszillator gleichzeitig ein Ausgangssignal halber Frequenz bereitstellt. Eine mögliche schaltungstechnische Umsetzung ist z.B. der "Push-Push"-Oszillator.

Der Bearbeiter soll zunächst im Rahmen einer Literaturrecherche einen Überblick des gegenwärtigen Stand der Technik erarbeiten und aus diesem ein geeignetes Konzept ableiten, welches im weiteren Verlauf schaltungstechnisch in einer SiGe-Technologie umgesetzt wird. Neben den üblichen Qualitätsmerkmalen eines Oszillators (Phasenrauschen, Verlustleistung) soll besonderes Augenmerk auf ein robustes Design gelegt werden. In Anbetracht des Frequenzbereichs sind daher Layouteinflüsse bereits in einem frühen Entwurfsstadium zu berücksichtigen.

Im Rahmen der Arbeit soll ein Limiterverstärker zur Ansteuerung eines hochlinearen Mischers entworfen werden. Da der Dynamikbereich von Schaltermischern maßgeblich durch die Flankensteilheit des LO-Signals bestimmt wird, muss die Bandbreite der LO-Aufbereitung maximiert werden. Dies kann zum Beispiel durch geeignete Verwendung von RLC-Netzwerken geschehen ("peaking").

Der Bearbeiter soll zunächst einen systematischen Überblick über schaltungstechnische Möglichkeiten zur Bandbreitenvergrößerung erarbeiten, um auf dieser Basis einen Limiter-Verstärker in einer GaAs-Technologie zu entwerfen. Die hierbei benötigten Induktivitäten sind mit einem 2,5D-Simulator zu entwerfen ("Momentum").

Im Rahmen eines Forschungsprojektes zu einem neuen Standard für drahtlose Datenübertragung soll ein Hardware-Demonstrator für ein neues Empfängerkonzept (Sechstor-Empfänger) aufgebaut werden. Ein Sechstor-Empfänger gliedert sich in einen analogen und einen digitalen Teil, wobei das Analog-Front-End schon implementiert wurde.

Bei dieser Studienarbeit soll für den Digitalteil des Demonstrators die Datenschnittstelle implementiert werden. Dabei sind die Besonderheiten des Systems zu beachten, das Raten im GBit/s-Bereich aufweist.

In einem Forschungsprojekt wird eine neue Empfängerstruktur untersucht, der Sechstor-Empfänger. Dabei ist ein Schwerpunkt die Einsetzbarkeit bei unterschiedlichen Frequenzen. Erste Entwürfe sind sehr vielversprechend. Zum Einsatz kommt eine neue Klasse von Schaltungen, so genannte Metamaterialien.

Im Rahmen dieser Diplomarbeit sollen die vorhandenen Teilkomponenten überarbeitet und zu einer Gesamtschaltung kombiniert werden.

Vorkenntnisse in den Grundlagen der Hochfrequenztechnik sind nützlich, aber nicht unbedingt erforderlich.

Um ein vorhandenes Radarsystem zu steuern ist es nötig, Messdaten von A/D-Wandlern in den PC zu transferieren und gleichzeitig Steuerdaten an das System zu senden. Derzeit erfolgt diese Kommunikation FPGA-basiert über Netzwerk(A/D-Wandler Daten) und eine serielle Schnittstelle(Steuerdaten).

Im Rahmen dieser Arbeit soll der FPGA durch einen Mikrocontroller ersetzt werden und eine passende Schnittstelle implementiert werden. Die Schnittstelle ist wählbar, denkbar wären USB oder Netzwerk.

Ein bestehendes Radarsystem zur hochpräzisen Abstandsmessung im Mikrometerbereich kann auch zur Messung von Vibrationen eingesetzt werden. Für die Analyse der Vibration ist es nötig eine FFT durchzuführen, um die Schwingungsfrequenzen aus dem Zeitbereich zu berechnen.

Im Rahmen dieser Arbeit soll diese Messplattform unabhängig vom jetzt verwendeten PC werden. Dazu ist es nötig die FFT-Routinen in einem FPGA oder einem entsprechend leistungsfähigen Mikrocontroller zu implementieren.

Je nach Art und Dauer der Arbeit soll die Ausgabe der berechneten Werte über eine Datenschnittstelle oder auf einem angeschlossenen Bildschirm erfolgen.

Im Rahmen eines Radarprojektes müssen Leistungen bei 24 GHz präzise vermessen werden. Dies geschieht über Diodendetektoren und anschließende Auswertung derer Ausgangsspannungen. Diese Spannungen liegen allerdings nur im mV Bereich und müssen deshalb vor der Digitalisierung verstärkt werden.

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein oder mehrere entsprechende Verstärker entwickelt, aufgebaut und vermessen werden. Je nach Art der Arbeit (BA/MA/..) und Vorkenntnissen ist die Arbeit beliebig in Richtung Filterung und Digitalisierung ausbaufähig.

Für verschiedene Projekte ist es nötig, analoge Messwerte zu digitalisieren, um anschließend die Daten am PC auswerten zu können.

Im Rahmen dieser Arbeit soll für ein bestehendes System ein passender AD-Wandler nach entsprechender Recherche gewählt, anschließend ein Board entwickelt und dieses schließlich durch Messungen getestet werden.

Für die Ansteuerung des Wandlers soll, je nach nötiger Performance, ein Mikrocontroller oder ein FPGA-Board Verwendung finden.

Für ein bestehendes Radarsystem werden verschiedene positive und negative Versorgungsspannungen benötigt, die derzeit über Labornetzteile bereitgestellt werden.

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Platine entwickelt werden, die aus einer Eingangsspannung die nötigen Ausgangsspannungen ableitet und bereitstellt. Dadurch kann der Aufbau des Systems vereinfacht werden, wodurch auch die Fehleranfälligkeit beim Aufbau sinkt. Um die Systemperformance des Radarsystems nicht zu beeinflussen ist es wichtig, dass die Spannungen genau eingehalten werden und nur geringe Störungen (Rauschen, Ripple) aufweisen.

Als Teil eines Forschungsprojektes soll ein HF-Chipsatz für ein FMCW-Sekundärradar entwickelt werden. Ein wesentlicher Funktionsteil des Chipsatzes ist der FMCW-Synthesizer, der als Fractional-N PLL ausgeführt wird. Der Delta-Sigma-Modulator steuert den ganzzahligen Frequenzteiler der PLL um nicht-ganzzahlige Teilerwerte zu erzeugen und gleichzeitig Spurien zu unterdrücken.

Bei dieser Arbeit soll ein Delta-Sigma-Modulator auf einem FPGA entwickelt werden. Die restlichen Komponenten der PLL sind auf einem Chip in 0,35 µm SiGe Bipolar Technologie integriert. Es ist also nicht nur der eigentliche Modulator zu entwickeln, sondern es muss auch die Schnittstelle zum Chip berücksichtig werden. Das Ziel ist ein funktionierender Synthesizer. Vorkenntnisse in VHDL oder Verilog sind hilfreich.

Als Teil eines Forschungsprojektes soll ein HF-Chipsatz für ein FMCW-basiertes Local Positioning System entwickelt werden. Hierzu ist ein flexibles HF-Frontend notwendig, das in der Lage ist in zwei Frequenzbändern zu arbeiten, die Sendeleistung zu regeln und über mehrere, parallel lauffähige Empfangskanäle verfügt. Hierzu ist eine Reihe von Analogschaltungen, wie rauscharme Verstärker, HF-Schalter, Mischer und Leistungsverstärker notwendig.

Bei dieser Arbeit können in einer 0,35 µm SiGe Bipolar Technologie ein oder mehrere Komponenten des Frontends entwickelt werden. Dabei sollen sowohl die Schaltung, als auch das Layout angefertigt werden. Wenn das Ergebnis der Arbeit überzeugt, kann es mit auf dem Chip integriert werden. Erfahrung im Umgang mit Cadence ist von Vorteil.

Als Teil eines Forschungsprojektes soll ein HF-Chipsatz für ein FMCW-Sekundärradar entwickelt werden. Ein wesentlicher Funktionsteil des Chipsatzes ist der FMCW-Synthesizer, der als Fractional-N PLL ausgeführt wird. Der Phasen-Frequenz-Detektor misst den Phasenunterschied zwischen dem Referenzsignal und dem Ausgangssignal des Frequenzteilers. Mit Hilfe der Charge-Pump wird aus dem Phasenunterschied eine Spannung erzeugt, die die Frequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators regelt.

Bei dieser Arbeit soll in einer 0,35 µm SiGe Bipolar Technologie ein Phasen-Frequenz-Detektor entwickelt werden. Je nach Interesse und Umfang der Arbeit kann die Arbeit noch um eine Charge-Pump und/oder das Layout der Schaltung erweitert werden. Wenn das Ergebnis der Arbeit überzeugt, kann es mit auf dem Chip integriert werden.

Als Teil eines Forschungsprojektes soll ein HF-Chipsatz für ein FMCW-basiertes Local Positioning System entwickelt werden. Das Herzstück eines solchen Systems ist der spannungsgesteuerte Oszillator, der das Ausgangssignal erzeugt. Dabei gilt es einen geeigneten Kompromiss zwischen Phasenrauschen, Abstimmbereich und Stromverbrauch zu finden.

Bei dieser Arbeit soll in einer 0,35 µm SiGe Bipolar Technologie ein spannungsgesteuerter Oszillator entwickelt werden. Dabei ist es notwendig sowohl die Schaltung, als auch das Layout anzufertigen um die parasitären Effekte richtigerfassen zu können. Wenn das Ergebnis der Arbeit überzeugt, kann es mit auf dem Chip integriert werden. Erfahrung im Umgang mit Cadence ist von Vorteil.

Im Rahmen eines Forschungsprojektes wird ein mehrkanaliges Empfängermodul für die Ortung von Emittern im Frequenzbereich 30 MHz bis 3 GHz entwickelt. Auf Grund der hohen Bandbreite ergeben sich verschiedene Anforderungen an die Empfängertopologie. Insbesondere der hohe Dynamikbereich der zu erwartenden Signalszenarien ist hier zu erwähnen. Daher ist es unbedingt erforderlich, für die Empfangszüge eine automatische Verstärkerregelung (AGC) zu implementieren.

In diese Arbeit sollen verschiedene AGC-Konzepte untersucht, und durch die Entwick-lung einer Testplatine messtechnisch verifiziert werden.

In der Konzeptionierung mehrstufiger Superheterodynempfänger wird das Eingangssignal oftmals zunächst in eine vergleichsweise hohe Frequenzlage gemischt, um die Auswirkungen der Spiegelfrequenzen, ein für diesen Empfängertyp charakteristisches Problem, zu minimieren. Dennoch müssen die ungewünschten Frequenzanteile durch steilflankige Bandpassfilter eleminiert werden.

In dieser Arbeit sollen verschiedene Leitungsfiltertopologien für den Frequenzbereich 6 – 7 GHz untersucht und realisiert werden. Anforderungen an dieses Filter sollen dabei aus dem Einsatzgebiet als ZF-Filter in einem Empfängersystem abgeleitet werden.

Im Rahmen eines Forschungsprojektes wird ein mehrkanaliges Empfängermodul für die Ortung von Emittern im Frequenzbereich 30 MHz bis 3 GHz entwickelt. Dieser Frequenzbereich von zwei Dekaden erfordert sehr hohe Scangeschwindigkeiten. Durch den gleichzeitigen Betrieb zweier PLLs können die hierfür erforderlichen Einschwingzeiten minimiert werden.

Innerhalb dieser Arbeit sollen verschiedene Konzepte für den gleichzeitgien Betrieb zweier PLLs mit den damit verbundenen Problemen untersucht werden. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen an Hand einer selbst entworfenen Testplatine verifiziert werden.

Im Rahmen des Forschungsprojektes KAIMAN wird ein mehrkanaliges Empfängermodul für die Ortung von Emittern im Frequenzbereich 30 MHz bis 3 GHz entwickelt. In diesem Zusammenhang gibt es eine Vielzahl von hardwarenahen Themen zum Entwurf bzw. zur Realisierung analoger Empfänger-Komponenten:

• Untersuchung verschiedener Architekturen zur Frequenzsynthese
• Implementierung einer einstufigen PLL bei 4 GHz
• Entwurf eines Konzepts zur Verteilung der Referenzfrequenz
• Weitere Themen auf Anfrage!

Ob im Automobilbereich, für Sicherheitssysteme, in automatisierten Produktionslinien oder auch in mittlerweile alltäglichen multimedia-Produkten. Moderne Sensoren auf Basis Mikro Elektro Mechanische Systeme (MEMS) verbinden die Schnittstelle zwischen Mechanik und Mikroelektronik und unterstützen unseren Alltag bereits in vielen Bereichen.

Im Rahmen eines aktuellen Forschungsprojektes werden laufend Studenten unterschiedlicher Fachrichtungen für die Bearbeitung von Studien- und Abschlussarbeiten für eines oder idealerweise mehrerer der folgenden, interdisziplinären Themengebiete gesucht. Der genaue Inhalt kann auf die jeweiligen Interessen/Vorkenntnisse abgestimmt werden.

Mögliche Themen sind:

• Aufbau und Durchführung von Messungen verschiedener Test-Szenarien für MEMS-Sensoren
• Aufbau eines Demonstrators mit Hilfe von FPGA / Mikrocontroller
• Numerische Simulation (mechanisch und/oder elektronisch) mit Finite Elemente Tools
• Systemsimulation der MEMS-Sensoren im Klein-/Groß- Signalverhalten
• Entwurf zusätzlicher (mechanischer und/oder elektronischer) Sensor-Strukturen für on-wafer Charakterisierung/Test

Bei dieser Arbeit sollen verschiedene Techniken für Effizienzverbesserungen bei reduzierter Ausgangsleistung untersucht werden. Dafür kann man z.B. Teile des Verstärkers abschalten oder Stufen überbrücken. Bestehende Konzepte aus der Literatur sollen verstanden, simuliert und verglichen werden bezüglich ihrer Vor- und Nachteile und Integrierbarkeit.

Hilfreiche Kenntnisse: HF-Technik, S-Parameter, Agilent ADS

Für einen Leistungsverstärker sollen Anpassnetzwerke entwickelt werden. Die bereits ermittelten Impedanzen sollen mit verschiedenen Schaltungsanordnungen realisiert und bezüglich ihrer Hochfrequenz-Eigenschaften verglichen werden.

Die theoretische Berechnung der Netzwerke kann z.B. mit MATLAB vorgenommen werden.

Die erfolgreich in ADS simulierte Schaltung kann nachfolgend auch am Lehrstuhl gefertigt, aufgebaut und gemessen werden.

Hilfreiche Kenntnisse: S-Parameter, Agilent ADS, Platinenlayout

Für das Praktikum Mikroelektronik soll ein Versuch zum Thema Filterentwurf erweitert werden. Digitale Filter können mit MATLAB komfortabel und sehr zeiteffizient entworfen werden.

Es sollen verschiedene Topologien (Finite / Infinite Impulse Response: FIR, IIR) und Entwurfsmethoden verglichen werden. Diese Filter können beispielsweise in dem AD-Umsetzer-Versuch eingesetzt werden.

Hilfreiche Kenntnisse: Vorlesung Digitale Elektronische Systeme (DES)

Im Rahmen des C-PMSE-Projekts wird am Lehrstuhl ein Empfänger für das UHF-Band (470-870 MHz) entwickelt, um potentielle freie Frequenzen für drahtlose Mikrofone zu finden. Die Hauptkomponente des Digitalteils stellt ein Xilinx Spartan-6 FPGA dar, auf dem ein skalierbares ?C-Subsystem implementiert ist. Im Betrieb soll es jedoch möglich sein, die Firmware des FPGA über ein Webinterface von einem PC aus neu zu konfigurieren.

Innerhalb dieser Studien-/Bachelorarbeit sollen bereits vorhandene Beispieldesigns für einen Webserver auf dem FPGA analysiert und angepasst werden. Der Webserver wird dabei mit dem ?C und zugehörigem Filesystem im FPGA realisiert. Dabei muss ein Bootloader für ein externes Flash entwickelt werden, der die SW in ein RAM kopiert und dort ausführt. Nach einem Update der Firmware muss das FPGA mit der neuen Konfiguration geladen werden.

Bei Interesse oder Fragen einfach vorbeischauen!

Werden in einem Handy 2 Sendeantennen eingesetzt, so wird der Uplink robuster gegen Fading und somit wird der Datendurchsatz erhöht. So genannte Open Loop Transmit Diversity Algorithmen sind momentan ein aktuelles Forschungsthemen in den Standardisierungsgremien (3GPP) für den Mobilfunk (UMTS, HSPA, LTE). Die einzustellenden Antennengewichte werden bei diesen Open Loop Algorithmen im Handy selbst bestimmt, womit im Netz kein Signalisierungsaufwand für die Antennengewichte entsteht.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen verschiedene Diversity-Algorithmen simulativ untersucht werden. Die Simulationen sollen in Matlab durchgeführt werden. Dazu ist auf Basis eines bereits verfügbaren Kanalmodells (z.B. WINNER Spatial-Channel-Model) eine Simulationsroutine zu implementieren, welche Performanzvergleiche der verschiedenen Algorithmen erlaubt.

Stichworte: Matlab, Funkkanalmodellierung, Mehrantennensysteme

Durch neuartige am Lehrstuhl entwickelte Diversity-Algorithmen lässt sich im Uplink von Mobiltelefonen die nötige Sendeleistung verringern und damit die Batterielebensdauer erhöhen, indem der Beam immer in Richtung der Basisstation ausgerichtet wird.

Zur Evaluierung der Leistungsfähigkeit solcher Algorithmen soll eine vorhandene Simulationsumgebung um die Modellierung der Richtdiagramme der verwendeten Antennen erweitert werden. Dazu können so genannte räumliche Kanalmodelle verwendet werden, für die es fertige Implementierungen in Matlab im WWW gibt, z.B. http://www.ist-winner.org/

Für weitere Details oder Fragen: Einfach vorbeikommen! [Ausschreibung als pdf]

Durch neuartige am Lehrstuhl entwickelte Diversity-Algorithmen lässt sich im Uplink von Mobiltelefonen die nötige Sendeleistung verringern und damit die Batterielebensdauer erhöhen. Aus vorhandenen Messgeräten soll ein Messplatz zur Evaluierung dieser Algorithmen aufgebaut werden, welcher über einen PC angesteuert werden kann und die Bitfehlerrate misst.

Alle verwendeten Messgeräte werden über die Standard-Kommandosprache SCPI angesteuert, so dass die Steuerung je nach Wunsch in Matlab, C++, LabVIEW etc. realisiert werden kann.

Für weitere Fragen oder Themen: Einfach vorbeikommen! [Ausschreibung als pdf]

Vielen elektrischen Schaltungen stehen nur feste Versorgungsspannungspegel zur Verfügung. Typische Werte sind 3.3V, die durch Standards für digitale Interfaces festgelegt werden, oder 5V für analoge Schaltungen. Analoge integrierten Schaltungen arbeiten jedoch häufig mit weiteren Werten. So könnten +/-15V industrielle analoge Signalpfade notwendig sein. Diese zusätzlichen Versorgungsspannungen werden durch sogenannte Boost Converter erzeugt.

In dieser Arbeit soll ein integrierter Schaltkreis für einen derartigen Boost Converter entworfen werden und das Layout dazu erstellt werden. Für den Schaltungsentwurf und Layout soll das Tool Virtuoso von Cadence verwendet werden.

Vielen elektrischen Schaltungen stehen nur feste Versorgungsspannungspegel zur Verfügung. Typische Werte sind 3.3V, die durch Standards für digitale Interfaces festgelegt werden, oder 5V für analoge Schaltungen. Die meisten digitalen integrierten Schaltungen verwenden jedoch niedrigere Versorgungsspannungen für den Schaltungscore. Typisch sind z.B. 1.8V oder 1.5V. Diese zusätzlichen Versorgungsspannungen werden durch sogenannte Buck Converter erzeugt.

In dieser Arbeit soll ein integrierter Schaltkreis für einen derartigen Buck Converter entworfen werden und das Layout dazu erstellt werden. Für Schaltungsentwurf und Layout soll das Programm Virtuoso von Cadence verwendet werden.

Für die Umsetzung von analogen Signalen in digitale Werte verwendet man bevorzugt Delta-Sigma Analog-Digital-Umsetzer, wenn eine hohe Auflösung bei niedrigen Abtastfrequenzen gefragt ist. Delta-Sigma Umsetzer werden normal in einer Switched-Capacitor Technologie entworfen, die für robuste Transferfunktionen sorgt. Die damit verbundenen Einschwingvorgänge haben jedoch die Nachteile einer hohen Verlustleistung und langsamen Abtastfrequenzen. Zeitkontinuierliche Lösungen weisen hier deutliche Vorteile auf.

In dieser Arbeit soll ein zeitkontinuierlicher Delta-Sigma Modulator zweiter Ordnung entwickelt werden. Für den Schaltungsentwurf und Layout soll das Tool Virtuoso von Cadence verwendet werden.

Die Genauigkeit von präzisen analogen integrierten Schaltungen wird häufig von parasitären Effekten beeinflusst, die nicht simuliert werden können. Deshalb spendieren Entwickler gut die Hälfte ihrer Zeit beim Debuggen, Testen und Charakterisieren Ihrer ICs. Dabei ist es sehr hilfreich, wenn die Testlösung nicht für jeden IC neu erfunden werden muss, sondern auf eine standardisierte und automatisierte Lösung zurückgreifen kann.

In einem Studienprojekt soll eine derartige Testlösung geschaffen werden. Dazu muss Hardware entwickelt werden, die Signale wie z.B. Versorgungsspannungen oder Referenzspannungen oder programmierbare Spannungen zur Verfügung stellen kann. Desweiteren sind Softwaremodule von Nöten, mit denen all diese Spannungen kontrolliert werden. Ebenso müssen digitale Pattern oder digitale Kommumikation leicht über Software einstellbar sein. Dazu sollen entsprechende Module entworfen werden.

Das Forschungsprojekt Smart Sensors C beschäftigt sich mit einer Plattform zur Übermittlung von medizinischen Sensorwerten. Ein Teilgebiet sind hocheffiziente Sendeverstärker (Klasse-S Leistungsverstärker). Für dessen Test wird ein Pattern-Generator für einen Frequenzbereich bis zu ca. 10 GHz benötigt.

Zum Entwurf eines derartigen High-Speed-Pattern-Generators auf einem FPGA sollen folgende Punkte bearbeitet werden:

• Recherche eines geeigneten Bausteins (FPGA)
• VHDL-Programmierung
• Recherche eines passenden Testboards (Demoboard, Development Kit)
• Implementierung und Verifikation

Das Forschungsprojekt Smart Sensors C beschäftigt sich mit einer Plattform zur Übermittlung von medizinischen Sensorwerten. Ein Teilgebiet sind hocheffiziente Sendeverstärker (Klasse-S Leistungsverstärker). Für dessen Test wird ein Pattern-Generator für einen Frequenzbereich bis zu ca. 30 GHz benötigt.

Zum Entwurf eines derartigen High-Speed-Pattern-Generators sollen folgende Punkte bearbeitet werden:

• Schaltungsentwurf und -Simulation
• Schaltungslayout
• Extraktion von Layout-bedingten parasitären Effekten
• Simulation und Revision mit Berücksichtigung der parasitären Elemente
• Geschwindigkeitsanalyse

Der Strombedarf von Teilkomponenten eines eingebetteten Systems spielt zunehmend eine wichtige Rolle. Um diesen zu erfassen und das System zu charakterisieren wurde bei eesy-id eine Hardware entwickelt, mit der leistungsmäßig bis zu acht Kanäle gleichzeitig erfasst werden können. Im Rahmen dieser Arbeit gilt es Software für diese Hardware zu entwerfen und anschließend umzusetzen.

Die Arbeit besteht unter Anderem aus folgenden Teilaufgaben:

• Entwurf eines Software- und Ansteuerungskonzeptes für die Hardwareplattform
• Umsetzung des Konzeptes in C (Mikrocontroller) und VHDL/Verilog (CPLD)

Die Arbeit findet in Kooperation mit der eesy-id GmbH in Tennenlohe statt.

Im Rahmen eines Forschungsprojekts wird eine Plattform entwickelt, die durch Langzeitmonitoring Patienten mit unterschiedlichen Krankheitsbildern medizinisch unterstützen und im Notfall Hilfe anfordern soll. Hierbei fallen mitunter große Datenmengen an, die von dieser Plattform weg transportiert werden müssen. Das Ziel dieser Arbeit ist es unterschiedliche Methoden zur Übertragung dieser Daten, z.B. Bluetooth oder Speicherkarte, auf ihre Energieeffizienz hin zu untersuchen.

Die Arbeit besteht unter Anderem aus folgenden Teilaufgaben:

• Entwurf von Adapterboards (Breakoutboards) für Funkmodule (Schaltplan/Layout)
• Entwicklung von Software für einen Mikrocontroller zur Ansteuerung der Module
• Durchführung von automatisierten Energiebedarfsmessungen

Die Arbeit findet in Kooperation mit der eesy-id GmbH in Tennenlohe statt.

Für neuartige Beleuchtungen auf LED-Basis werden verbesserte Vorschaltgeräte benötigt. Diese zeichnen sich durch eine höhere Effizienz, geringere Baugröße und verbesserte elektromagnetische Eigenschaften aus. Der Anwender erwartet eine weitgehende Kompatibilität mit bestehenden Lichtsystemen und zusätzlich die Vorteile von Leuchtdioden zu einem wettbewerbsfähigen Preis.

Für den Betrieb am Netz soll in der Arbeit eine für die jeweilige Leistungsklasse geeignete Schaltungstopologie gefunden und dimensioniert werden. Die aktiven und passiven Bauteile werden weitgehend in die Platine integriert um eine kompakte Einheit zu erhalten. Erfahrungen in der Leistungselektronik und Schaltungsentwicklung sind von Vorteil. Es sind Schwerpunkte auf dem mechanischen oder elektronischen Aspekt des Lichtsystems wählbar.

Die Arbeit findet in Kooperation mit der eesy-id GmbH in Tennenlohe statt.

Die Effizienz und Zuverlässigkeit industrieller Produktionsanlagen hängen in hohem Maße von der Verfügbarkeit vielfältiger Informationen ab. Diese Informationen werden heute meist von kabelgebundenen Sensoren erfasst. Mit der Verkabelung sind jedoch Einschränkungen hinsichtlich Flexibilität, Einsatzbereich (z.B. auf beweglichen oder rotierenden Teilen) und Verfügbarkeit der Information verbunden. Damit drahtlose über Funknetze vernetzte Komponenten einen entscheidenden Beitrag zur Effizienzsteigerung leisten können, müssen diese auch energieautark arbeiten. Dazu ist mitunter die Energieversorgung durch eine Solarzelle ein wichtiger Lösungsansatz.

Gemeinsam mit Siemensmitarbeitern soll ein Konzept zur effizienten Nutzung von Solarenergie zur drahtlosen Versorgung von Mess- und Funkkommunikationskomponenten der Automatisierungstechnik umgesetzt werden. Notwendige Arbeitsschritte sind die Auslegung der elektronischen Komponenten in der Peripherie des DC/DC-Wandlers, das Erstellen eines Stromlaufplanes, Erstellen eines Platinenlayouts und die Vermessung der fertigen Schaltung. Die Arbeiten erfolgen in einem offenen, interdisziplinären Team, das stets um eine gute Arbeitsatmosphäre bemüht ist.

Die Betreuung kranker oder pflegebedürftiger Personen ist sehr zeitintensiv und teuer. Bedingt durch den demographischen Wandel wird hier von der Gesellschaft mehr und mehr Hilfestellung durch innovative technische und mensch gerechte Lösungsansätze erwatet. Um eine optimale Betreuung kranker oder pflegebedürftiger Personen zu gewährleisten wird im Rahmen des Spitzenclusters Medical Valley eine hochintegrierte Sensorplatform zur medizinischen Überwachung von Patienten aufgebaut. Siemens Corporate Technology ist als die zentrale Forschungs- und Entwicklungsabteilung der Siemens AG dabei, hier gemeinsam mit weiteren Partnern aus Hochschule und Industrie neue Technologien zu entwickeln und Lösungen zu erarbeiten.

Um die einzelnen Sensoren (z.B. für Puls, Blutzucker, Atemfrequenz, Sauerstoffsättigung) auszulesen und entsprechende Daten an eine übergeordnete Sensorplatform weiterzugeben ist ein sogenannter Sensorknoten zu entwickeln. Dazu kann gemeinsam mit Siemensmitarbeitern ein Schaltungskonzept entwickelt, simuliert und in einen Stromlaufplan (schematic) überführt werden. Die fertige Schaltung wird zusammen mit Kollegen getestet und gegebenenfalls optimiert. Dabei können folgende Themen praktisch bearbeitet werden: Verstärkung, analoge Filterung, AD-Wandlung, Spannungsversorgung, Datenkommunikation und Visualisierung (Bluetooth, Parallel Port).

Bei diesen neuartigen Sensoren wird die Spinabhängigkeit des elektronischen Transportes in metallischen Multilagen aus ferromagnetischen, antiferromagnetischen und dia- bzw. paramagnetischen Metallen ausgenutzt (Nobelpreis 2007 an P. Grünberg). Im Falle des Einsatzes zur Strommessung erfolgt diese potentialfrei über das magnetische Feld des elektrischen Stromes. Im Gegensatz zu anderen potentialfreien Strommessprinzipien ermöglicht diese neue Technologie die Erfassung von Gleich- und Wechselströmen bis in den MHz-Bereich und erlaubt einen sehr kompakten Systemaufbau, wie er in der Leistungselektronik von Wechselrichtern der Automobil- und Energie und insbesondere der Solarwirtschaft gefordert wird.

Um die Performance der bei Siemens Corporate Technology entwickelten Stromsensoren zu verbessern, sollen im Rahmen der Arbeit schnelle Algorithmen zur Filterung und Kommunikation der Messdaten entwickelt und auf einem FPGA-Board (Field Programmable Gate Array) getestet werden. Um die hohen Standards der Energiewirtschaft zu erfüllen erfolgt die Arbeit in einem offenem interdisziplinären Team der Siemens AG. Das FPGA-Board steht bereits zur Verfügung, Vorkenntnisse bei VHDL sind wünschenswert.

Im Rahmen eines EU-Forschungsprojekts wurde ein Hardware-Prototyp zur Aktivitäts- und Sturzdetektion von Patienten entwickelt. Die Sensorik (u.a. Inertialsensorik wie Beschleunigung, Gyroskop) gilt es nun zu fusionieren, damit einzelne Messungen sich zur Bewegungsklassifizierung ergänzen.

Eine Reihe von Themen sind an dem Sturzsensor denkbar und als Bachelor- oder Masterarbeit machbar:

• Mikrocontrollerprogrammierung:
    Ablaufsteuerung Sensorik, Datenspeicherung auf µSD-Karte, Datenausgabe über µUSB
• Messkampagnen
• Digitale Signalverarbeitung:
    Kalibrierung von Messdaten, Filter, Feature Extraction (mean, s.d., etc.), Klassifikatoren (z.B. SVM), Energy Expenditure / MET

Kenntnisse in der Mikrocontrollerprogrammierung und/ oder Matlab sind hilfreich. Die Arbeit findet in Kooperation mit der eesy-id GmbH in Tennenlohe statt.