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In diesem Artikel wird ein neu entwickeltes Werkzeug zur Dimensionierung von Bonddrähten im ASIC-Entwurf vorgestellt. Die Berücksichtigung aller Einflussfaktoren erlaubt eine gegenüber Handrechnungen optimierte Auslegung der Bondanordnung. Dies ermöglicht zum einen die Absicherung gegen Degradationseffekte bis hin zum Durchbrennen und garantiert so die Zuverlässigkeit über die gesamte Lebensdauer. Zum anderen wird eine aus Zuverlässigkeitserwägungen resultierende Überdimensionierung vermieden.
Das Werkzeug erlaubt die Kalkulation aller für die Auslegung von Bonddrähten relevanten Parameter. Je nach Kontext der Aufgabenstellung lassen sich die Stromtragfähigkeit für Dauerstrom oder Pulsstrombelastung, kritische Temperaturen oder die maximale Bonddrahtlänge als Ausgabegrößen berechnen. Durch diese Flexibilität und die benutzerfreundliche Integration in eine industrielle Entwicklungsumgebung ist der „Bond-Rechner“ im gesamten Entwurfsverlauf einsetzbar und leistet wertvolle Hilfestellung von ersten Abschätzungen in frühen Entwurfsphasen bis hin zur abschließenden Verifikation.
Ein praktikables Mittel zur Erhöhung des Automatisierungsgrads im analogen IC-Entwurf ist die Verwendung parametrisierter Zellen. Diese sogenannten pCells werden eingesetzt, um determinierte Layouts automatisch zu erzeugen, und zwar in der Regel für einzelne Bauelemente wie Transistoren oder Dioden. Der vorliegende Beitrag zeigt die Potenziale eines erweiterten pCell-Konzepts, mit dem determinierte Layouts als auch Schaltpläne für ganze Schaltungsmodule automatisch generiert werden können. Als Beispiel wird eine solche Modul-pCell für analoge Stromspiegel beschrieben, die nicht nur die Dimensionierung der Einzeltransistoren, sondern auch verschiedene Transistortypen, beliebige Spiegelverhältnisse und sogar mehrere Topologien sowie weitere Freiheitsgrade implementiert. Das dadurch erzielte Maß an Flexibilität erlaubt es, die zahlreichen schaltungstechnischen Varianten im Analogbereich abzudecken, die ansonsten oftmals Hürden für Automatisierungsansätze darstellen.
Der Entwurf analoger integrierter Schaltkreise ist bis heute durch einen weitgehend manuellen Entwurfsstil mit anschließender Verifikation gekennzeichnet. Das Backend dieses Prozesses bildet der Layoutentwurf, der mit der SDL-Methode (schematic driven layout) durchgeführt und mit den Verifikationsschritten DRC und LVS abgeschlossen wird. Als Ziel wird i.a. in Analogie zu den im Digitalbereich existierenden Lösungen eine vollautomatische Layoutsynthese auch für Analogschaltungen angestrebt. Die hier vorgeschlagene neue Designmethodik hat nicht diese vielfach geforderte Layoutsynthese im Analogbereich zum Inhalt. Sie stellt vielmehr einen realistischeren - und aus Sicht des Autors vor allem notwendigen - Zwischenschritt dar. Die Kernaussage besteht darin, dass zunächst eine Methode bereitzustellen ist, bei der alle die Schaltungsfunktion beeinflussenden Randbedingungen (constraints) rechnergestützt prüfbar sein müssen. Erst auf dieser Basis wird es gelingen, in einem weiteren Schritt analoges Layout zu synthetisieren. Diese These wird aus einer Betrachtung der historischen Entwicklung der EDA-Werkzeuge hergeleitet. Die Extrapolation dieser Historie lässt eine Wegskizze für einen neuen "constraint-driven" Designflow erkennen, dessen Hauptvorteil in einer rechnergestützten Absicherung der Schaltungsfunktion besteht. Weitere mögliche neue Merkmale eines solchen Designflows werden diskutiert: Abkehr von den klassischen sequentiellen Designschritten wie Platzierung und Routing hin zu einer "kontinuierlichen" Layoutentstehung und neuartige Chancen für eine wesentlich verbesserte Wiederverwendbarkeit (reuse) von Layoutergebnissen durch die Nutzung höherer Abstraktionsebenen.
Das Gehör ist mehr als jedes andere Sinnesorgan für die menschliche Sprache und ihre Entwicklung verantwortlich und stellt auf kleinstem Raum ein anatomisch und physiologisch einzigartiges Gebilde dar. Es beeindruckt vor allem durch seinen großen Dynamikbereich.
Während im Bereich der Hörschwelle der eben hörbare Schalldruck etwa 20 μPa beträgt, können die Drucke und Amplituden bis zur Schmerzgrenze noch etwa zweimillionenfach gesteigert werden. Derartige physiologische Schalldrücke sind jedoch immer noch verschwindend klein gegenüber den ebenfalls auf das Ohr einwirkenden statischen Luftdruckschwankungen, wie sie beispielsweise beim Treppensteigen, Zug- bzw. Autofahren, Fliegen oder beim Naseputzen vorkommen. Zwar führen diese zu einer veränderten Wahrnehmung, jedoch nicht zu einer Schäadigung des Ohrs. Diese Fähigkeit, trotz großer statischer Druckschwankungen in der Umgebung, gleichzeitig winzige physiologische Schalldrücke wahrnehmen zu können, ist hauptsächlich in den nichtlinearen, viskoelastischen Eigenschaften der Gelenke und Bänder des Mittelohrs sowie des Trommelfells begründet.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, dieses nichtlineare Verhalten des Mittelohrs bei großen Belastungen und großen Verschiebungen durch nichtlineare, räumliche Ersatzmodelle auf mechanischer Basis abzubilden. Zur Charakterisierung der nichtlinearen Eigenschaften der Gerhörknöchelchenkette werden statische und dynamische Messungen an humanen Felsenbeinen durchgeführt. Ein besonderes Augenmerk ist auf die Charakterisierung der nichtlinearen, viskoelastischen Eigenschaften des Ringbands, des Trommelfells, der Trommelfellsehne und der beiden Mittelohrgelenke gerichtet. Im Blick auf die klinische Praxis wird zum einen anhand von Messergebnissen das Schädigungsrisiko bei einer Stapeschirurgie diskutiert sowie die Auswirkungen von Vorspannungen im Mittelohrapparat am Beispiel des aktiven Implantats Carina untersucht.
Die Spannungsversorgung elektronischer Steuergeräte im Automotive-Bereich wird zunehmend durch Schaltregler sichergestellt. Der SEPIC (Single Ended Primary Inductance Converter) besitzt die Eigenschaft, eine Spannung aufwärts wie auch abwärts wandeln zu können und könnte somit klassische Buck- und Boost-Wandler ablösen. Dieser Beitrag untersucht den SEPIC hinsichtlich Eignung für Automotive-Anwendungen. Dazu wurde eine Groß- sowie Kleinsignalanalyse am Wandler durchgeführt, mit geeigneten Simulationsmodellen nachgebildet und Messungen gegenüber gestellt. Der SEPIC zeigt als Hauptvorteile:
1. einen verzugsfreien Übergang zwischen Buck-/Boost Betrieb, 2. geringe Eingangswelligkeit, 3.DC-Kurzschlussfestigkeit. Auch hinsichtlich Wirkungsgrad und EMV-Verhalten stellt der SEPIC eine interessante Alternative dar. Der zwischen Ein- und Ausgang liegende Kondensator wird dauerhaft von einem Strom durchflossen, auf Basis der Effektivströme wird das damit verbundene Ausfallrisiko diskutiert.
A fast transient current-mode buckboost DC-DC converter for portable devices is presented. Running at 1 MHz the converter provides stable 3 V from a 2.7 V to 4.2 V Li-Ion battery. A small voltage under-/overshoot is achieved by fast transient techniques: (1) adaptive pulse skipping (APS) and (2) adaptive compensation capacitance (ACC). The proposed converter was implemented in a 0.25 μm CMOS technology. Load transient simulations confirm the effectiveness of APS and ACC. The improvement in voltage undershoot and response time at light-to-heavy load step (100 mA to 500 mA), are 17 % and 59 %, respectively, in boost mode and 40 % and 49 %, respectively, in buck mode. Similar results are achieved at heavy-to-light load step for overshoot and response time.
Dynamik beim Schleifen
(2014)
Schleifen ist ein Bearbeitungsverfahren zur Erzeugung höchster Oberflächengenauigkeiten. In vielen Fällen sind geschliffene Oberflächen Funktionsflächen der späteren Bauteile, bei denen es nicht nur auf die Maß- und Formhaltigkeit, sondern auch auf die Rauheit und das optische Erscheinungsbild ankommt. Doch viele Einflussgrößen aller an der Zerspanung beteiligten Komponenten können das Schleifergebnis trüben. An der FH Reutlingen forscht man daran, diese Einflussgrößen in den Griff zu bekommen.
Das Buch beinhaltet Übungsaufgaben, die im Rahmen der Vorlesung Fluidmechanik im 3. Semester des Bachelorstudiengangs Maschinenbau an der Fakultät Technik der Hochschule Reutlingen behandelt werden. Diese Übungsaufgaben sind zum größten Teil alte Prüfungsaufgaben und betreffen vier Kapitel aus der Vorlesung Fluidmechanik. Diese sind "Fluidstatik", "Fluiddynamik", "Impulssatz" und "verlustbehaftete Strömungen". Anhand der angegebenen ausführlichen Lösungen sind die Studierenden in der Lage, den Lösungsweg einzelner Aufgaben zu verifizieren und können sich so optimal auf die Prüfung vorbereiten.
IGBT modules with anti-parallel FWDs are widely used in inductive load switching power applications, such as motor drive applications. Nowadays there is a continuous effort to increase the efficiency of such systems by decreasing their switching losses. This paper addresses the problems arising in the turn-on process of an IGBT working in hard-switching conditions. A method is proposed which achieves – contrary to most other approaches – a high switching speed and, at the same time, a low peak reverse-recovery current. This is done by applying an improved gate current waveform that is briefly lowered during the turn-on process. The proposed method achieves low switching losses. Its effectiveness is demonstrated by experimental results with IGBT modules for 600V and 1200V.
Advanced power semiconductors such as DMOS transistors are key components of modern power electronic systems. Recent discrete and integrated DMOS technologies have very low area-specific on-state resistances so that devices with small sizes can be chosen. However, their power dissipation can sometimes be large, for example in fault conditions, causing the device temperature to rise significantly. This can lead to excessive temperatures, reduced lifetime, and possibly even thermal runaway and subsequent destruction. Therefore, it is required to ensure already in the design phase that the temperature always remains in an acceptable range. This paper will show how self-heating in DMOS transistors can be experimentally determined with high accuracy. Further, it will be discussed how numerical electrothermal simulations can be carried out efficiently, allowing the accurate assessment of self-heating within a few minutes. The presented approach has been successfully verified experimentally for device temperatures exceeding 500 ◦C up to the onset of thermal runaway.
This paper presents a new broadband antenna for satellite communications. It describes the procedure involved in the design of a microstrip antenna array and its multi-level passive feed network that together yield circular polarization and the necessary gain to be used in an earth-satellite link. The designed antenna is notable for its large bandwidth, circular polarization, high gain and small dimensions.
This paper presents the design and simulation processes of an Equiangular Spiral Antenna for the extremely high frequencies between 65 GHz and 170 GHz. A new approach for the analysis of the antenna’s electrical parameters is described. This approach is based on formalism proposed by Rumsey to determine the EM field produced by an equiangular spiral antenna. Analytical expressions of the electrical parameters such as the gain or the directivity are then calculated using well sustained mathematical approximations. The comparison of obtained results with those from numerical integration methods shows a good agreement.
Die Hochschule Reutlingen hat eine vergleichende Untersuchung an Spannfuttern für Schaftfräser vorgenommen. Fazit: Die Steifigkeit einer Aufnahme hat einen stärkeren Einfluss auf das Schwingverhalten als das Dämpfungsvermögen.
Das dynamische Verhalten von Werkzeugmaschinen besitzt entscheidenden Einfluss auf die Bearbeitungsergebnisse. Zusammen mit dem Eigenverhalten der Maschine und dem Werkstück ergibt dies die für die Bearbeitungsgenauigkeit entscheidende statische Steifigkeit und die dynamische Nachgiebigkeit. Im Folgenden wird das Zusammenspiel dieser Komponenten im System näher dargestellt.
DMOS transistors are often subject to high power dissipation and thus substantial self-heating. This limits their safe operating area because very high device temperatures can lead to thermal runaway and subsequent destruction. Because the peak temperature usually occurs only in a small region in the device, it is possible to redistribute part of the dissipated power from the hot region to the cooler device areas. In this way, the peak temperature is reduced, whereas the total power dissipation is still the same. Assuming that a certain temperature must not be exceeded for safe operation, the improved device is now capable of withstanding higher amounts of energy with an unchanged device area. This paper presents two simple methods to redistribute the power dissipation density and thus lower the peak device temperature. The presented methods only require layout changes. They can easily be applied to modern power technologies without the need of process modifications. Both methods are implemented in test structures and investigated by simulations and measurements.
To improve the energy conversion efficiency of solar organic cells, the clue may lie in the development of devices inspired by an efficient light harvesting mechanism of some aquatic photosynthetic microorganisms that are adapted to low light intensity. Consequently, we investigated the pathways of excitation energy transfer (EET) from successive light harvesting pigments to the low energy level inside the phycobiliprotein antenna system of Acaryochloris marina, a cyanobacterium, using a time resolved absorption difference spectroscopy with a resolution time of 200 fs. The objective was to understand the actual biochemical process and pathways that determine the EET mechanism. Anisotropy of the EET pathway was calculated from the absorption change trace in order to determine the contribution of excitonic coupling. The results reveal a new electron energy relaxation pathway of 14 ps inside the phycocyanin component, which runs from phycocyanin to the terminal emitter. The bleaching of the 660 nm band suggests a broader absorption of the terminal emitter between 660 nm and 675 nm. Further, there are trimer depolarization kinetics of 450 fs and 500 fs in high and low ionic strength, respectively, which arise from the relaxation of the β84 and α84 in adjacent monomers of phycocyanin. Under conditions of low ionic strength buffer solution, the evolution of the kinetic amplitude during the depolarization of the trimer is suggestive of trimer conservation within the phycocyanin hexamer. The anisotropy values were 0.38 and 0.40 in high and in low ionic strength, respectively, indicating that there is no excitonic delocalization in the high energy level of phycocyanin hexamers.
We investigated the excitation modes of the light-harvesting protein phycocyanin (PC) from Thermosynechococcus vulcanus in the crystalline state using UV and near-infrared Raman spectroscopy. The spectra revealed the absence of a hydrogen out-of-plane wagging (HOOP) mode in the PC trimer, which suggests that the HOOP mode is activated in the intact PC rod, while it is not active in the PC trimer. Furthermore, in the PC trimer an intense mode at 984 cm−1 is assigned to the C–C stretching vibration while the mode at 454 cm−1 is likely due to ethyl group torsion. In contrast, in the similar chromophore phytochromobilin the C5,10,15-D wag mode at 622 cm−1 does not come from a downshift of the HOOP. Additionally, the absence of modes between 1200 and 1300 cm−1 rules out functional monomerization. A correlation between phycocyanobilin (PCB) and phycoerythrobilin (PEB) suggests that the PCB cofactors of the PC trimer appear in a conformation similar to that of PEB. The conformation of the PC rod is consistent with that of the allophycocyanin (APC) trimer, and thus excitonic flow is facilitated between these two independent light harvesting compounds. This excitonic flow from the PC rod to APC appears to be modulated by the vibration channels during HOOP wagging, C = C stretching, and the N–H rocking in-plan vibration.
In visual adaptive tracking, the tracker adapts to the target, background, and conditions of the image sequence. Each update introduces some error, so the tracker might drift away from the target over time. To increase the robustness against the drifting problem, we present three ideas on top of a particle filter framework: An optical-flow-based motion estimation, a learning strategy for preventing bad updates while staying adaptive, and a sliding window detector for failure detection and finding the best training examples. We experimentally evaluate the ideas using the BoBoT dataseta. The code of our tracker is available online.
The capability of the method of Immersion transmission ellipsometry (ITE) (Jung et al. Int Patent WO, 2004/109260) to not only determine three-dimensional refractive indices in anisotropic thin films (which was already possible in the past), but even their gradients along the z-direction (perpendicular to the film plane) is investigated in this paper. It is shown that the determination of orientation gradients in deep-sub-lm films becomes possible by applying ITE in combination with reflection ellipsometry. The technique is supplemented by atomic force microscopy for measuring the film thickness. For a photooriented thin film, no gradient was found, as expected. For a photo-oriented film, which was subsequently annealed in a nematic liquid crystalline phase, an order was found similar to the one applied in vertically aligned nematic displays, with a tilt angle varying along the z-direction. For fresh films, gradients were only detected for the refractive index perpendicular to the film plane, as expected.
DMOS transistors in integrated power technologies are often subject to significant self-heating and thus high temperatures, which can lead to device failure and reduced lifetime. Hence, it must be ensured that the device temperature does not rise too much. For this, the influence of the on-chip metallization must be taken into account because of the good thermal conductivity and significant thermal capacitance of the metal layers on top of the active DMOS area. In this paper, test structures with different metal layers and vias configurations are presented that can be used to determine the influence of the onchip metallization on the temperature caused by self-heating. It will be shown how accurate results can be obtained to determine even the influence of small changes in the metallization. The measurement results are discussed and explained, showing how on-chip metallization helps to lower the device temperature. This is further supported by numerical simulations. The obtained insights are valuable for technology optimization, but are also useful for calibration of temperature simulators.
Bionic optimisation is one of the most popular and efficient applications of bionic engineering. As there are many different approaches and terms being used, we try to come up with a structuring of the strategies and compare the efficiency of the different methods. The methods mostly proposed in literature may be classified into evolutionary, particle swarm and artificial neural net optimisation. Some related classes have to be mentioned as the non-sexual fern optimisation and the response surfaces, which are close to the neuron nets. To come up with a measure of the efficiency that allows to take into account some of the published results the technical optimisation problems were derived from the ones given in literature. They deal with elastic studies of frame structures, as the computing time for each individual is very short. General proposals, which approach to use may not be given. It seems to be a good idea to learn about the applicability of the different methods at different problem classes and then do the optimisation according to these experiences. Furthermore in many cases there is some evidence that switching from one method to another improves the performance. Finally the identification of the exact position of the optimum by gradient methods is often more efficient than long random walks around local maxima.