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Studienabschlussarbeiten

Anzahl der Treffer: 603
Erstellt: Fri, 24 Jan 2020 23:01:38 +0100 in 0.0382 sec


Berthold, Martin;
Redesign eines integrierten UHF RFID-Demodulator Front-End. - Ilmenau. - 38 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Radio Frequency Identification Systeme gewinnen in unserer heutigen Gesellschaft immer mehr an Bedeutung. Durch moderne Technologien werden die passiven Transponder immer kleiner und leistungsärmer. Dadurch kann der Abstand zwischen Basisstation und dem Tag deutlich erhöht werden. In der vorliegenden Bachelorarbeit wird die Schaltung eines vorhandenen integrierten Ultra High Frequency RFID-Demodulator Front-End überarbeitet und verifiziert. Für den passiven Transponder wird eine interne Spannungsversorgung benötigt. Die dafür notwendigen Schaltungen von Spannungsvervielfacher und Begrenzer wurden ersetzt und zwei Regelschaltungen, zur Stabilisierung der Versorgungspotentiale VDD und VSS, entworfen. Des Weiteren wurde die Schaltung zur Demodulation angepasst und die Testbench zur Verifikation der Gesamtschaltung überarbeitet. In der Arbeit ist die minimal benötigte Eingangsleistung für den Tag ermittelt worden. Daraus lässt sich der maximale Abstand zwischen Basisstation und Transponder bestimmen. Anschließend ist das Layout für die neue Spannungsvervielfacherschaltung entwickelt und überprüft worden.



Pfleiderer, Richard;
Verifikation, Optimierung und Erweiterung eines IEC 18000-63 Type C Protokoll-Controllers für Low Power UHF-RFID-Tags. - Ilmenau. - 65 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Der vielseitige Einsatz von RFID-Konstruktionen nimmt weltweit stetig zu. Die Möglichkeit zur eindeutigen Identifizierung von Objekten erleichtert in vielen Anwendungsgebieten den Alltag der Menschen. Transponder werden dabei an Objekten angebracht, um sie später mittels Funkwellen korrekt identifizieren zu können. Dabei spielen Protokolle wie der EPC Class 1 Generation 2, die auf dem IEC 18000-63 Standard basieren, eine große Rolle. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Integration dieses Protokolls, das für eine Sensoranbindung angepasst und umgesetzt wird. Es handelt sich hierbei um eine direkte Reader-zu-Tag Kommunikation; auf einen Datenaustausch mit mehreren Tags wird verzichtet.



Kircher, Ludwig;
Optimierung des IMMS-Terminalsystems für PXI-Testsysteme hinsichtlich flexiblerer Konfiguration und gesteigerter Zuverlässigkeit. - Ilmenau. - 64 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Das IMMS beschäftigt sich mit dem Test und der Charakterisierung von Halbleitern. Die hierfür eingesetzten Messgeräte basieren auf dem PCI eXtentions for Intrumentation (PXI) System. Durch die modulare Bauweise und die Unterstützung einer Vielzahl unterschiedlicher Messgeräte kann das Messsystem flexibel und optimal auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden. Die Verbindung zwischen Messgerät und Messobjekt, meist ein integrierter Schaltkreis auf einem Wafer oder in einem Chipgehäuse, stellt jedoch aufgrund der verschiedenen Schnittstellen der Instrumente eine Herausforderung dar. Das am IMMS entwickelte Terminalmodulsystem fungiert als Schnittstelle zwischen Waferprober und Tester und erlaubt die anwendungsspezifische Selektion der relevanten Testsignale. Hierdurch kann die Anzahl geführter Leitungen minimiert werden. Das Konzept hat sich in vielen Messungen bewährt und wird auch in Zukunft für Messaufbauten Verwendung finden. Trotzdem besitzt es einige nachteilige Eigenschaften. So erfordert der Austausch einer einzelnen Messkarte den Ausbau des gesamten Terminalmodulsystems. Das Ziel der Bachelorarbeit ist die Erstellung eines neuen Konzeptes, welches die Nachteile des vorherigen Systems beseitigt und so den Arbeitsablauf bei Halbleiter-Messungen weiter optimiert. Hierfür werden die Grenzen des Systems analysiert und Anforderung an ein neues zusammengetragen. Darauf aufbauend werden vier neue Konzepte erarbeitet und modelliert. Von den beiden geeignetsten Varianten werden Modelle erstellt, welche messtechnisch charakterisiert werden. Auf der Basis dieser Messungen und der Beurteilung der mechanischen Eigenschaften wird das beste Konzept ermittelt. Das Ergebnis der Bachelorarbeit ist ein neues Konzept für das Terminalmodulsystem auf dessen Basis die Terminalmodule in weiteren Arbeiten neu aufgebaut werden können.



Kirchner, Maximilian;
Drahtlose Kommunikationsprotokolle für die Hausautomatisierung. - Ilmenau. - 66 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Im Bereich der Hausautomatisierung wird eine Fülle von Produkten verschiedenster Hersteller angeboten. Mitunter lässt sich nur schwer erkennen, inwieweit Produkte kompatibel miteinander sind. Wesentlich hierfür ist die Verwendung eines gemeinsamen Funkstandards. Neben individuellen proprietären Lösungen mancher Hersteller haben sich Funkstandards herausgebildet, denen sich Gruppen von Herstellern angeschlossen haben. Beworben werden diese Funkstandards durch Markennamen wie ZigBee, Z-Wave oder Bluetooth. Diese Namen bezeichnen eine Zusammenfassung verschiedener Protokolle mit unterschiedlichen Eigenschaften. In dieser Arbeit wurden eine Auswahl verschiedener Funksysteme und die darunter liegenden Protokolle miteinander verglichen und ihre spezifischen Vor- und Nachteile aufgezeigt. Anschließend wurde mit ZigBee eine Testumgebung mit verschiedenen Geräten (Schalter, Lampen, Sensoren, etc.) aufgebaut. Es wurden die wesentlichen und für die Hausautomatisierung wichtigen Funktionen mit verschiedenen Geräten getestet. Dabei wurde gezeigt, dass die zuvor theoretisch beschriebenen Anforderungen erfüllt werden.



Strukturierung von MEMS auf Sc(x)Al(1-x)N-Basis mit Hilfe von plasma-basierten Trockenätzprozessen für Anwendung in der Magnetfeldsensorik. - Ilmenau. - 87 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit beschäftigt sich mit der Strukturierung von einem Mikro-elektromechanischen Systems (MEMS) mit den Materialien Titan, Platin (Pt), Scandiumaluminiumnitrid (ScAlN) und Nickel (Ni). Speziell ist das Ziel eine Balkenstruktur mit dieser Schichtabfolge zu erzeugen. Die MEMS sollen kleine Magnetfelder durch Ausnutzung der verbesserten piezoelektrischen Eigenschaften von ScAlN, im Vergleich zu reinem Aluminiumnitrid (AlN) und der Magnetostriktivität von Ni messen. Damit könnten zum Beispiel Magnetoenzephalographiemessungen, ohne die Verwendung von Supraleitern, durchführbar sein. Das Herstellen der Balken erfolgt über plasma-basierte Ätzverfahren, um eine hohe Anisotropie zu gewährleisten. Als Ätzgase kommen Bortrichlorid, Argon und Chlor für das ScAlN und Argon und Chlor für Pt zum Einsatz. Die Ätzanlage ist eine reaktive Ionenätzanlage, die über eine Spule Plasma erzeugt. Das Ätzen der ScAlN- und der Pt-Schicht erfolgt ohne Unterbrechung des Vakuums in der gleichen Ätzanlage. Für beide Materialien sind bestehende Prozesse angepasst und verändert worden. Zum Einsatz kamen zwei Maskierungsschichten, einmal AZ 1518 Lack und das magnetostriktive Ni. Nach der Anwendung ließ sich feststellen, dass Lack nicht geeignet ist für längere Ätzprozesse. Auch das Ni zeigte eine chemische Reaktion in der Ätzanlage bei zu hoher Prozesszeit. Um dies zu verhindern, erfolgte das Ätzen in zeitlich begrenzten Schritten. Die Strukturierung des Ni wurde am Ende mit einer deionisierten, 30% wässrigen Eisen(III)-chlorid-Lösung realisiert. Insgesamt konnte eine Steigerung der Ätzrate von ScAlN mit höherem Anteil an Bortrichlorid im Ätzgas festgestellt werden. Dagegen führte eine Steigerung des Argonanteils zu einer Verringerung der Ätzrate. Am höchsten war diese nach der Erhöhung der Teilchenenergie durch eine erhöhte eingekoppelte Kondensatorleistung. Mit diesem Ätzprozess konnten Proben mit verschiedenen Sc-Gehalten bis zu 44% geätzt und strukturiert werden. Im Rahmen der Arbeit konnten nur Balkenstrukturen mit einer AlN-Schicht, anstelle des ScAlN hergestellt werden. Allerdings war es möglich, Probleme des Gesamtherstellungsprozesses aufzudecken und zu lösen.



Herstellung und Charakterisierung gesputterter ScxAl1 xN-Schichten für Anwendungen in der Magnetfeldsensorik. - Ilmenau. - 162 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Aufgrund der enormen Steigerung der piezoelektrischen Konstanten ist mit Scandium legiertes Aluminiumnitrid ein vielversprechendes Material für die Entwicklung von mikroelektromechanischen Systemen auf Basis magnetoelektrischer Komposite. Die Einbettung dieser wissenschaftlichen Arbeit in die Forschungsarbeiten der Forschergruppe ultrasensitive Magnetfeldsensorik mit resonanten magentoelektrischen mikroelektromechanischen Systemen definiert als Zielstellung der zu entwickelnden mikroelektromechanischen Systeme die Messung von schwächsten Magnetfeldern bei Raumtemperatur. Für die Realisierung der erforderlichen Messempfindlichkeit dieses Sensorkonzepts eignet sich wegen seiner zuvor beschrieben Schichteigenschaften Scandiumaluminiumnitrid als Material für die piezoelektrische Schicht. Folglich ist es notwendig, einen Depositionsprozess für hexagonale, c-Achsen-orientierte und leicht zugverspannte Scandiumaluminiumnitridschichten zu entwickeln. Die Schichtherstellung erfolgt hierbei unter Verwendung einer Gasatmosphäre bestehend aus Stickstoff und Argon im Clustertool CS 400 ES der Firma VON ARDENNE. Es ist somit erforderlich, eine Studie bezüglich des Einflusses verschiedener Depositionsparameter auf die Schichtmorphologie und -struktur der Scandiumaluminiumnitridschichten durchzuführen. Dabei umfasst die Vorgehensweise neben der Bestimmung einer optimierten Parameterkonfiguration für die Deposition mittels reaktivem magnetfeldunterstützem Sputterns eine Adaption der ermittelten Parameter auf das Co-Sputter-Verfahren. Dieses ermöglicht die Herstellung von Scandiumaluminiumnitridschichten mit variablem Scandium-Gehalt. Darüber hinaus wird eine Automatisierung der Depositionsprozesse zur Effizienzsteigerung vorgenommen. Das Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit besteht darin, einen Depositionsprozess für hexagonale, c-Achsen-orientierte und leicht zugverspannte Scandiumaluminiumnitridschichten zu entwickeln. Dieser Forderung konnte weithin entsprochen werden. Es ist jedoch noch der Nachweis über das Vorherrschen einer leichten Zugverspannung in den Scandiumaluminiumnitridschichten zu erbringen. Dieser konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit lediglich für die Schichtstruktur Silizium/Titan/Plati/Aluminiumnitrid/Scandiumaluminiumnitrid geliefert werden.



Müller, Nikolas;
Entwurf eines Low-Power CMOS Oszillators für ein UHF-RFID Front-End. - Ilmenau. - 76 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Die RFID-Technologie (radio-frequency identification) gilt heutzutage als etablierte Technik, welche viele Anwendungsgebiete verzeichnet. So wird heutzutage ein Teil des Zahlungsverkehrs, der Warensicherung beispielsweise aber auch Positionsbestimmungen mittels RFID-Technologie bewerkstelligt. Vermehrt weist diese Technologie Defizite im Bereich der Reichweite auf. In der folgenden Arbeit soll der Oszillator des UHF (ultra-high frequency)-RFID Tags entworfen werden, der diese Defizite überwinden soll. Zielführend für diese Aufgabe ist das Entwerfen von vier unterschiedlichen Oszillatoren und die anschließende Auswahl des geeignetsten Entwurfes anhand einer Vielzahl von Simulationen und Randbedingungen. Alle Entwurfsschritte wurden mithilfe des Programms Virtuoso Design- und Layout-Suite durchgeführt. Mit einer vorgegebenen Schwingfrequenz von f = 2 MHz sollen in der 180 nm-Technologie mehrere Oszillatoren entwickelt werden. Dafür werden jeweils zwei Entwürfe basierend auf dem Ringoszillator bzw. auf dem Relaxationsoszillator betrachtet und simuliert. Die Minimierung der Leistungsaufnahme stellt in diesem Teil der Arbeit das wichtigste Kriterium dar. Bei Betrachtung der Schaltungen unter Idealbedingung erfolgt ein Ausschlussverfahren. Anschließend gilt es, die fertigen Schaltungen in ein Layout zu überführen und die Oszillatoren auf Funktionalität unter simulierten Realbedingungen zu überprüfen. Zum Schluss wird anhand verschiedener Eigenschaften wie Jitter, Leistungsaufnahme, Kurzzeitstabilität, Anstiegs- bzw. Abfallzeit und die Erfolgschance des Fertigungsprozesses (Ausbeute) eine kompatible Topologie gewählt.



Bräunlich, Niklas;
Konzept und Entwicklung einer Feldsonde zur Vermessung und Charakterisierung von induktiv koppelnden UHF RFID-Antennen. - Ilmenau. - 82 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Seit ungefähr zehn Jahren wird in der RFID-Branche an sogenannten Segmented Loop Antennen für induktive UHF-Nahfeldanwendungen geforscht. Mit dem Ziel, immer größere Interrogationszonen zu verwirklichen, steigt die Größe der Antennen dieser Bauform stetig. Dabei erhöht sich jedoch auch die Länge der stromführenden Strukturen, wodurch neue Anforderungen an Layout und Abstimmung erwachsen. Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich damit, wie Vermessungs- und Charakterisierungsaufgaben zur Unterstützung des Entwicklungsprozesses von Segmented Loop Antennen und anderer induktiver RFID-Antennen durchgeführt werden können. Dabei wird anhand grundlegender elektromagnetischer Feldbeziehungen dargelegt, welche theoretischen Aspekte bei der Vermessung hochfrequenter Magnetfelder beachtet werden müssen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine UHF-Magnetfeldsonde entwickelt und umgesetzt. Diese Sonde ist Bestandteil einer Messeinrichtung, mit der RFID-Antennen dreidimensional abgetastet werden können. Verschiedene Messroutinen, wie Feldstärkemessung und Reader-Transponder-Funktionsbereich, dienen dabei der allumfassenden Charakterisierung der Antennen. Als ein wichtiger Bestandteil dieser Arbeit wurde die Sonde anhand von Testmessungen evaluiert, wobei auch eine Kalibrierung durch analytische Approximation erfolgt ist.



Thaller, Christopher;
Betrachtung und schaltungstechnische Implementierung des Random-Demodulator-Konzeptes für Millimeterwellenkommunikationssysteme. - Ilmenau. - 62 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Hohe Datenübertragungsraten in der Kommunikationstechnik werden immer wichtiger. Es werden große Bandbreiten benötigt, die in niedrigen Frequenzbereichen nicht zusammenhängend verfügbar sind. Der komprimierende Analog-Informationswandler versucht, die Informationen direkt aus dem Analogsignal mit Compressed Sensing (CS) zu erfassen. Er arbeitet mit niedrigeren Raten, als von Nyquist gefordert. CS wird grundsätzlich verwendet, um Signale zu erfassen, die entweder spärlich oder komprimierbar sind. Der Random Demoldulator ist eine Anwendung der Theorie von CS mit dem Ziel, die Grenzen der klassischen Abtasttechniken auf der Grundlage des Shannon Nyquist Theorems zu überwinden. Eine der wichtigsten Komponenten dieses Konzepts, der Multiplikator, ist Gegenstand dieser Arbeit. Dieser soll ein hochfrequentes Signal mit einer Bandbreite von 8 GHz im Frequenzbereich 24 GHz bis 32 GHz mit einer pseudo zufälligen Pulsfolge von 1 und -1 über einem Frequenzbereich von 4 MHz bis 32 GHz multiplizieren. Um zu erforschen, ob der in dieser Arbeit betrachtete Vier-Quadranten-Multiplikator für das RD-Konzept in Millimeterwellen-Kommunikationssystemen angewandt werden kann, werden Simulationen in der Chipentwurfsumgebung Cadence Virtuoso durchgeführt. Es wird die Linearität, die Verstärkung und das Rauschverhalten dieser Schaltung analysiert. Einer der wichtigsten Aspekte in dieser Analyse ist das Herausnden der Grenzen der Schaltung bezüglich der Linearität bei hohen Frequenzen. Im Vergleich zu den üblichen Verstärkungs- und Rauschwerten für den Mobilfunk weist die Schaltung eine gute Linearität auf. Das Rauschen ist höher im Vergleich zu Schaltungen in der Literatur, aber es ist für die Anwendung ausreichend gut. Aus den in dieser Arbeit simulierten Ergebnissen ist ein positives Fazit zu ziehen. Allerdings gibt es noch einige Aspekte der Schaltung und des Random Demodulators, die weiter geprüft werden mussen.



Rudnik, Philipp;
Characterization and calibration of software-defined radios for MIMO channel sounding. - Ilmenau. - 127 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die vorliegende Arbeit untersucht einen MIMO Channel Sounder, basierend auf einer Software-defined radio (SDR) Plattform. Basismodule sind SDRs vom Typ USRP-2954R (Sender) und USRP-2955 (Empfänger) sowie entsprechende Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung und -speicher. Besonderes Merkmal des Messsystems ist die parallele, phasenkohärente Aufzeichnung von 32 Empfangskanälen bis 6 GHz Trägerfrequenz mit 80 MHz Bandbreite. Für den Messeinsatz ist das System zunächst zu charakterisieren und zu kalibrieren. Dies bedeutet die Erfassung der Systemfrequenzgänge (Sender und parallele Empfänger) über der Zeit (Einschwingverhalten, Kurzzeit- und Langzeitstabilität) für jeden Sende- und Empfangskanal bei variabler Vorverstärkung sowie die Untersuchung von Temperatureinflüssen. Die Kenntnis der Systemfrequenzgänge zu jedem Zeitpunkt ist notwendig, um die Charakteristik des Mobilfunkkanals aus den Messdaten extrahieren zu können. Ansatz ist die Anregung des Systems mit einem Multisinus-Testsignal (crestfaktor-optimierter Breitband-Chirp mit quadratischer Phase) mit 80 MHz Bandbreite, wie es auch im Praxisfall verwendet wird. Dieses Signal wird per Kabel in das parallele Empfangssystem eingespeist - wahlweise über einen hochwertigen Signalgenerator oder über das Sende-USRP. Synchronizität zwischen Sender und Empfänger wird über eine gemeinsame Referenzverteilung (clock distribution accessory) sichergestellt. Desweiteren wird eine automatisierte Routine zur back-to-back Kalibrierung in LabVIEW implementiert, die sich in vorhandenene Messsoftware integriert. Besondere Aufmerksamkeit wird dem Verhalten des Mehrkanal-Empfängers in Form einer Reihe von Messungen über viele Stunden gewidmet. Im Ergebnis liegen mehr als ein Terabyte Rohdaten vor, deren Analyse folgende wesentliche Erkenntnisse liefern: Das System benötigt etwa 1,5 Stunden Einlaufzeit, um in einen stabilen Zustand zu gelangen. Die Langzeit-Phasendrift bei konstanter Umgebungstemperatur beträgt etwa 5 Grad/Stunde. Der Gangunterschied zwischen den verschiedenen Kanälen beträgt <1 Grad in einem SDR und <8 Grad zwischen unterschiedlichen SDRs. Alle Daughterboards weisen einen Amplitudenunterschied von ca. 3 dB zwischen beiden Kanälen auf. Auf Temperaturveränderungen reagiert das System mit einem erneuten Einlaufvorgang (Phasen- und Amplitudendrifts).