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Elektronische Systeme
Einführung
Unterschiedlichste elektronische System umgeben uns Tag täglich: Mobiltelefone, Laptops, Fahrzeugsteuerung… In diesem Kurs wollen wir eine Systemidee von Ihnen in elektronischer Hard- und Software umsetzen, um dabei die Einblicke in die Elektronikentwicklung zu erweitern. Ziel ist vor dem Jahresabschluss bereits die Systeme zu präsentieren.
Weiterhin ergeben sich vor den Prüfungen 4 Termine, bei welchen Experten aus der Industrie interessante Einblicke in die Elektronik darstellen. Hier bin ich auf Ihr Interesse angewiesen und offen für Ideen.
Bisherige Kurse
Im letzten Kurs wurden folgende Präsentationen gehalten:
- Wie wird eine Platine entwickelt?(externer Vortragender, Würth/WEdirekt)
Nutzentypen, Multilayer, Flex-Systeme, Vias - Weitere Tipps und Tricks zum Layouting von Platinen (Prof. Gruhler)
parasitäre Induktivitäten und Kapazitäten, Führung von analoger und digitaler Masse, Aufbau von Multilayerplatinen, Kunst des Layoutings - Mikrocontroller-Technologien (externer Vortragender, Microchip)
Hardware-Software-Codesign, typische Haken und Ösen bei der Hardwareentwicklung - Software- und Systementwicklung (externer Vortragender, Bosch)
Prozesse, industrielle Tools, Tagesablauf
Gegebenenfalls könnten folgende Themen interessant sein:
- Wie kann ich Kommunikation und Datenablage sicher machen
Checksummen, Zyklische Redundanzprüfung, Hash-Funktionen, Kryptographie - Wie wandelt man - z.B. im Elektroauto, im Netzteil, in der Endstufe - Wechselspannung in Gleichspannung und umgekehrt
Halbbrücke, Buck/Boost-Converter, Vollbrücke, B6-Brücke, Transistortypen, Gegentaktendstufe * Warum brennen Prozessoren nicht durch?
Thermomanagement, Wärmestromkreis, transiente thermische Impedanz - komplexere Filter
Bandsperre, Bessel-, Butterworth-, Chebyshev-Filter, Ausnutzung von Resonanz - Künstliche Intelligenz
Projektvorschläge folgen bis zum Semesterbeginn. Eigene Projektvorschläge sind gerne gesehen.
Themen für Kurzvorträge
- Transistoren - Transistorstrukturen im Chip: von Standardzellen zu 3D-Integration und „Forksheet“-Transistoren (FinFETs, vertikale Transistoren, …)
- Transistoren - Einführung in CMOS
- Energiespeicher - Miniaturbatterien in Dünnschicht
- Energiespeicher - Supercaps und Hybrid-Supercaps
- Energiespeicher - Impedanzspektroskopie bei Batterien
- Controller - Multicore, Pipelining und Vectoring in Prozessoren
- Controller - DSPs
- Controller - Hardware-integrierte Neuronale Netze (analoge Neuronen über Resistive RAM, Compute in Memory, mathematische MAC Operationen, FPGAs, …)
- Einführung in den thermischen Stromkreis (z.B. Berechnungen mit Zth)
- Einführung in Photonik (optische Kopplung, Polarisationsmanagement, SiN-Wellenleiter)
Themen für Projekte
| Nr. | Thema | Beschreibung | Umfang | sinnvolle Interessen | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Softwareentwicklung? | Hardwareentwicklung? | Systementwicklung? | ||||
| 1 | Simulide Systemübersicht / Weiterentwicklung | Das Simulationstool Simulide ist in Cpp programmiert. Aktuell ist nicht bekannt, dass es eine Systemübersicht gibt (welche einzelnen SW-Module gibt es? wie interagieren diese?). Ein Ziel ist diese zu entwickeln. Als Start können verschiedene Forumsbeiträge genutzt werden, z.B. Kompilieren unter Win10). Weiterhin können kleine Komponenten umgesetzt werden (z.B. Motor mit „Spannungsausgang“ für Drehzahl) | 2 | ja, Cpp (in Windows) | Ja, Systemübersicht | |
| 2 | Einarbeitung in Falstad circuitjs | 2 | Ja, Java Script | Ja, Systemübersicht | ||
| 3 | WLAN-Hookup MEXLE (als standalone Basis Board) | OTA-Flashing für AVR-Chips / Mexle 328PB über ESP32 | 1…2 | Ja, C++ / C (embedded) | Ja, Schaltung/Layout in eagle | |
| 4 | eine „einfache“ Programmiersprache: Scratch auf dem MEXLE 328PB Board | (S4A) | 1…2 | Ja, Scratch | Ja | |
| 5 | (einfacher) Prozessornachbau in Falstad / digital | (z.B. RISC CPU) | 2…4 | Ja, Simulation | ||
| 6 | Modellierung eines Operationsverstärkers | 1…2 | ||||
| 7 | Elektronik-Management über Bar-, QR-Code (z.B. quaggaJS, automatischer Erstellung für eagle) | (z.B. einfaches Modell, komplexeres Modell) | 1…2 | Ja, in eagle und ggf. PHP, Java Script | ||
| 8 | (weitere) Anpassung MEXLE ↔ Fischertechnik | 2…3 | Ja, Schaltung/Layout in eagle | |||
| 9 | „Leit“-Schaltungen entwickeln | 1…2 | Ja, Schaltung/Layout in eagle und Simulation | |||
| 10 | Magnetkreise mit FEMM auslegen (z.B. Elektromotor, Reluktanzmotor, Lautsprecher etc. ) | 1…2 | Ja, Simulation | |||
| 11 | Entwicklung von diversen Layouts | 3 | Ja, Schaltung/Layout in eagle | |||
Terminplanung
| Semester- woche | Termin | Modus | Projekt |
|---|---|---|---|
| 1 | 01.03 | Einführung | Auswahl des Projekts, Komponentensuche, Einlesen in Datenblätter, Projektplanung: - Mindmap - Gantt-Chart - Ressourcenplanung |
| 2 | 08.03 | ||
| 3 | 15.03 | Eigenständige Arbeit / Coaching | |
| 4 | 22.03 | ||
| 5 | 29.03 | ||
| 6 | 05.04 | ENTFÄLLT (Ostern) | |
| 7 | 12.04 | Eigenständige Arbeit / Coaching | |
| 8 | 19.04 | ||
| - | 26.04 | ENTFÄLLT (Prüfungen) | |
| - | 03.05 | ||
| - | 10.05 | ||
| - | 17.05 | ||
| - | 24.05 | ||
| 9 | 31.05 | Präsentationsslot 1-4, Coaching | |
| 10 | 07.06 | Präsentationsslot 5-8, Coaching | |
| 11 | 14.06 | Präsentationsslot 9-12, Coaching | |
| 12 | 21.06 | Präsentationsslot 13-16, Coaching | |
| 13 | 28.06 | Präsentationsslot 7-20, Coaching | |
Bei allen Veranstaltungen ist die Möglichkeit zu Rücksprachen zu den eigenen Projekten gegeben.
weiterführende Links
Theorie paralleler und verteilter Systeme von Hr. Prof. Tantau an der Uni Lübeck
Dimensionierung von Schaltnetzteilen
iPES: interaktives Power Electronics Seminar
diverse Skripte für Elektronik der ZHAW (Schweiz)