Wintersemester Bachelorveranstaltungen

Inhalt:
Um die Grundlagen der Digitaltechnik optimal anwenden zu können, werden die Studierenden zunächst in die Rechenregeln der Digitaltechnik (Schaltalgebra), die Zahlendarstellung im Digitalen sowie die Kombinatorische Logik eingeführt. Anschließend erfolgt die Vermittlung des Aufbaus sowie der Funktionsweise eines digitalen Schaltnetzes, woraufhin ein solches aufgebaut und optimiert wird. Ein weiterer Themenbereich der LV liegt bei digitalen Schaltungen mit Halbleiterspeichern, wobei auch der Aufbau von Speicherelementen genauer betrachtet wird. Außerdem beschäftigen sich die Studierenden mit der Automatentheorie sowie mit der Implementierung digitaler Komponenten in CMOS-Technologie. Die Studierenden gewinnen zudem einen Überblick über D/A und A/D-Umsetzer und lernen damit verbundene Kenngrößen sowie Implementierungsbeispiele kennen.
Anwendung des Wissens in der Praxis:
Das Digitale ist Bestandteil von unzähligen modernen Technologien. So ist die Signalverarbeitung Grundlage für das Aufzeichnungs- Übertragungs- sowie Speicherverfahren von Bild, Ton und Film. Ein weiteres Anwendungsgebiet der Digitaltechnik ist die Automatisierungstechnik, welche in der Anfertigung von Großserien Anwendung findet und somit die Grundlage für Industrialisierung darstellt. Dies hat eine Entlastung des Menschen von gefährlichen und anstrengenden Routinearbeiten und gleichzeitige Qualitätsverbesserungen zur Folge. Weiterhin werden in den Übungen Mikroprozessoren vorgestellt. Diese finden heutzutage nicht mehr ausschließlich in PCs Anwendung, sondern in fast allen technischen Geräten. Diese Vielzahl an Applikationen hat einen hohen Spezialisierungsgrad der Mikroprozessoren zur Folge, zudem müssen diese heutzutage mit einem möglichst geringen Energiebedarf auskommen. In den Übungen entwerfen und optimieren die Studierenden eigenständig digitale Schaltungen.
Dozent und Prüfungsmodalität: Univ.-Prof. Dr. Thomas Ußmüller, Dipl.-Ing. Manuel Ferdik, Michael Renzler (PhD),  Dipl.-Ing. Georg Saxl, schriftliche Prüfung, zusätzlicher Punkteerwerb für schriftliche Prüfung durch Vorrechnen in den begleitenden Übungen möglich

Sommersemester Masterveranstaltungen

Inhalt:
In dieser Lehrveranstaltung (LV) erhalten die Studierenden einen Überblick über implantierbare Systeme. Zunächst wird die Funktionsweise aktiver und passiver Implantate vermittelt sowie deren Gemeinsamkeiten und Unterschiede durch eine Klassifizierung herausgestellt. Ein weiteres, sehr aktuelles Themengebiet der LV sind Wearable Devices, dessen Technologie mit der von Implantaten verglichen wird. Im zweiten Teil der Lehrveranstaltung wird die Datenübertragung zu Implantaten behandelt. Es erfolgt eine Unterteilung in optische, akustische Übertragung sowie Funkübertragung (Nah- und Fernfeld). In diesem Zusammenhang werden die Studierenden an die Telemedizin herangeführt, wobei Informations- und Kommunikationstechnologien das Gesundheitswesen in Form von Datenübermittlung unterstützen. Der dritte Teil der LV beinhaltet das Energiemanagement implantierbarer Systeme, also verschiedene Arten der Energiespeicherung sowie der Energiegewinnung (Energy Harvesting). Als Möglichkeiten zum Energy Harvesting werden Photovoltaik, Thermoelektronische Generatoren, Bewegungsenergie sowie induktive Energieübertragung behandelt. Ein weiterer Fokus der LV stellt die Herausforderung von Low-Power-Konzepten dar, wobei zwischen digitalen und analogen Low-Power-Konzepten differenziert wird.

Praktische Anwendung des Wissens:
Den Studierenden werden fortgeschrittene Kenntnisse und Fertigkeiten in der biomedizinischen Technik vermittelt und sie sind nach Abschluss der LV in der Lage, diese für die Systementwicklung in der Praxis anzuwenden. Sie werden mit komplexen bio-mechatronischen Prozessen vertraut gemacht und beziehen aus der forschungsgeleiteten Lehre eigenständige Lösungsansätze für die Entwicklung von Komponenten, Geräten und Systemen der Medizintechnik. Zudem erlernen die Studierenden Grundlagen von Funksystemen, welche die Basis für eine Vielzahl von Technologien darstellen. Generell werden in der Lehrveranstaltung Bereiche wie Wearable Devices und die Telemedizin thematisiert, die ein riesiges Innovationspotential bergen. Die Inhalte der Lehrveranstaltung lassen sich zudem auf Sensornetzwerke anwenden, welche eine Schlüsselrolle in der Vision des Internets der Dinge spielen.
Dozent und Prüfungsmodalität: Univ-Prof. Dr. Thomas Ußmüller, mündliche Prüfung, Termin nach Vereinbarung
Inhalt:

Auf Basis des Vorwissens in der analogen Schaltungstechnik erlernen die Studierenden den Entwurf komplexerer Schaltungen. Zu Beginn behandelt die Lehrveranstaltung unterschiedliche Konzepte von Spannungs- und Stromreferenzen. Diese sind beispielsweise für die präzise Analog-Digital- bzw. Digital-Analog-Umsetzung wichtig. Aber auch jeder Spannungsregler benötigt eine temperaturstabile Referenz. Im weiteren Verlauf der Vorlesung werden dann Konzepte linearer Spannungsregler thematisiert. Diese werden häufig benötigt um eine stabile Betriebsspannung für die restlichen Schaltungen zur Verfügung zu stellen. Der Aufbau von Operationsverstärkern (OPV) wird ein weiterer Themenschwerpunkt sein. Insbesondere werden fortgeschrittene Themen des OPV-Entwurfs, wie beispielsweise eine gefaltete Kaskode, erklärt werden.
In der Rechnerübung wird der Aufbau von Schaltungen in einem 180nm CMOS-Prozess gezeigt. Hierzu wird die Software „Cadence irtuoso“ verwendet, welche die Industriestandardsoftware für analoges Schaltungsdesign darstellt. Als praktische Übung soll ein vollständiger Low-Dropout-Regulator, bestehend aus Spannungs- und Stromreferenz, Operationsverstärker und Pass-Device erstellt werden.

Anwendung des Wissens in der Praxis:
Die Themenbereiche der LV spielen für die Funktion vielzähliger Technologien eine entscheidende Rolle. So werden analog integrierte Schaltungen für die Datenübertragung aller Art (Funk, elektrisch, optisch) benötigt. Alle elektronischen Systeme, welche nicht nur Datenverarbeiten, sondern auch mit der „realen Welt“ in Verbindung treten, benötigen zwingend analoge Schaltungen. Diese Schaltungen werden häufig gemeinsam mit Sensoren und/ oder Aktoren eingesetzt.Beispielsweise werden in einem Mobiltelefon die Schallsignale durch das Mikrofon in eine analoge Spannung gewandelt. Die Aufbereitung der Daten (beispielsweise zur Verbesserung des Signal-Rausch-Abstandes) erfolgt durch analoge Schaltungen bevor das Signal dann schließlich digitalisiert und weiterverarbeitet wird.
Dozent und Prüfungsmodalität: Univ-Prof. Dr. Thomas Ußmüller, mündlich, Termin nach Vereinbarung

Wintersemester Masterveranstaltungen

Inhalt:
Für das tiefgreifende Verständnis von drahtloser Funkkommunikation und –sensorik werden in dieser LV zunächst die Grundlagen der Hochfrequenztechnik (Streuparameter, Smith-Charts sowie die Wellenausbreitung im Leiter) vermittelt, woraufhin auf das Hochfrequenzverhalten aktiver Bauelemente eingegangen wird. Ein weiterer Themenbereich ist der Aufbau sowie die Einsatzgebiete von Sender-Empfänger-Architekturen. Zudem werden rauscharme Vorverstärker (LNA, low noise amplifier) und Leistungsverstärker, Mischer, Oszillatoren sowie Phasenregelschleifen behandelt.
Anwendung des Wissens in der Praxis:
Nach Abschluss der Lehrveranstaltung verstehen die Studierenden den Einfluss von einzelnen Komponenten auf das Gesamtsystem und sind befähigt, Hochfrequenzsysteme aufzubauen. Die Funkkommunikation findet in vielen Begleitern unseres Alltags Anwendung, wozu Mobilfunkgeräte, WLAN, Bluetooth, GPS, berührungslose Messtechniken sowie Radar zählen. Die Radartechnik wird beispielsweise in Flughafenradaren sowie Abstandsregeltempomaten (ACCs) eingesetzt.
Dozent und Prüfungsmodalität: Univ.-Prof. Dr. Thomas Ußmüller, mündliche Prüfung, Termin nach Vereinbarung
Inhalt:
In dieser LV wird den Studierenden die optimale Vorgehensweise beim Entwurf integrierter Schaltungen vermittelt. (Best Practice eines Schaltungslayouts) Die Kursteilnehmer/innen erlernen den Entwicklungsablauf sowie wichtige Verifikationsschritte integrierter analoger sowie digitaler Schaltungen. Weiterhin wird auf die aktiven und passiven Bauelemente und deren Fertigung in integrierten Schaltungen eingegangen. Darauf folgend wird der Test integrierter Schaltungen besprochen. Zusätzlich werden die Studierenden auf Schutzmechanismen vor statischer Elektrizität hingewiesen und erhalten außerdem einen Überblick über verschiedene Gehäusetechnologien.
Anwendung des Wissens in der Praxis:
In der Übung der LV erfolgt der Aufbau sowie die Anwendung integrierter Schaltungen. Die Studierenden lernen hierbei die gesamte Prozesskette vom Entwurf bis hin zur Verarbeitung und Anwendung von Chips kennen. Zahlreiche Videos und Anwendungen aus der Praxis, die in der LV vorgestellt werden, verdeutlichen die hohe Relevanz des Themengebiets.
Dozent und Prüfungsmodalität: Univ.-Prof. Dr. Thomas Ußmüller, mündliche Prüfung, Termin nach Vereinbarung
Inhalt:
Zu Beginn der Veranstaltung werden die physikalischen Grundlagen (vom Atom zum Kristallgitter: Bändermodell, elektrische Eigenschaften) von Halbeitern behandelt. Daraufhin wird die Funktionsweise elektrischer Bauelemente aus Halbleitern erlernt und es werden Möglichkeiten zur gezielten Beeinflussung von Halbleitern vorgestellt. Insbesondere wird auf Dioden, Bipolartransistoren und Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) eingegangen.
Anwendung des Wissens in der Praxis:
Halbleiter und Halbleiterbauelemente finden beispielsweise in integrierten Schaltungen (IC’s, Mikroprozessoren, Mikrocontroller), Solarzellen, Optoelektronik (LED, CCD-Sensor) Anwendung und sind daher aus unserem modernen Alltag nicht mehr wegzudenken. In den Übungen werden Beispiele zu grundlegenden Eigenschaften von Halbleiterbauelementen berechnet.
Dozent und Prüfungsmodalität: Michael Renzler (PhD), mündliche Prüfung, Termin nach Vereinbarung
Inhalt:
In dieser LV werden die Studierenden ganzheitlich an das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) herangeführt. Zu Beginn erfolgt eine Vermittlung technologischer Grundlagen und eine Erklärung von Begriffen, die mit der intelligenten Vernetzung technischer Geräte in Zusammenhang stehen. Das Internet der Dinge zieht eine Veränderung ganzheitlicher Prozesse mit sich. Daher wird in der LV das Organisationskonzept „Industrie 4.0“ mit „Machine-to-Machine“-Kommunikation näher betrachtet. Außerdem werden die Studierenden weitere Anwendungen wie Gebäudeautomatisierung und Funksensorik kennenlernen, bevor auf die Entwicklung zu ganzen „Smart Cities“ inklusive „Smart Grids“ eingegangen wird. Eine große Herausforderung liegt in der konkreten Realisierung der Vernetzung von intelligenten Produkten und dem Umgang mit der großen Datenmenge. Aus diesem Grund werden die Studierenden an mögliche Architekturen und Standards des Internets der Dinge herangeführt.
Anwendung des Wissens in der Praxis:
Das Internet der Dinge wird unser alltägliches Leben massiv beeinflussen, so werden wir zukünftig in Smart Homes wohnen, die sich in Smart Cities befinden. Zusätzlich führt das Internet der Dinge im Kontext von Industie 4.0 zur Effizienzsteigerung von Produktionsabläufen von Unternehmen. Der Übungsteil, bei dem die Studierenden selbständig ein kleines Projekt durchführen sollen, soll diese Umstände verdeutlichen. So folgt beispielsweise der eigenständige Aufbau und die Programmierung eines Sensors mit Cloud-Anbindung.
Dozent und Prüfungsmodalität: Michael Renzler (PhD), Benotung erfolgt über Laborbericht der Projektarbeit.
Inhalt:
Die Studierenden werden an die Voraussetzungen für elektromagnetische Verträglichkeit herangeführt. Hierzu ist die Kenntnis von Störpegel und Störquellen Voraussetzung. Es wird auf Kopplungsmechanismen und den Umgang mit elektromagnetischer Beeinflussung eingegangen. Weiters werden passive Entstörkomponenten und elektromagnetische Schirme behandelt und die Studierenden erlernen eine EMW-gerechte Messtechnik und einen entsprechenden Schaltungsentwurf. In den entsprechenden Übungen werden Rechenbeispielen zum vertiefenden Verständnis der Materie behandelt und Messungen in der EMV-Kammer durchgeführt.
Anwendung des Wissens in der Praxis:
Der Entwurf und die Entwicklung von elektronischen Systemen erfordert eine genaue Kenntnis des Themas Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). EMV ist laut VDE 0870 als Fähigkeit einer elektrischen Einrichtung definiert, die in ihrer elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend funktioniert, ohne diese Umgebung und andere Einrichtungen unzulässig zu beeinflussen. Störende Beeinflussungen wären beispielsweise 50 Hz Brumm, Erdschleifen, Cross-Talk und elektrostatische Entladungen.
Dozent und Prüfungsmodalität: Michael Renzler (PhD), Mündliche Prüfung
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