pdf-Katalog - IMMS Institut für Mikroelektronik

Institut für Mikroelektronik- 

und Mechatronik-Systeme 

Studentenangebote 

2012 2013 

Studentenangebote IMMS 2012/2013 1

Herausgeber 

IMMS Institut für Mikroelektronik- und 

Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH (IMMS GmbH) 

Ehrenbergstr. 27 

D-98693 Ilmenau 

Telefon: 03677 - 69 55 00 

www.imms.de 

Oktober 2012

4 

Inhaltsverzeichnis 

8 Nachwuchsförderung am IMMS 

10 IMMS - Das Institut im Profil 

11 Interessante Tätigkeitsfelder für Studenten 

12 Projektbezogene Themen 

12 Projekt GreenSense 

Design of a low-power CMOS-based pH sensor ......................................................................13 

Design of a low-power CMOS-based humidity sensor .............................................................13 

Implementation of a mixed-signal verification environment for smart-sensor systems ..........14 

16 Themenbereich Mikroelektronik 

1. Bauelementesimulation von Hochvolt-DMOS-Transistoren ..................................................16 

2. Entwurf von HF-Baublöcken ................................................................................................16 

3. Vergleich von Schalterkonzepten für Hochvoltanwendungen in einer SOI-Technologie ........17 

4. Erarbeitung einer Strategie zur Untersuchung von Schalter-arrays für Hochvoltanwendungen 

in einer SOI-Technologie ............................................................................. 18 

5. Entwurf von Schalterarrays für Hochvoltanwendungen in einer SOI-Technologie ............... 18 

6. Untersuchung von Signalverstärkervarianten für HF-Bursts ................................................19 

7. Konzeption für HV-Pulsgenerierung ................................................................................... 20 

8. Messtechnische Untersuchung von Schalterarrays für Hochvoltanwendungen 

in einer SOI-Technologie .................................................................................................... 20 

9. High-Level-Spezifikation eines Smart-Sensor-Systems .........................................................21 

10. Testfallgenerierung und Verifikation eines Smart-Sensor-Systems .....................................22 

11. Erstellung einer Bibliothek von parameterisierbaren Schaltungsstrukturen in Cadence ....23 

12. Erstellen einer grafischen Oberfläche für IC-Entwicklungsumgebungen ............................24 

13. Entwurf eines ADC für GPS/Galileo-Empfänger ..................................................................24 

14. Entwurf einer Energie- und Datenübertragungseinheit für RFID-Sensorsysteme 

zur Anwendung in Bioanalyse und Medizintechnik ...........................................................25 

15. Aufbau einer Topologiedatenbank zum effizienten Entwurf von Smart-Sensoren ..............26 

16. Aufbereitung und Einfügen von analogen Schaltungsblöcken in die 

Schaltungsbibliothek des IMMS .........................................................................................27 

Studentenangebote IMMS 2012/2013

28 Themenbereich Industrielle Elektronik und Messtechnik 

17. Entwurf von HF- Komponenten ..................................................................................28 

18. Parameterextraktion an Bipolar- und MOS-Transistoren .............................................28 

19. Programmierung von Deembedding-Verfahren für die HF-Charakterisierung ..............29 

20. Anwendungsspezifische Konfigurationen von PXI–Testplattformen zur 

Qualitätssicherung in der Halbleiterindustrie .............................................................29 

21. Charakterisierung und Test von embeded Memories auf PXI-Testplattformen ............29 

22. Untersuchen der Fähigkeiten von Labview in Hinsicht auf verteiltes 

Rechnen und Remotezugriff .......................................................................................30 

23. Erarbeitung eines Konzepts zur Ablaufoptimierung des Wafersteppings bei 

paralleler Messung mehrerer Dies .............................................................................30 

24. Konzeption und Aufbau eines Referenzfrequenznormals zur Synchronisierung 

von Messgeräten ....................................................................................................... 31 

25. Erarbeitung eines Programms zur Ansteuerung und Auswertung eines 

Messplatzes für niederfrequente Rauschmessungen (1/f-Rauschen) .........................32 

26. Konzeption und Implementierung eines Datenkonverters von Simulationsdaten 

aus dem Schaltkreisdesign im VCD-Format in das Format der 

modularen Tester des IMMS .......................................................................................32 

27. Ansteuerung des Polytec MEMS Messplatzes UHF-120 über eine DCOM Schnittstelle 33 

28. Ansteuerung eines Cascade PA200 Waferprobers durch die Vibrometer 

Software der Firma Polytec .........................................................................................33 

34 Themenbereich Mechatronik 

29. Untersuchungen und Weiterentwicklung von Linearantrieben ...................................34 

30. Untersuchung der Positioniergenauigkeit eines planaren Direktantriebs mit 

verschiedenen Messverfahren ...................................................................................34 

31. Konzipierung, Entwurf und Aufbau von mehrachsigen Mikro- und Nanopositionierantrieben 

für kleine Bewegungsbereiche ................................................... 35 

32. Präzisions-Hub-Tisch zur Proben- / Werkstückpositionierung .....................................36 

33. Untersuchung des Schwingungsverhaltens von Mehrkoordinatenantriebssystemen 

in Abhängigkeit von den Aufstellbedingungen ...........................................................36 

34. Modellierung mechanischer Komponenten von Präzisionsantriebssystemen .............37 

35. Weiterentwicklung eines HIL-Prüfstandes für den Test von Antriebssteuerungen .......38 

36. Test und Weiterentwicklung von Direktantrieben mittels Simulation ..........................38 

37. Entwicklung einer grafischen Nutzeroberfläche zur Antriebssteuerung ......................39 

38. Entwurf und Aufbau eines Messstandes zur Vermessung und Kalibrierung 


6 

von Flächenmaßverkörperungen ..............................................................................39 

39. Theoretische und praktische Untersuchungen zur Anwendung von 

Klebstoffen für Präzisionspositioniersysteme .............................................................40 

40. Messaufbau Wirbelstromtester .................................................................................. 41 

41. Vermessung und Charakterisierung von Luftlagerelementen ..................................... 41 

42. Aufbau und Inbetriebnahme eines Antriebssystems mit mitbewegten Spulen ...........42 

43. Design, Simulation und Messung von MEMS-Teststrukturen ......................................43 

44. Weiterentwicklung einer GUI zur Parameteridentifikation von MEMS .........................43 

45. Konzeption und Implementierung eines automatisierten MEMS-Messplatzes ............44 

46. Untersuchungen von Antriebskomponenten im Vakuum ...........................................44 

47. Untersuchungen zur Vorspannung von Luftlagern ..................................................... 45 

48. Entwurf und Simulation von mikrosystemtechnischen Energiewandler-Systemen .....46 

49. Konstruktion und Aufbau eines elektromagnetischen Energiewandlers .....................46 

47 Themenbereich System Design 

50. Implementierung eines Audiometrie-Messverfahrens ................................................47 

51. Inbetriebnahme und Evaluierung eines Indoor-Lokalisierungssystems ......................48 

52. Synchronisation in drahtlosen Sensornetzwerken ......................................................48 

53. Sicherheit in drahtlosen Sensornetzwerken ...............................................................49 

54. Untersuchung der Echtzeiterweiterung RTAI auf einer ARM-Plattform ........................50 

55. Modellbasierter Entwurf von Echtzeitsystemen auf Basis der RT-Preempt-Patches 

unter Linux ................................................................................................................ 51 

56. Untersuchungen zum Verhalten eingebetteter Plattformen beim Zugriff auf 

SD/SDHC-Speicherkarten ............................................................................................ 51 

57. Analyse des Zeitverhaltens von Linux RT-Preempt auf ARM Cortex-A8 ........................52 

58. Vergleich, Evaluierung und Benchmarking verschiedener Linux-Echtzeit- 

Erweiterungen auf eingebetteten Systemen ...............................................................53 

59. Vergleichende Betrachtung etablierter Cloud-Computing-Plattformen ........................54 

60. Modellierung und Simulation von Komponenten integrierter Analog-Mixed- 

Signal Strukturen .......................................................................................................54 

61. Modellierung und Simulation von drahtlosen Sensornetzwerken ............................... 55 

62. Vergleichende Untersuchungen von Betriebssystemen für drahtlose 

Sensornetzwerke ....................................................................................................... 55 

63. Einbindung drahtloser Sensornetzwerke in das ‚Internet-der-Dinge‘ ..........................56 

64. Nutzung der Grafikbeschleunigung von Embedded CPUs unter Linux ........................57 


58 Ihre Ansprechpartner 

59 Notizen 

60 Anfahrt 


8 

Nachwuchsförderung am IMMS 

Wissenschaftlicher Nachwuchs hat am IMMS höchste Priorität. Hochschüler werden daher intensiv in 

die Erarbeitung praktischer Lösungen einbezogen und individuell betreut. Angehende Ingenieure der 

Fachrichtungen Biomedizintechnik, Elektrotechnik, Fahrzeugtechnik, Ingenieur-Informatik, Maschinen- 

bau, Mathematik, Mechatronik und Physik können am Institut theoretische Kenntnisse bei attraktiven 

wissenschaftlichen Aufgabenstellungen als wissenschaftliche Hilfskraft oder Praktikant in die Praxis 

umsetzen sowie Bachelor- und Masterarbeiten realisieren. 

Studenten besuchen die X-FAB Semiconductor Foundries AG in Erfurt 


Wissenschaftlicher Mitarbeiter – Gerrit Kropp 

Dipl.-Ing. Gerrit Kropp 

Innerhalb meines universi- 

tären Industriepraktikums war 

der Themenbereich „Industri- 

elle Elektronik und Messtech- 

nik (IEM)“ im Oktober 2008 

meine erste Station am IMMS. 

Darauf folgte meine Mitarbeit 

als wissenschaftliche Hilfskraft 

in den Bereichen Schaltungsentwurf 

und PCB-Design. 

Ab August 2009 schloss ich 

das Studium der Elektrotechnik 

mit meiner Diplomarbeit 

zum Thema „Konzeption, Aufbau 

und Einsatzuntersuchung 

eines modularen Testsystems 

für Qualitätssicherung in der 

Halbleiterindustrie“ ab. Nach 

erfolgreicher Verteidigung, der 

von Professor Sommer und 

Ingo Gryl betreuten Abschluss- 

arbeit, bin ich seit April 2010 als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut tätig und unter anderem für 

die Hardwareentwicklungen für modulare Testsysteme verantwortlich. 

Für mich gibt es viele Gründe beim IMMS zu bleiben: Zum einen decken sich die Arbeitsgebiete des 

Themenbereiches Industrielle Elektronik und Messtechnik (IEM) mit meinen persönlichen Interessen 

und Neigungen. Zum anderen reizen mich die Chancen, mich in einem absehbaren Zeitraum fachlich 

und methodisch weiterentwickeln zu können, was ein großer Vorteil für meine weitere berufliche Entwicklung 

sein wird. Andererseits ergibt sich aus der engen Verzahnung der Forschung mit der Wirtschaft 

stets eine hohe Praxisrelevanz meiner Arbeit. Der wichtigste Grund für mich ist aber: Die Arbeit im IEM- 

Team macht mir einfach Spaß! 


10 

IMMS - Das Institut im Profil 

Unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Ralf Sommer und Dipl.-Ing. Hans-Joachim Kelm erforscht und entwi- 

ckelt das Institut mikroelektronische und mechatronische Systeme und Geräte sowie die dazu notwen- 

digen Schaltungen, die Software und Entwurfsmethoden. Mit seinem Hauptsitz auf dem Campus der 

Technischen Universität Ilmenau kann das Institut sowohl durch seine Lage als auch durch seine Posi- 

tion als An-Institut der TU auf starke Vernetzungen mit der universitären Forschungslandschaft bauen. 

Der weitere Standort in Erfurt ist ebenfalls gut angebunden und befindet sich in Erfurt-Süd-Ost – dem 

Zentrum der Mikroelektronik und Photovoltaik Thüringens und in unmittelbarer Nachbarschaft zu Firmen 

wie X-FAB, Melexis und PV Crystalox Solar GmbH. Das IMMS ist seit seiner Gründung 1995 ein Anbieter 

von Systemtechnologien – ganz im Sinne der „Hightech-Strategie für Deutschland“. Für das Institut sind 

der Lösungsgedanke und die Kundenzufriedenheit Kernpunkte der Strategie. Mit Know-how für interdis- 

ziplinäre Lösungen ermöglicht das IMMS innovative Ergebnisse auf dem neuesten Stand der Forschung 

und setzt sie gemeinsam mit seinen industriellen Fertigungspartnern um. So baut das IMMS technisch 

und entwurfsmethodisch Brücken zwischen den verschiedenen Domänen eines Gesamtsystems und verbindet 

gleichzeitig die Wissenschaft mit der Anwendung, die Universität mit der Industrie. Von der Idee 

und dem Design über die einzelnen Bauelemente und Baugruppen bis hin zur Systemintegration und 

zum Prototypen deckt das IMMS alle Stufen des Entwurfsprozesses ab. Das Institut ist in der Lage, einen 

Beitrag für das kundenorientierte Leistungsprofil Thüringens zu leisten und dieses voranzubringen. Im 

Fokus stehen dabei zukunftsweisende Schlüsseltechnologien, wie Mikrosystemtechnik und –elektronik 

sowie Mikro- und Nanotechnologie, um Lösungen in den Wirkungsfeldern Energie und Umwelt, Mobilität, 

Kommunikation und Sicherheit zu erarbeiten. Im Jahr 2011 waren im IMMS 90 Mitarbeiter beschäftigt. 

Davon waren 54 Wissenschaftler und 21 Studenten in der Forschung und Entwicklung tätig. Wie bereits 

in den letzten Jahren hat eine große Zahl von Studenten die Angebote des IMMS wahrgenommen. 

41 Studenten vertieften und vervollständigten ihre Ausbildung in praxisorientierter Forschung: 21 Studenten 

absolvierten Praktika, es wurden zwei Diplomarbeiten, sechs Bachelorarbeiten und fünf Masterarbeiten 

betreut. Sieben Mitarbeiter sind gegenwärtig als Doktorand an einer Universität eingeschrieben. 


Interessante Tätigkeitsfelder für Studenten 

Wir bieten für alle Studenten der Studiengänge Elektrotechnik, Mechatronik, Ingenieur-Informatik, Bio- 

medizintechnik, Fahrzeugtechnik, Physik und Mathematik industrierelevante Projektarbeit, wissen- 

schaftliche Aufgabenstellungen, praktische Umsetzung und Anwendung von theoretischen Kenntnissen 

und Kontinuität in der Betreuung. Entdecken Sie die vielfältigen Möglichkeiten der fachlichen Qualifizie- 

rung am IMMS – als wissenschaftliche Hilfskraft, als Praktikant, mit Bachelor- oder Masterarbeiten. Wir 

freuen uns auf ihre Bewerbung, gerne auch per E-Mail. 

Die Bewerbungsunterlagen mit Lebenslauf, Zeugnis und Lichtbild senden Sie bitte 

an: 

Institut für Mikroelektronik- und 

Mechatronik-Systeme gemein- 

nützige GmbH (IMMS GmbH) 

Jutta Wiegel 


D-98693 Ilmenau 

Telefon: +49 (3677) 69 55 05 

Fax: +49 (3677) 69 55 15 

E-Mail: jutta.wiegel@imms.de 


12 

Projektbezogene Themen 

Projekt GreenSense 

Within our research project GreenSense* we aim to develop multiparametric single- 

chip smart sensor modules for use in energy-autonomous wireless sensor network 

applications. The sensor modules shall be capable of measuring various physical 

quantities – such as temperature, pH, humidity, or ambient light – with on-chip 

sensors devices based on pure CMOS manufacturing processes. 

Magne-c 

flux 

Temperature 

Light pH 

A/D converter 

*The project “GreenSense – Grundlagentechnologien für ressourcen- und energieeffiziente Sensornetz- 

werke” (Technology platform for resource and energy-efficient sensor networks) is carried out with 

financial support from the Thuringian Ministry of Economics, Labor and Technology and the European 

Social Fund (ESF) under grant no. 2011 FGR 0121. 

GreenSense 

Grundlagentechnologien für ressourcen- und 

energieeffiziente intelligente Sensornetzwerke 


Design of a low-power CMOS-based pH sensor 

Tutor: Dr.-Ing. Eckhard Hennig (eckhard.hennig@imms.de) 

In this master’s thesis, the student will design a low-power CMOS pH sensor module which can be in- 

tegrated in a miniaturized multiparametric RFID sensor tag for applications in environmental monitoring, 

life sciences, etc. 

Tasks 

• Conduct a literature survey on electrical pH measurement techniques 

• Investigate implementation options for ion-sensitive field-effect transistor (ISFET) devices 

and reference electrodes in standard CMOS processes 

• Design an ISFET device using the process layers from a commercial 0,35-µm CMOS process 

• Design an integrated analog low-voltage/low-power sensor readout circuit with power- 

management support (sensor amplifier with sleep mode) in the same process 

• Design ISFET test structures and a block layout of the pH sensor frontend 

• Develop a high-level behavioral model of the pH sensor circuit for system-level simulations 

Prerequisites 

• B.Sc. degree in microelectronics or a related field 

• Basic knowledge of CMOS analog integrated circuit design and layout 

• Basic knowledge of CMOS manufacturing processes 

Desirable experience 

• Analog IC design with Cadence Virtuoso 

• Low-power/low-voltage CMOS opamp design 

• Basic knowledge of sensor frontends and materials 

Type & Period 

• Master’s Thesis (6 months) 

Design of a low-power CMOS-based humidity sensor 


In this master’s thesis, the student will design a low-power CMOS relative humidity (RH) sensor module 

which can be integrated in a miniaturized multiparametric RFID sensor tag for applications in environ- 

mental monitoring, life sciences, etc. 


14 

Tasks 

• Conduct a literature survey on electrical RH measurement techniques 

• Investigate implementation options for RH sensors in standard CMOS processes 

• Design an RH sensor using the process layers from a commercial 0,35-µm CMOS process 

• Design an integrated analog low-voltage/low-power sensor readout circuit with power- 

management support (sensor amplifier with sleep mode) in the same process 

• Design RH sensor test structures and a block layout of the sensor frontend 

• Develop a high-level behavioral model of the RH sensor circuit for system-level simulations 

Prerequisites 

• B.Sc. degree in microelectronics or a related field 

• Basic knowledge of CMOS analog integrated circuit design and layout 

• Basic knowledge of CMOS manufacturing processes 


• Analog IC design with Cadence Virtuoso 

• Low-power/low-voltage CMOS opamp design 

• Basic knowledge of sensor frontends and materials 

Type & Period 

• Master’s Thesis (6 months) 

Implementation of a mixed-signal verification environment for smart-sensor 

systems 


To verify the correct function of a sensor tag’s complex internal architecture and components at any 

stage in the design process, it is necessary to implement a verification environment that allows the 

complete design to be simulated and evaluated automatically under a wide range of real-life input 

conditions. 

In this task, the assignee will use state-of-the art testbench design and simulation tools for mixedsignal 

integrated circuits to set up a virtual protocol-based test environment for our RFID sensor tag 

architecture. The testbench shall allow the system designer to run a set of system-level simulations at 

the push of a button and establish correct operation of the design regarding both logical functions as 

well as power consumption. 


Tasks 

• Become familiar with mixed-signal circuit simulation using Cadence AMS Designer 

• Become familiar with the verification language SystemVerilog and the Universal Verification 

Methodology (UVM) 

• Create a UVM-based virtual test environment for an RFID sensor tag 

• Implement and simulate a set of application and error scenarios for the test environment 

Prerequisites 

• Object-oriented programming skills 

• Knowledge of digital hardware description languages (Verilog or VHDL) 


• Analog and/or digital IC design and simulation with Cadence design tools 

• SystemVerilog 

• Universal Verification Methodology (UVM) 

Type & Period 

• Internship (6 months), also possible as Master’s Thesis 


16 

Themenbereich Mikroelektronik 

1. Bauelementesimulation von Hochvolt-DMOS-Transistoren 

Betreuer: Dipl.-Ing. Ulrich Liebold (ulrich.liebold@imms.de) 

Mit Hilfe der Bauelementesimulation lassen sich im Vorfeld von schaltungstechnischen Entwicklungs- 

aufgaben grundlegende Verhaltensweisen elektronischer Bauelemente berechnen. Im Rahmen dieser 

Aufgabenstellung ist mit Hilfe eines Bauelemente-Simulators das Gleichstrom- und das Kleinsignalver- 

halten von DMOS-Transistorstrukturen auf der Basis realitätsnaher Prozess- und Geometriedaten einer 

Hochvolt-Halbleitertechnologie zu simulieren. Die aus der Bauelementesimulation gewonnenen Erkennt- 

nisse zu Kennlinienverläufen, Durchbruchverhalten, etc. sollen in für die Schaltungssimulation nutzbare 

Modellparametersätze für DMOS-Transistoren umgesetzt werden. 

Auszuführende Arbeiten 

• Einarbeitung in die Bauelemente-Simulationssoftware „Synopsys TCAD Sentaurus“ 

• Simulation der DC-Kennlinien und des Kleinsignalverhaltens von Hochvolt-DMOS-Transistoren 

• Vergleich mit DMOS-Transistormodellen für die Schaltungssimulation und Parameter- 

anpassung 

Vorausgesetzte Kenntnisse 

• Aufbau und Wirkungsweise elektronischer Bauelemente 

• Fortgeschrittene Kenntnisse in Halbleiterphysik und Halbleitertechnologie 

Wünschenswert 

Dauer 

• Erfahrung mit UNIX /Linux-Betriebssystemen, Simulation elektronischer Schaltungen 

• Für Praktikum oder Bachelor-Arbeit geeignet (16 Wochen bzw. 3 Monate). 

2. Entwurf von HF-Baublöcken 

Betreuer: Dipl.-Ing. Andre Richter (andre.richter@imms.de) 

Das IMMS entwickelt für verschiedene Technologien der X-FAB AG (Erfurt) HF-Baublöcke für den Einsatz 

in ISM-Bändern, u.A. VCOs, Teiler, LNAs, Mischer, PAs und Filter. Besonderes Augenmerk liegt in der 


neuen CMOS-Technologie mit 0,18 µm Strukturbreite. In Absprache mit dem Betreuer kann einer der 

HF-Baublöcke realisiert werden. 


• Einarbeitung in die übergeordnete Schaltung (PLL-Frequenzsynthese, Empfänger-/Sender- 

Frond-Ends) 

• Einarbeitung in die Technologie 

• Einarbeitung bezüglich des betreffenden Baublocks 

• Entwurf und Simulation von relevanten Baublöcken 

• Layout-Entwurf des betreffenden Baublocks 

• Nachsimulation und -optimierung des Baublocks 


Dauer 

• Grundkenntnisse analoge Schaltungstechnik 

• Grundkenntnisse HF-Schaltungstechnik 

• Grundkenntnisse in integrierte Schaltungstechnik sind von Vorteil 

• IC-Entwurfsprogramm Cadence 

• Für Diplom- oder Master-Arbeit vorgesehen, Teiluntersuchungen bzw. unterstützende 

Programmierarbeiten sind nach Vereinbarung auch als Praktikum möglich. 

3. Vergleich von Schalterkonzepten für Hochvoltanwendungen in 

einer SOI-Technologie 

Betreuer: Dr.-Ing. Dagmar Kirsten (dagmar.kirsten@imms.de) 

Im Rahmen des Entwurfs eines Schalterarrays sollen verschiedene Schalterstrukturen im Bezug auf ihre 

Eignung für Hochvolt- und HF-Anwendungen und ihre Umsetzbarkeit in einer SOI-Technologie verglichen 

werden. 


• Recherche Schalterkonzepte und geeignete Bauelemente 

• Entwurf und Simulation unterschiedlicher Konzepte 

• Vergleich der Ergebnisse 


18 


Dauer 

• Grundlagen Schaltungstechnik 

• Grundlagen Entwurf integrierter Schaltungen 

• Grundlagen Elektronik 

• Für Praktikum geeignet (16 Wochen). 

4. Erarbeitung einer Strategie zur Untersuchung von Schalter-arrays für Hoch- 

voltanwendungen in einer SOI-Technologie 


Ein Schalterarray für eine Hochvolt- und HF-Anwendung soll in einer SOI-Technologie entworfen werden. 

Zur Simulation eines Arrays einer hohen Anzahl Einzelschalter soll eine Simulationsstrategie entworfen 

und zur Teststrategie für die messtechnische Untersuchung weiterentwickelt werden. 


• Literaturrecherche 

• Erarbeiten einer Strategie effiziente Simulation eines Schalterarrays unter CADENCE 

• Untersuchung der Zustände einzelner Schalter 

• Untersuchung des Nebensprechens 

• Entwurf einer entsprechenden Teststrategie zur messtechnischen Untersuchung 


Dauer 



• Grundlagen Messtechnik 


5. Entwurf von Schalterarrays für Hochvoltanwendungen in einer 

SOI-Technologie 


Ein Schalterarray für eine Hochvolt- und HF-Anwendung soll entworfen werden. Die Umsetzung erfolgt in 


einer SOI-Technologie. Nach der Wahl eines geeigneten Konzeptes folgt der Entwurf, die Simulation und 

das Layout eines Arrays aus 16 Schaltern. In Post-Layout-Simulationen sind Einflüsse der Einzelschalter 

aufeinander (Übersprechen) zu prüfen. 


• Untersuchung unterschiedlicher Konzepte 

• Auswahl und Charakterisierung geeigneter Bauelemente 

• Entwurf und Simulation eines Schalters und eines Schalterarrays 

• Erstellung eines Layouts 


Dauer 




Für Praktikum oder Bachelor-Arbeit geeignet (16 Wochen bzw. 3 Monate), gemeinsam mit dem Thema 3 

„Vergleich von Schalterkonzepten für Hochvoltanwendungen in einer SOI-Technologie“ auch als Master- 

Arbeit (6 Monate) geeignet. 

6. Untersuchung von Signalverstärkervarianten für HF-Bursts 


Zur Weiterverarbeitung und Auswertung von HF-Bursts werden Signalverstärker benötigt, die das HF-Si- 

gnal aufwerten. Verschiedene Konzepte für HF-Signalverstärker sollen untersucht und verglichen werden. 



• Untersuchung verschiedener Schaltungskonzepte 





20 

Dauer 

• Für Praktikum oder Bachelor-Arbeit geeignet (16 Wochen bzw. 3 Monate) 

7. Konzeption für HV-Pulsgenerierung 


Dipl.-Ing. Michael Meister (michael.meister@imms.de) 

Zur messtechnischen Untersuchung von HF-HV-Schalterarrays müssen entsprechende Signale generiert 

werden. Verschiedene Konzepte zur Generierung von HV-Dreieckspulsen sollen untersucht und ver- 

glichen werden. 



• Untersuchung verschiedener Konzepte 

• Generierung von HV-Dreieckspulsen 


Dauer 




8. Messtechnische Untersuchung von Schalterarrays für Hoch- 

voltanwendungen in einer SOI-Technologie 



Die messtechnische Untersuchung von Schaltungen, die im erweiterten Spannungsbereich mit HF-Si- 

gnalen arbeiten, stellt eine Herausforderung dar. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein geeigneter Messauf- 

bau erarbeitet und die Charakterisierung sowohl der DC- als auch der HF-Eigenschaften eines Schalterar- 

rays (Leckstrom, Übersprechen) durchgeführt werden. 



• Erarbeitung eines Messaufbaus zur Untersuchung der DC- und HF-Eigenschaften eines 

Schalterarrays 

• Untersuchung von Schaltkreisen on-wafer 

• Auswertung der Messergebnisse 


Dauer 



Für Praktikum oder Bachelor-Arbeit geeignet (16 Wochen bzw. 3. Monate), gemeinsam mit 

dem Thema 7 „Konzeption für HV- Pulsgenerierung“ auch als Master-Arbeit (6 Monate) 

geeignet. 

9. High-Level-Spezifikation eines Smart-Sensor-Systems 

Betreuer: Dr.-Ing. Eckhard Hennig (eckhard.hennig@imms.de) 

Im Rahmen eines laufenden Forschungsprojekts wird ein Mixed-Signal-ASIC für die Entwicklung eines 

mehrkanaligen Smart-Sensor-Systems implementiert. Hierzu ist der Entwurf zahlreicher heterogener 

elektronischer Komponenten erforderlich, deren Funktionen einzeln sowie im Systemzusammenhang 

validiert und getestet werden müssen. Da die digitale Signalverarbeitung sowie die Konfiguration und 

Steuerung des Sensor-Systems mit Hilfe eingebetteter Software erfolgen soll, stellen die Integration 

eines Softcore-Mikrocontrollers und dessen Interaktion mit der analogen Signalverarbeitungskette we- 

sentliche Designschwerpunkte dar. 

Zur Formalisierung des Top-down-Entwicklungsprozesses für das Sensor-System soll in dieser Arbeit 

eine abstrakte SysML/UML-Systemspezifikation erstellt werden, deren iterative Verfeinerung wesent- 

liche Anforderungen & Verifikationsszenarien für das RTL- und Transistorlevel-Design identifizieren und 

dokumentieren soll. 


• High-Level-Spezifikation des Smart-Sensor-Gesamtsystemkonzeptes in SysML/UML 

• Iterative Verfeinerung des Gesamtsystemkonzeptes in SysML/UML-Subsystem-Spezifikationen 

• Beschreibung abstrakter Anwendungs-/Testfälle mit SysML/UML 


22 

Vorrausgesetzte Kenntnisse 

• Grundlagen analoger und digitaler Systeme 

• Grundlagen der Softwaretechnik 

• Grundlagen der Systemmodellierung (Systemtheorie, -modelle & -beschreibungssprachen) 

• Grundkenntnisse in System-, Programmier- und Hardwarebeschreibungssprachen 


Dauer 

• Kenntnisse abstrakter Spezifikations-/Systembeschreibungssprachen (z.B. SysML, UML, 

MARTE) 

Nach Vereinbarung, für Praktikum, Studien-, Bachelor-, Diplom- bzw. Master-Arbeit geeignet, ggf. sind 

auch Stellen als wissenschaftliche Hilfskraft zu vergeben. 

10. Testfallgenerierung und Verifikation eines Smart-Sensor-Systems 


Im Rahmen eines laufenden Forschungsprojekts wird ein Mixed-Signal-ASIC für die Entwicklung eines 

mehrkanaligen Smart-Sensor-Systems implementiert. Hierzu ist der Entwurf zahlreicher heterogener 

elektronischer Komponenten erforderlich, deren Funktionen einzeln sowie im Systemzusammenhang 

validiert und getestet werden müssen. Da die digitale Signalverarbeitung sowie die Konfiguration und 

Steuerung des Sensor-Systems mit Hilfe eingebetteter Software erfolgen soll, stellen die Integration 

eines Softcore-Mikrocontrollers und dessen Interaktion mit der analogen Signalverarbeitungskette we- 

sentliche Designschwerpunkte dar. 

Um die im Design verwendeten IP-Komponenten, z.B. ein 8051-Mikrocontroller, weitgehend automati- 

siert analysieren und verifizieren zu können, sollen Methoden zur rechnergestützten Testfallgenerierung 

und Evaluation der Testfallabdeckung evaluiert und in Form ausführbarer SystemC-/SystemVerilog-Test- 

szenarien angewandt werden. 


• Automatische Testfall-/Testpattern-Generierung aus SysML/UML-Spezifikationen 

• Entwicklung automatisierter SystemC-/System-Verilog-Testbenches mit Abdeckungsanalyse 

• Automatisierte Systemverifikation gemäß der Testszenarien und Evaluation der Testfallab- 

deckung 



• Grundlagen analoger und digitaler Systeme 

• Grundlagen der Softwaretechnik 

• Grundlagen der Systemmodellierung (Systemtheorie, -modelle & -beschreibungssprachen) 

• Grundkenntnisse in System-, Programmier- und Hardwarebeschreibungssprachen 


Dauer 

• Kenntnisse abstrakter Verifikations- & Systembeschreibungssprachen (z.B. SystemC, 

SystemC-AMS, SystemVerilog) 

Nach Vereinbarung, für Praktikum, Studien-, Bachelor-, Diplom- bzw. Master-Arbeit geeignet, ggf. sind 

auch Stellen als wissenschaftliche Hilfskraft zu vergeben. 

11. Erstellung einer Bibliothek von parameterisierbaren Schaltungsstrukturen 

in Cadence 


Um die Entwurfs- und Layoutarbeit im Schaltungsentwurf mit dem Entwurfssystem Cadence zu verein- 

fachen, soll mit dieser Arbeit eine Bibliothek von einfachen Schaltungsstrukturen entstehen, die parame- 

trisierbar als Symbol, Schaltung und Layout vorliegen. Die Hauptarbeit liegt dabei in der Programmierung 

der pcells, die aus der Schaltungsstruktur und der Dimensionierung ein fertiges Layout erzeugen. 


• Literaturstudium zu möglichen Realisierungsvarianten 

• Entwurf der Schaltung und Umsetzung in das Layout 


Dauer 

• Grundkenntnisse im analogen Schaltungsentwurf 

• Programmierkenntnisse, bevorzugt in Skill (ist eine Lisp Variante) 

• Erfahrungen mit dem IC-Entwurfsprogramm Cadence sind von Vorteil 

• 4 Monate 


24 

12. Erstellen einer grafischen Oberfläche für IC-Entwicklungsumgebungen 

Betreuer: Dr.-Ing. Valentin Nakov (valentin.nakov@imms.de) 

Für die am Institut entwickelten ‚eda_tools‘ zur Konfiguration von Entwicklungsumgebungen für den 

Entwurf integrierter Schaltungen soll ein graphisches User-Interface (GUI) erstellt werden. Besonderer 

Wert ist dabei auf Portabilität (Unix/Linux) und Ressourcen-Schonung zu legen. Mögliche Lösungen in 

Tcl/Tk, Perl/Tk, Java, Qt werden dabei untersucht und (mindestens) eine davon wird umgesetzt. 


• Erstellung einer Software-Spezifikation für das GUI: Look & Feel, Funktion, nicht-funktionale 

Randbedingungen 

• Identifikation einer geeigneten Entwicklungsplattform (Tcl/Tk, Perl/Tk, Java, Qt, …) 

• Implementierung des GUI auf der Basis der ausgewählten Plattform 


• Grundkenntnisse Unix/Linux 

• Anwendung von Programmier-/Skriptsprachen (Tcl, Perl, Java, C/C++, ksh) 


Dauer 

• Erfahrung mit GUI-Programmierung unter Unix/Linux 

• Nach Vereinbarung 

13. Entwurf eines ADC für GPS/Galileo-Empfänger 


Für neue Einsatzgebiete von GPS/Galileo-Empfängern ist ein ADC zu entwerfen. Die Zielapplikation soll 

in stark gestörter Umgebung funktionsfähig sein. Der Entwurf erfolgt in einer Technologie deren Performance 

vergleichbar zu 130 nm ist. Besonderes Augenmerk liegt in der Geschwindigkeit des ADC. 


• Einarbeitung in die Technologie 

• Einarbeitung ADC 

• Entwurf und Simulation 


• Layout-Entwurf 

• Nachsimulation und -Optimierung 


Dauer 

• Grundkenntnisse analoge Schaltungstechnik 

• Grundkenntnisse HF-Schaltungstechnik 

• Grundkenntnisse in integrierte Schaltungstechnik sind von Vorteil 

• Kenntnisse über das IC-Entwurfsprogramm von Cadence sind von Vorteil 

• Für Diplom- bzw. Master-Arbeit geeignet 

14. Entwurf einer Energie- und Datenübertragungseinheit für RFID- 

Sensorsysteme zur Anwendung in Bioanalyse und Medizintechnik 


Sensorlösungen, die sowohl die Messwerterfassung als auch die Signalaufbereitung und Verarbeitung 

auf einem Chip vereinen (Smart-Sensoren), haben eine große und wachsende Bedeutung für viele In- 

dustriezweige, z.B. die Logistikbranche, die Lebensmittelindustrie, die Pharma- und Diagnostikindustrie 

(Bioanalyse) und die Medizintechnik. Insbesondere in der Bioanalyse und Medizintechnik werden minia- 

turisierte Systeme mit drahtloser Daten- und Energieübertragung für in-vivo und in-vitro Anwendungen 

benötigt. Im Rahmen eines Forschungsprojektes soll ein solches Sensorsystem mit minimalen Abmes- 

sungen und Energie- sowie Datenübertragung mittels eines hochfrequenten Magnetfeldes realisiert wer- 

den. Dabei wird der Schwerpunkt der Arbeit auf der Realisierung der sensorseitigen RFID-Einheit liegen. 


• Literaturstudium sowie Auswahl geeigneter Topologien und Standards 

• Entwurf analoger Schaltungsblöcke zur Datenaufbereitung (Sensoren) und Erzeugung von 

Referenzgrößen 

• Modellierung der entworfenen Blöcke mit Verhaltensbeschreibung oder Makromodell für 

Systemsimulationen 




26 

• Bereitschaft, sich in neue und innovative Themen einzuarbeiten 

Gewünschte Kenntnisse 

Dauer 

• Grundkenntnisse im digitalen Schaltungsentwurf 

• Kenntnis des IC-Entwurfssystems Cadence 

Nach Vereinbarung (mind. 3 Monate), für Bachelor-, Master- und Diplomarbeit sowie für 

Praktika geeignet – ggf. ist eine Anstellung als studentische Hilfskraft möglich. Je nach Dauer 

kann eine teilweise Bearbeitung des Themas erfolgen. 

15. Aufbau einer Topologiedatenbank zum effizienten Entwurf von Smart- 

Sensoren 

Betreuer: Dr.-Ing. Valentin Nakov (valentin.nakov@imms.de) 

In der Praxis werden häufig identische Schaltungsarchitekturen für unterschiedliche Applikationen verwendet. 

So bestehen beispielsweise Lichtsensoren in den meisten Fällen aus vier Funktionsblöcken: 

Fotodiode, Strom-, Transimpedanz- und Spannungsverstärker. Die einzelnen Blöcke werden dann in 

Abhängigkeit von der Applikation (z.B. Industrie, Consumer, Automotive, Biomedizin) entworfen. Eine 

entsprechende Vorgehensweise lässt sich ebenfalls auf komplexere Systeme wie Smart-Sensoren übertragen. 

Für einen effizienten Entwurf ist es daher sinnvoll, Schaltungstopologien in einer Datenbank zu 

sammeln, auf deren Grundlage mit Hilfe intelligenter Algorithmen der richtige Block für die gewünschte 

Applikation gefunden werden kann. Die Kombination einer Datenbank mit intelligenten Suchalgorithmen 

ist nur dann effizient, wenn zwei Bedingungen erfüllt werden. Zum einen müssen geeignete Eigenschaften 

der Schaltungstopologien extrahiert werden, um eine intelligente Suche zu ermöglichen. Zum 

anderen müssen die Schaltungstopologien so aufbereitet werden, dass sie schnell und unkompliziert 

innerhalb eines industriellen Entwurfswerkzeugs genutzt werden können. 


• Literaturstudium 

• Extraktion geeigneter Eigenschaften für intelligente Suchalgorithmen 

• Erweiterung der vorhandenen Datenbankstruktur auf Basis der Erkenntnisse 

• Aufbereitung von Topologien und Aufbau einer Datenbank 



Dauer 


• Bereitschaft, sich in neue und innovative Themen einzuarbeiten 

Nach Vereinbarung (mind. 3 Monate), für Bachelor-, Master- und Diplomarbeit sowie für Praktika ge- 

eignet – ggf. ist eine Anstellung als studentische Hilfskraft möglich. Je nach Dauer kann eine teilweise 

Bearbeitung des Themas erfolgen. 

16. Aufbereitung und Einfügen von analogen Schaltungsblöcken in die 

Schaltungsbibliothek des IMMS 

Betreuer: Dr.-Ing. Volker Boos (volker.boos@imms.de) 

Beim Entwurf integrierter analoger Schaltungen werden bestimmte Schaltungsblöcke wie Operationsver- 

stärker oder Referenzspannungsquellen immer wieder benötigt. Um einen ständigen Neuentwurf dieser 

Schaltungen zu vermeiden, sollen diese möglichst häufig aus früheren Entwürfen wieder verwendet wer- 

den. Dazu sollen bewährte Schaltungen in einer am IMMS entwickelten Schaltungsdatenbank gesammelt 

und über ein Web-Interface allen Designern zur Verfügung gestellt werden. 

Um eine hohe Qualität zu sichern, ist eine ständige Pflege dieser Bibliothek notwendig. Im Rahmen 

dieser Arbeit sollen für die Wiederverwendung geeignete analoge Schaltungsblöcke von Designern über- 

nommen und für die Integration in die Schaltungsdatenbank aufbereitet werden. Dabei sind auch die 

zur Schaltungscharakterisierung wichtigen Informationen zu erfassen. 


• Auswahl wichtiger Schaltungsblöcke 

• Einteilung in Schaltungsklassen 

• Aufbereitung der Daten für die Bibliothek 

• Einfügen der Blöcke 


• Grundkenntnisse in analoger Schaltungstechnik 

• Grundkenntnisse von Web-Techniken 

• Grundkenntnisse Linux 

• Erfahrungen mit der IC-Entwurfssoftware Cadence sind von Vorteil 


28 

Dauer 

• 3-6 Monate 

Themenbereich Industrielle Elektronik und Messtechnik 

17. Entwurf von HF- Komponenten 

Betreuer: Dipl.-Ing. Björn Bieske (bjoern.bieske@imms.de) 

Für Kommunikationssysteme sind verschiedene Komponenten (Filter, Verstärker, Mischer, SDR-Empfän- 

ger u.ä.) zu simulieren, zu entwerfen, zu optimieren, aufzubauen und messtechnisch zu charakterisie- 

ren. 


Dauer 

• Grundkenntnisse der HF-Technik 


18. Parameterextraktion an Bipolar- und MOS-Transistoren 

Betreuer: Dr.-Ing. Uwe Baumann (uwe.baumann@imms.de) 

Mit dem Programm IC-CAP sind die DC- und die HF-Parameter unterschiedlicher Halbleiterbauelemente 

zu messen und die SPICE-Parameter zu extrahieren. In Abhängigkeit von den Messergebnissen sind die 

verwendeten Bauelementemodelle zu modifizieren und neue Mess- und Extraktionsverfahren zu ent- 

wickeln (MACRO-Programmierung unter ICCAP). 


Dauer 

• Kenntnisse von Aufbau und Wirkungsweise elektronischer Bauelemente 

• Kenntnisse der elektrischen Messtechnik an Halbleiterbauelementen 

• Erfahrungen mit der Netzwerksimulation (SPICE, PSPICE) 



19. Programmierung von Deembedding-Verfahren für die HF-Charakterisierung 

Betreuer: Dr.-Ing. Uwe Baumann (uwe.baumann@imms.de) 

Auf Grundlage bestehender Verfahren sollen neuartige Methoden zur Berechnung der inneren HF-Ei- 

genschaften von verlustbehafteten komplexen Halbleiterstrukturen programmiert und erprobt werden. 


Dauer 

• Programmiererfahrung 

• Grundkenntnisse der elektrischen Messtechnik 


20. Anwendungsspezifische Konfigurationen von PXI–Testplattformen zur 

Qualitätssicherung in der Halbleiterindustrie 

Betreuer: Dipl.-Ing. Alexander Rolapp (alexander.rolapp@imms.de) 

Für Charakterisierung und Test integrierter Schaltungen sollen Zusatzbaugruppen entwickelt werden, die 

in PXI-Testsystemen des IMMS eingesetzt werden. 

Testverfahren sind auszuwählen, das Schaltungskonzept in Form einer Leiterkarte(n) hardwaremäßig zu 

realisieren und die Funktion mittels Testprogramm zu untersuchen. 


Dauer 

• Grundlagen der Schaltungstechnik 

• Grundlagen PCB-Layout 

• Grundlagen Programmierung 


21. Charakterisierung und Test von embeded Memories auf PXI-Testplattformen 

Betreuer: Dipl.-Ing. Ingo Gryl (ingo.gryl@imms.de) 

Für Charakterisierung und Test von eingebetteten Memories in integrierten Schaltungen soll eine Soft- 

warebibliothek entstehen, die die Prüffolgen der Memory-Architektur automatisch anpasst. Dabei soll 

ein hoher Wiederverwendungsgrad erzielt werden. Die Funktion soll an verschiedenen Typen von Memo- 


30 

ries untersucht und nachgewiesen werden. 


Dauer 

• Grundlagen der Messtechnik 

• Grundlagen der Informatik 

• Grundlagen Programmierung Testplattform 


22. Untersuchen der Fähigkeiten von Labview in Hinsicht auf verteiltes 

Rechnen und Remotezugriff 


Im IMMS wird die Sprache Labview zur Steuerung von Testhardware und Testabläufen genutzt. Für viele 

Anwendungen wäre dafür auch die Möglichkeit, Aufgaben auf mehrere Systeme zu verteilen interessant. 

Die Fähigkeiten von Labview sollen untersucht, beispielhaft aufbereitet und an einer einfachen Remote- 

gerätesteuerung demonstriert werden. 

Vorrausgesetzte Kenntnisse 

Dauer 

• Grundlagen in der Programmierung unter Labview und/oder C++ 

• Fachpraktikum 

23. Erarbeitung eines Konzepts zur Ablaufoptimierung des Wafersteppings bei 

paralleler Messung mehrerer Dies 

Betreuer: Dipl.-Ing. Roman Paris (roman.paris@imms.de) 

Bei der sequentiellen Messung mehrerer Dies auf einem Wafer wird die Messreihenfolge der einzelnen 

Dies optimiert, um die Gesamtmessdauer zu minimieren. Diese Optimierung ist in die Ansteuersoftware 

der Wafer Probe Station implementiert. Zur weiteren Minimierung der Messdauer soll eine teilparallele 

Messung von mehreren in einer 2 dimensionalen Matrix angeordneten Dies vorgenommen werden. Die 

Optimierungsaufgabe wird dabei bedingt durch die vom Wafer bestimmte kreisförmige Begrenzung der 

Anordnung der Dies komplexer, da im Randbereich des Wafers nur ein Teil der Messmatrix verwendet 

werden kann. Für diese Messmethode ist eine Optimierung zu erarbeiten und in die Ansteuersoftware 


zu implementieren. 


Dauer 

• Grundlagen der mathematischen Optimierung 

• Programmierung in C oder Labview 


24. Konzeption und Aufbau eines Referenzfrequenznormals zur Syn- 

chronisierung von Messgeräten 

Betreuer: Dipl.-Ing. Alexander Rolapp (alexander.rolapp@imms.de) 


Messgeräte, die für den Betrieb eine genaue Referenzfrequenz benötigen, haben meist einen internen 

Referenzoszillator. Durch Alterungseffekte wird die Genauigkeit dieses Signals vermindert. Um bei der 

Kopplung mehrerer solcher Messgeräte Abweichungen zwischen den Geräten zu verringern, können 

diese über eine Schnittstelle mit einem gemeinsamen Referenzsignal versorgt werden. In der Regel ist 

das genaueste Gerät im Messaufbau dann auch Referenzsignalquelle. Dabei ist eine relative Standardabweichung 

der Genauigkeit durch Alterungseffekte in der Größenordnung 10-6 / Jahr (Kalibrierungsalter) 

typisch. Durch Auswertung des Trägersignals eines atomuhrsynchronisierten Rundfunksenders oder des 

DCF77 Signals, mit einer relativen Standardabweichung von maximal 10-12, soll eine Referenzfrequenzquelle 

für Messgeräte gebaut werden. 


• Grundlagen der Schaltungstechnik 

• Grundlagen HF-Technik 

• Erfahrungen im Leiterplattenentwurf 

Dauer 

• 16-20 Wochen 


32 

25. Erarbeitung eines Programms zur Ansteuerung und Auswertung eines 

Messplatzes für niederfrequente Rauschmessungen (1/f-Rauschen) 

Betreuer: Dr.-Ing. Baumann (uwe.baumann@imms.de) 

Ein bestehender Messaufbau zur Bestimmung des 1/f-Rauschens soll dahingehend verbessert und op- 

timiert werden, dass Einstellungen an einem Vorverstärker, die derzeit noch manuell vorgenommen 

werden müssen, automatisch durch den Programmablauf des Messprogramms erfolgen. 


• Einarbeitung in das Programmsystem ICCAP 

• Programmierung eines Gerätetreiber für die RS232-Schnittstelle des rauscharmen Stromver- 

stärkers SR 570 (dafür bestehen Vorlagen) 

• Integration des Gerätetreibers in das bestehende ICCAP-Rauschmessprogramm 

• Test des Messprogramms 


Dauer 

• Programmiererfahrung in C 

• Grundkenntnisse der elektrischen Messtechnik 


26. Konzeption und Implementierung eines Datenkonverters von Simulations- 

daten aus dem Schaltkreisdesign im VCD-Format in das Format der 

modularen Tester des IMMS 


Einarbeitung in das beim Design/Simulation entstehende Datenformat VCD und die im Testsystem er- 

forderlichen Formate für das Laden der Patternspeicher. Konzeption eines Datenkonverters mit der 

Zwischenstufe eines Tabellenformates. Dabei ist eine Implementierung in C als standalone oder unter 

LabVIEW von National Instruments (ni.com) in der Testerumgebung möglich. 


• Programmierkenntnisse 


Dauer 

• Nach Vereinbahrung 

27. Ansteuerung des Polytec MEMS Messplatzes UHF-120 über eine DCOM 

Schnittstelle 


Für die Messungen an mikromechanischen Strukturen verfügt das IMMS über das Messsystem Polytec 

UHF-120. Es ist über eine DCOM Schnittstelle ansteuerbar. Aufgabe des Praktikums ist es, diese Ansteu- 

erung für unsere PXI Testsysteme nutzbar zu machen, entweder direkt in Labview oder über eine DLL 

in C++. 


Dauer 

• Kenntnisse der DCOM Programmierschnittstelle 

• Kenntnisse C++ oder Labview 


28. Ansteuerung eines Cascade PA200 Waferprobers durch die Vibrometer 

Software der Firma Polytec 

Betreuer: Dipl.-Ing. Roman Paris (roman.paris@imms.de) 

Für die Messungen an mikromechanischen Strukturen verfügt das IMMS über das Messsystem Polytec 

UHF-120. Um Messungen automatisiert ausführen zu können, soll dieser mit einem Cascade Waferprober 

PA200 gekoppelt werden. Dazu ist eine Remotesteuerung von Funktionen des Waferprobers durch die 

Steuersoftware des Polytec Messsystems erforderlich. Diese stellt hierfür eine auf DCOM aufsetzende 

Schnittstelle zur Verfügung. Aufgabe des Praktikums ist es, einen DCOM Gerätetreiber für ausgewählte 

Funktionen des PA200 zu entwickeln. 


• Kenntnisse der DCOM Programmierschnittstelle 

• Kenntnisse C++ oder Labview 

Dauer 



34 

Themenbereich Mechatronik 

29. Untersuchungen und Weiterentwicklung von Linearantrieben 

Betreuer: Dipl.-Math. Michael Katzschmann (michael.katzschmann@imms.de) 

Dipl.-Math. Dominik Karolewski (dominik.karolewski@imms.de) 

Ziel der Arbeit ist es, an einem vorhandenen Linearantrieb zu untersuchen, ob die Möglichkeit besteht, 

mit Hilfe einer adaptiven Anpassung der Vorsteuerung die Präzision und Reproduzierbarkeit von Bewe- 

gungen zu erhöhen. 


• Einarbeitung in die vorhandene Reglerstruktur 

• Implementierung und Test eines Verfahrens zur Anpassung der Vorsteuerung 

• Auswertung der Arbeiten 


Dauer 

• Grundkenntnisse MATLAB/SIMULINK 

• Kenntnisse im Bereich Dynamik mechatronischer Systeme 

• Kenntnisse im Bereich Automatisierung (Steuerungen/Regelungen) 


30. Untersuchung der Positioniergenauigkeit eines planaren Direktantriebs 

mit verschiedenen Messverfahren 

Betreuer: Dr.-Ing. Frank Spiller (frank.spiller@imms.de) 

An einem Mehrkoordinatendirektantriebssystem sollen Untersuchungen zur Positioniergenauigkeit in 

Abhängigkeit von der Nutzlast und der Dynamik durchgeführt werden. Dabei kommen neben den integrierten 

inkrementell-optischen Messsystemen vergleichend auch interferometrische und ggf. ein AKF 

zum Einsatz. 



• Konzeption, Entwurf und Aufbau einer Versuchsanordnung unter Einbeziehung ver- 

schiedener Messverfahren 

• Vergleichende Messung der Positioniergenauigkeit des Mehrkoordinatenantriebs 

• Vergleich der Genauigkeit der Messverfahren inkrementell-optisch, Laserinterferometer, ggf. 

AKF 


Dauer 

• Ausbildung an der Fak. für Maschinenbau mit guten Kenntnissen in Antriebstechnik und 

Messtechnik 

• Rechentechnische Kenntnisse (Win; Inventor) 

• Nach Vereinbarung, mindestens 3 Monate 

31. Konzipierung, Entwurf und Aufbau von mehrachsigen Mikro- und 

Nanopositionierantrieben für kleine Bewegungsbereiche 


Für die Positionierung von Proben / Werkstücken werden Positioniersystemanordnungen mit bis zu 

sechs Freiheitsgraden benötigt, die einen Bewegungsbereich von ± 5mm und Positioniergenauigkeiten 

im µm- bzw. im nm- Bereich besitzen. 


• Prinzipuntersuchung 

• Variantendiskussion 

• Entwurf, Aufbau, Inbetriebnahme 


Dauer 

• Ausbildung an der Fak. für Maschinenbau mit guten Kenntnissen in Konstruktionstechnik 

und Antriebstechnik 



36 

32. Präzisions-Hub-Tisch zur Proben- / Werkstückpositionierung 


Für die senkrechte Positionierung einer Probe bzw. eines Werkstücks wird ein Präzisions-Hub-Tisch be- 

nötigt, der eine parallele Zustellung mit einer Genauigkeit im sub-µm-Bereich ermöglicht. Hierfür sind 

grundlegende Untersuchungen durchzuführen. 


• Prinzipuntersuchung 

• Variantengenerierung 

• Variantendiskussion und Bewertung 

• ggf. Entwurf, Aufbau, Inbetriebnahme 


Dauer 

• Ausbildung an der Fak. für Maschinenbau mit guten Kenntnissen in Konstruktionstechnik 

und Antriebstechnik 

• Rechentechnische Kenntnisse (Win; AutoDesk Inventor) 


33. Untersuchung des Schwingungsverhaltens von Mehrkoordinaten- 

antriebssystemen in Abhängigkeit von den Aufstellbedingungen 

Betreuer: Dr.-Ing. Christoph Schäffel (christoph.schaeffe@imms.de) 

Dipl.-Math. Michael Katzschmann (michael.katzschmann@imms.de) 


• Messung des Schwingungsverhaltens unterschiedlicher Mehrkoordinatenantriebssysteme 

unter verschiedenen Aufstellbedingungen 

• Untersuchung und Klassifizierung verschiedener Industriefußböden 

• Ableitung von Gestaltungsrichtlinien für die Maschinen 

• Erstellen von Anforderungsprofilen für Industriefußböden und Unterbauten für Mehr- 

koordinatenantriebssysteme 



Dauer 

• Ausbildung an der Fak. für Maschinenbau mit guten Kenntnissen in Antriebstechnik, 

Konstruktionstechnik, Maschinenelemente und/oder Mechatronik 

• Rechentechnische Kenntnisse (Win, AutoDesk Inventor) 


34. Modellierung mechanischer Komponenten von Präzisionsantriebssystemen 

Betreuer: Dipl.-Ing. Steffen Hesse (steffen.hesse@imms.de) 

Innerhalb des Entwurfsprozesses bei Präzisionsantriebssystemen sollen Eigenformen und Eigenfre- 

quenzen der mechanischen Komponenten abgeschätzt werden können. Hierfür sind die wichtigsten 

Bauteile durch geeignete Mehrkörpermodelle nachzubilden. Die Simulationsergebnisse der Mehrkör- 

permodelle sollen anschließend mit den Ergebnissen von FEM-Analysen verglichen werden, um deren 

Gültigkeit nachzuweisen. 


• Einarbeitung in die Thematik Mehrkoordinatendirektantriebe 

• Erstellung und Untersuchung von Mehrkörpermodellen für die bewegten Komponenten bei 

Mehrkoordinatendirektantrieben, Bestimmung der Eigenfrequenzen 

• Vergleich der Simulationsergebnisse mit den Ergebnissen von FEM-Analysen 

• Dokumentation der Ergebnisse 


Dauer 

• Gute Kenntnisse im Bereich Antriebstechnik, technische Mechanik 

• Fähigkeit zum selbständigen Arbeiten innerhalb eines interdisziplinären Teams 

• Software: Win, Grundkenntnisse in Inventor und Matlab 

• Mindestens 3 Monate 


38 

35. Weiterentwicklung eines HIL-Prüfstandes für den Test von Antriebs- 

steuerungen 



Im Ergebnis dieser Arbeit soll ein bestehender Prüfstand weiterentwickelt werden, der es ermöglicht 

die Steuerungs-Hardware ohne vorhandene Antriebs-Hardware zu testen. Dazu wird die Antriebs-Hard- 

ware auf einem geeigneten Rechnersystem nachgebildet und mit der Steuerungs-Hardware verbunden 

(Hardware-In-the-Loop). 


• Weiterentwicklung der vorhandenen Antriebsmodellierung 

• Realisierung von Schnittstellen 

• Entwicklung von Testalgorithmen für den Steuer-Hardware Test 


Dauer 

• Gute Programmierkenntnisse (vorteilhafterweise in C, Matlab/ Simulink) 

• Erfahrungen mit dSpace von Vorteil 


36. Test und Weiterentwicklung von Direktantrieben mittels Simulation 



Ziel der Arbeit ist es, vorhandene oder geplante Antriebssysteme durch Simulation (MATLAB/SIMULINK) 

zu optimieren. Insbesondere soll der Einfluss von Störungen (äußere Anregungen, mechanische Reso- 

nanzen, elektrische Störungen, ...) auf die Leistungsfähigkeit der Antriebe untersucht werden. 


• Aufbau und Verifikation des Modells 

• Identifikation des Einflusses verschiedener Störgrößen 

• Ableiten von Optimierungsvorschlägen 



Dauer 

• Grundkenntnisse MATLAB/SIMULINK 

• Kenntnisse im Bereich Dynamik mechatronischer Systeme 

• Kenntnisse im Bereich Automatisierung (Steuerungen/Regelungen) 


37. Entwicklung einer grafischen Nutzeroberfläche zur Antriebssteuerung 

Betreuer: Dipl.-Math. Dominik Karolewski (dominik.karolewski@imms.de) 

Für den anwenderfreundlichen Betrieb eines Antriebs ist eine Oberfläche zu entwickeln. Dabei sollte ein 

Konzept zur Bedienbarkeit erarbeitet und realisiert werden. Ziel der Arbeit ist es eine grafische Nutzeroberfläche 

für einen bestehenden Antrieb zu erarbeiten und zu testen. 


• Erarbeitung eines Bedienkonzepts für einen Antrieb 

• Aufbau und Test der grafischen Nutzeroberfläche 


• Gute Kenntnisse im Bereich Antriebstechnik 

• Grundkenntnisse im Bereich Regelungstechnik 

• Fähigkeit zum selbstständigen Arbeiten 

• Grundkenntnisse in Matlab/Simulink 

• Ggf. Kenntnisse in der Programmierung von grafischen Nutzeroberflächen 

Dauer 

• 3 Monate 

38. Entwurf und Aufbau eines Messstandes zur Vermessung und Kalibrierung 

von Flächenmaßverkörperungen 

Betreuer: Dr.-Ing. Christoph Schäffel (christoph.schaeffel@imms.de) 

Zur Verbesserung der Positioniergenauigkeit von Planarantrieben ist es erforderlich die, für diese Systeme 

eingesetzten und mit einer begrenzten Genauigkeit gefertigten Maßverkörperungen z.B. laserinterferometrisch 

unter geeigneten Umweltbedingungen zu vermessen und die Messdaten im 


40 

Regelkreis des Antriebssystems für eine Kompensation der Positionierfehler zu verwenden. 


• Konzeptioneller Entwurf, Konstruktion und Realisierung des Systems 

• Abschätzung der theoretisch, unter Berücksichtigung definierter Umweltbedingungen, zu 

erwartenden Messgenauigkeiten 


Dauer 

• Ausbildung an der Fak. für Maschinenbau mit guten Kenntnissen in Antriebstechnik und 

Messtechnik 

• Rechentechnische Kenntnisse (MechanicalDesktop oder Inventor) 


39. Theoretische und praktische Untersuchungen zur Anwendung von 

Klebstoffen für Präzisionspositioniersysteme 

Betreuer: Dipl.-Ing. Hans-Ulrich Mohr (hans-ulrich.mohr@imms.de) 

Für Verbindung von Einzelteilen und Baugruppen bei der Konstruktion und dem Aufbau von Präzisions- 

positioniersystemen sind Eignungsversuche mit unterschiedlichen Klebstoffen erforderlich. 


• Recherche von Klebstoffen 

• Durchführung von Klebversuchen 

• Variantendiskussion 


Dauer 

• Ausbildung an der Fak. für Maschinenbau mit guten Kenntnissen in Antriebstechnik 

• Rechentechnische Kenntnisse (Win) 

• weitere Voraussetzungen auf Anfrage 



40. Messaufbau Wirbelstromtester 


Anhand eines Messaufbaus soll untersucht werden, wie bei Proben aus verschiedenen Materialien 

und mit verschiedenen Geschwindigkeiten durch Wirbelströme eine Bremswirkung auftritt. Der hierfür 

bereits bestehende Aufbau soll in Betrieb genommen werden, um anschließende vergleichende Mes- 

sungen mit verschiedenen Proben durchzuführen. 


• Einarbeitung in die Thematik 

• Inbetriebnahme des Messaufbaus 

• Durchführung und Auswertung von Messungen mit verschiedenen Proben 

• Dokumentation der Ergebnisse in Form von Messprotokollen 


Dauer 

• Fähigkeit zum selbständigen Arbeiten 

• Software: Win-Programme 

• 3 Monate 

41. Vermessung und Charakterisierung von Luftlagerelementen 


Im Rahmen der Arbeit sollen mit Hilfe des vorhandenen Luftlagermessstandes die Steifigkeitskenn- 

linie verschiedener Luftlagerelemente ermittelt und die Messergebnisse statistisch ausgewertet werden. 

Basierend auf den Ergebnissen ist auch die Überarbeitung bzw. Erweiterung der Messstrategie geplant, 

um die Messunsicherheit zu reduzieren. Hierzu ist das Programm Matlab zur Ablaufsteuerung bzw. zur 

Ansteuerung der elektronischen Komponenten des Messstandes zu bearbeiten und ggf. zu erweitern. 



• Durchführung und Auswertung von Messungen an verschiedenen Luftlagertypen, Fehler- 

analyse 


42 

• Analyse der Messstrategien zur Bestimmung der Luftlagerkennwerte ggf. Überarbeitung der 

Strategie durch die Erweiterung bzw. Modifikation des Messprogramms 

• Dokumentation der Ergebnisse in Form von Messprotokollen 


Dauer 

• Fähigkeit zum selbständigen Arbeiten 

• Software: Win-Programme, Matlab, Matlab Simulink - Grundkenntnisse 

• Mindestens 3 Monate 

42. Aufbau und Inbetriebnahme eines Antriebssystems mit mitbewegten Spulen 


Planarantriebe für Präzisionspositioniersysteme werden typischerweise mit gestellfesten Flachspulen 

ausgestattet, die mindestens so lang ausgeführt sein müssen wie der gewünschte Verfahrbereich. Um 

dies zu verbessern, existiert ein Konzept, bei dem kurze Flachspulen linear mitgeführt werden. Die 

Konzeption und Konstruktion für einen einachsigen Demonstratoraufbau ist abgeschlossen. Im Rahmen 

der Tätigkeit soll das Antriebssystem montiert und in Betrieb genommen werden. Anschließend sollen 

durch eine intensive experimentelle Untersuchung die Eigenschaften des Systems analysiert werden. 



• Montage des einachsigen Demonstrators (Montage der Mechanikteile, elektrische Verkabelung 

der Aktoren und Sensoren, etc.) 

• Inbetriebnahme des Antriebssystems 

• Messtechnische Untersuchung der Antriebseigenschaften 


• Grundkenntnisse im Bereich Antriebstechnik, Mechatronik 

• Grundkenntnisse in der 3D Konstruktion 

• Software: Win-Programme, Autodesk Inventor, Matlab 

Dauer 

• 3 Monate 


43. Design, Simulation und Messung von MEMS-Teststrukturen 

Betreuer: Dipl.-Ing. Steffen Michael (steffen.michae@imms.de) 

Die optische Messung der Eigenfrequenzen von MEMS wie Membran- und Balkenstrukturen erlaubt die 

Identifikation sowohl von geometrischen als auch Materialparametern. Voraussetzung dabei ist, dass 

die relevanten Parameter eine Abhängigkeit von den Eigenfrequenzen aufweisen. Diese Empfindlichkeit 

und damit die Genauigkeit, mit der Parameter wie z.B. die Spannung in dünnen Schichten bestimmt 

werden können, hängen vom Design der MEMS ab. 


• Entwurf von MEMS-Teststrukturen 

• Erstellung von FE-Modellen 

• Optimierung der Teststrukturen durch Parametervariation 

• Vermessung von Teststrukturen 


Dauer 

• Grundkenntnisse in FE-Programmen, vorgzugsweise Ansys 

• Grundkenntnisse in Matlab 


44. Weiterentwicklung einer GUI zur Parameteridentifikation von MEMS 



• Erweiterung der Funktionalität einer vorhandenen GUI 


Dauer 

• C++/C 



44 

45. Konzeption und Implementierung eines automatisierten MEMS-Messplatzes 


Geometrie- und Materialparameter von MEMS lassen sich indirekt über die Messung ihrer Eigenfre- 

quenzen identifizieren. Die Messung der Eigenfrequenzen im Bereich bis ca. 10 MHz erfolgt dabei mittels 

eines vibrometrischen Messsystems. Um die Schwingungen der im Regelfall passiven Devices anzure- 

gen, wird eine Elektrode über dem Device positioniert. Diese wird mit einer hochfrequenten Spannung 

beaufschlagt - das elektrostatische Feld ermöglicht die Messung von Eigenfrequenzen mit Amplituden 

im pm- bis nm-Bereich. 

Das Messfeld des Vibrometermesssystems ist 50 x 50 mm, mithin lassen sich prinzipiell mehrere MEMS, 

die typischerweise nicht größer als 1 mm 2 sind, mit einem Programmstart messen, ohne die Lage der 

Devices zu verändern. Um das Messfeld für das oben genannte Verfahren ausnutzen zu können, ist 

jedoch das automatische Positionieren der anregenden Elektrode über dem aktuell zu vermessenden 

Device notwendig. 


Zu entwickeln und daran anschließend umzusetzen ist ein Konzept, wie sich der Messplatz unter Nut- 

zung vorhandener Algorithmen zur Bilderkennung automatisieren lässt. Das beinhaltet die Kopplung von 

Mess- und Elektrodenpositioniersystem unter Nutzung der jeweiligen Interfaces (z.B. ActiveX). 


Dauer 

• Kenntnisse in Programmiersprachen (z.B. LabVIEW) 


46. Untersuchungen von Antriebskomponenten im Vakuum 


Für höchste Positioniergenauigkeiten werden Antriebssysteme zunehmend mit Laserinterferometern 

als Weg- bzw. Winkelmesssysteme ausgestattet. Die Forderung nach Messunsicherheiten im Nanome- 

terbereich verbunden mit Verfahrbereichen von über 100 mm führt zu der Forderung nach einer Vaku- 

umumgebung, da sich auf diese Weise der Einfluss der Umgebungsbedingungen entscheidend reduziert. 

Darüber hinaus stellen einige Hochtechnologieanwendungen wie beispielsweise EUV-Lithografie oder 

Elektronenstrahllithografie ebenfalls hohe Anforderungen an die Vakuumtauglichkeit der verwendeten 


Positioniersysteme. Vor diesem Hintergrund sollen im Rahmen der Arbeit vorhandene Antriebskompo- 

nenten hinsichtlich ihrer Vakuumtauglichkeit untersucht werden. 



• Recherche bzgl. vakuumtauglicher Bauteilgestaltung bzw. Materialien 

• Beurteilung der Vakuumtauglichkeit vorhandener Antriebskomponenten 

• Experimentelle Untersuchung der Antriebskomponenten im Vakuum, Auswertung der 

Messdaten. (Nutzung des vorhandenen Messstandes und vorhandener Auswerteskripte) 



Dauer 

• Interesse an Antriebstechnik und der Gestaltung von Antriebsbaugruppen 

• Software: Win-Programme, Grundkenntnisse Matlab 

• 3 Monate 

47. Untersuchungen zur Vorspannung von Luftlagern 


Aerostatische Führungselemente ermöglichen eine nahezu reibungsfreie Führung bewegter Maschinen- 

bauteile. Es ist üblich, diese vorzuspannen, um einen Arbeitspunkt mit hoher Steifigkeit einzustellen. 

In Präzisionsantriebssystemen wird zur Vorspannung häufig ein Unterdruck direkt am Luftlager benutzt, 

um die bewegte Masse und Deformationen möglichst klein zu halten. Im Rahmen der Arbeit sollen 

alternative Konzepte für die Vorspannung der Luftlager erarbeitet und experimentell untersucht werden. 


• Einarbeitung in die Thematik, Recherche (Literatur, Internet) 

• Erarbeitung und Zusammenstellung alternativer Konzepte zur Vorspannung der Lager 

• Experimentelle Untersuchung ausgewählter Konzepte, Beurteilung der Vor-/Nachteile 



46 


Dauer 

• Interesse an Konstruktion/Gestaltung von Positioniersystemen 

• Software: Win-Programme, Inventor 


48. Entwurf und Simulation von mikrosystemtechnischen Energiewandler- 

Systemen 

Die Entwicklung von Sensorsystemen ermöglicht diese mit immer geringeren Leistungen zu betreiben. 

Ziel von aktuellen Forschungsarbeiten ist es die benötigte Energie mittels Mikrogeneratoren, sogenannte 

Energy Harvester, aus der Umgebung zu gewinnen. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Beitrag zur Leis- 

tungsabschätzung für mikrosystemtechnisch hergestellte elektrostatische und piezoelektrische Aufbau- 

und Wandler-Prinzipien erarbeitet werden, welche kinetische Energie in elektrische Energie wandeln. 

Betreuer: Dipl.-Ing. Bianca Leistritz (bianca.leistritz@imms.de) 



• Mitarbeit an Literaturrecherche 

• Simulation von ausgewählten Strukturen unter Beachtung mikrosystemtechnischer Design- 

möglichkeiten 



Dauer 


• Software: Win-Programme, Grundkenntnisse in Matlab von Vorteil 

• Nach Vereinbarung für Praktikum, Studien-, Bachelor-, Diplom- bzw. Master-Arbeit geeignet. 

49. Konstruktion und Aufbau eines elektromagnetischen Energiewandlers 

Betreuer: Dipl.-Ing. Bianca Leistritz (bianca.leistritz@imms.de) 

Zur Energieversorgung von drahtlosen Sensornetzwerkknoten werden derzeit vorrangig Batterien ein- 

gesetzt. Diese wirken sich nachteilig auf Einsatzmöglichkeiten, Wartungskosten und Lebensdauer der 


Sensorsysteme aus. Ziel von aktuellen Forschungsarbeiten ist es die benötigte Energie mittels Ener- 

giewandler, sogenannte Energy Harvester, aus der Umgebung zu gewinnen. Im Rahmen dieser Arbeit 

sollen existierende Konstruktionsvarianten für elektromagnetische Energiewandler untersucht und ein 

optimierter Aufbau für die Sensornetzwerkknoten des IMMS konstruiert und aufgebaut werden. 



• Mitarbeit an Literaturrecherche 

• Analyse von Konstruktionsvarianten 

• Konzeptioneller Entwurf, Konstruktion und Aufbau eines angepassten elektromagnetischen 

Energiewandlers 



Dauer 


• Software: Win-Programme, Grundkenntnisse in Inventor von Vorteil 

• Nach Vereinbarung für Praktikum, Studien-, Bachelor-, Diplom- bzw. Master-Arbeit geeignet. 

Themenbereich System Design 

50. Implementierung eines Audiometrie-Messverfahrens 

Betreuer: Dipl.-Inf. Thomas Elste (thomas.elste@imms.de) 

Im Themenbereich System Design am IMMS wurde in Zusammenarbeit mit dem FG Biomechatronik 

der TU Ilmenau ein mobiles Audiodosimeter entwickelt. Dessen Haupteinsatzzweck ist die Schall-Im- 

missionsmessung an lärmexponierten Arbeitsplätzen. Die so gewonnenen Daten können anschließend 

zur Auswahl geeigneter Präventionsmaßnahmen verwendet werden. Das Dosimeter basiert auf einer 

universellen Hardware-/Softwareplattform. Somit ist eine Erweiterung des Funktionsumfanges problem- 

los möglich. 

Das hier angebotene Thema umfasst daher die Implementierung eines weiteren Audiometrie-Messver- 

fahrens: Die Aufzeichnung und Darstellung eines Tonaudiogramms mit Hilfe des Dosimeters. 


48 


• Implementierung der Aufzeichnung eines Tonaudiogramms 

• Grafische Darstellung der gewonnenen Daten auf dem Gerät 

• Integration der Messmethode mit den vorhandenen Softwarekomponenten 


Dauer 

• Grundlegende Programmierkenntnisse in C/C++ 


51. Inbetriebnahme und Evaluierung eines Indoor-Lokalisierungssystems 

Betreuer: Dipl.-Ing. Elena Chervakova (elena.chervakova@imms.de) 

Eine Vielzahl von Wireless Sensor Network (WSN) Anwendungen erfordern für unterschiedliche Zwecke 

die Positionsbestimmung eines Teilnehmers. Im Moment existiert ein breites Spektrum von Lokalisie- 

rungsverfahren für Sensornetzwerke, die sich durch die zugrunde liegende Hardware, das eingesetzte 

Messverfahren und die anwendungsspezifischen Anforderungen unterscheiden. Am IMMS wurden Vor- 

arbeiten zur Bewertung verschiedener Lokalisierungsmechanismen durchgeführt. Das gewählte Loka- 

lisierungssystem ist aufzubauen und zu evaluieren. Dazu stehen Mitarbeiter als Ansprechpartner zur 

Verfügung. 


Dauer 

• Inbetriebnahme eines Indoor-Lokalisierungssystems 

• Durchführung von Messungen 

• Definition von Testszenarien 

• Abarbeitung der Tests 

• Ableitung von Ergebnissen für die weitere Arbeit 


52. Synchronisation in drahtlosen Sensornetzwerken 

Betreuer: Dipl.-Ing. Wolfram Kattanek (wolfram.kattanek@imms.de) 

Die Synchronisation drahtloser, unter Umständen mobiler Sensoren unter dem Einfluss stark schwan- 


kender Latenzen der Übertragungswege oder gar einem vorübergehenden Verlust der Verbindung stellt 

eine besondere Herausforderung an die beteiligten Protokollschichten dar. 

Ziel dieser Arbeit ist der Vergleich unterschiedlicher, bereits existierender Synchronisationsalgorithmen 

in einer Simulations- und einer realen Testumgebung. Damit verbunden ist die messtechnische Erfas- 

sung charakteristischer Parameter wie die Dauer der Initialisierungsphase und die Genauigkeit der lo- 

kalen im Vergleich zur globalen Uhr. Außerdem soll eine bereits auf NTP basierende Implementierung für 

IPv6 verbessert, ggf. die Genauigkeit erhöht und mit den vorhanden proprietären Protokollen verglichen 

werden. 


• Literaturrecherche, Analyse und Vergleich der Verfahren 

• Vergleichende Messungen in einer realen Testumgebung 

• Erweiterung bzw. Verbesserung einer bereits existierenden NTP Implementierung 


Dauer 

• Kenntnisse C und Mikrocontrollerprogrammierung 

• Kenntnisse Übertragungsprotokolle 

• Kenntnisse Linux 

• Nach Vereinbarung, für Bachelor- oder Master-Arbeit geeignet. 

53. Sicherheit in drahtlosen Sensornetzwerken 


Im Gegensatz zu drahtgebundenen Übertragungswegen ermöglichen drahtlose einen wesentlichen ein- 

facheren Zugriff, das Mithören oder sogar das aktive Stören eines Sensornetzwerkes durch einen poten- 

ziellen Angreifer. Authentifizierung und Verschlüsselung erlangen unter diesem Hintergrund, auch für 

drahtlose Sensornetzwerke, eine immer größere Bedeutung. 

Ziel dieser Arbeit ist die Recherche und der Vergleich unterschiedlicher Ansätze zur Authentifizierung 

und Verschlüsselung. Darauf aufbauend soll an einem existierenden System der praktische Einsatz 

getestet und charakteristische Parameter des beteiligten Protokolls, wie Berechnungsaufwand oder Pro- 

tokolloverhead, bestimmt werden. 


50 


• Literaturrecherche, Analyse und Vergleich verschiedener Verschlüssellungsverfahren 

• Sicherheitsmechanismen auf der Link-Ebene drahtloser Netzwerke 

• Sicherheitsmechanismen auf der Applikationsebene drahtloser Netzwerke 

• Test und Analyse existierender Verschlüsselungsprotokolle 


Dauer 

• Kenntnisse C und Mikrocontrollerprogrammierung 

• Kenntnisse Übertragungsprotokolle 

• Kenntnisse Linux 

• Nach Vereinbarung, für Praktikum geeignet. 

54. Untersuchung der Echtzeiterweiterung RTAI auf einer ARM-Plattform 

Betreuer: Dipl.-Inf. Rolf Peukert (rolf.peukert@imms.de) 

Durch seine Verfügbarkeit auf zahlreichen „embedded“ Plattformen wird das Betriebssystem Linux zu- 

nehmend auch im industriellen Umfeld eingesetzt. Besonders interessant für Steuerungsaufgaben wird 

es durch Echtzeiterweiterungen wie z.B. RTAI („RealTime Application Interface“). 

Auf einem vorgegebenen Entwicklungsboard mit einem ARM-Prozessor soll ein Linux-Kernel mit RTAI- 

Erweiterung in Betrieb genommen werden. Anschließend sollen die Echtzeiteigenschaften des Systems 

quantitativ untersucht werden. 


• Auswahl einer geeigneten Kernelversion und eines dazu passenden RTAI-Patches 

• Inbetriebnahme 

• Messungen 


• Kenntnisse des Linux Kernels 

• C- / Assemblerprogrammierung 

• Evtl. Grundkenntnisse Echtzeitbetriebssysteme 


Dauer 


55. Modellbasierter Entwurf von Echtzeitsystemen auf Basis 

der RT-Preempt-Patches unter Linux 

Betreuer: Dipl.-Inf. Stefan Schramm (stefan.schramm@imms.de) 

Durch modellbasierten Entwurf lässt sich der Entwicklungsprozess von Software stark beschleunigen 

und vereinfachen. Insbesondere die in Echtzeitsystemen häufig anzutreffenden Signalverarbeitungsal- 

gorithmen lassen sich häufig sehr gut durch Modelle abbilden. Durch die schrittweise Integration der 

RT-Preempt-Patches in den Linux-Kernel ist es möglich geworden, solche Echtzeitanwendungen auf 

Standard-Linuxplattformen zu implementieren. Im Rahmen des Themas soll ausgehend von Matlab/ 

Simulink-Modellen ein architekturunabhängiger modellbasierter Entwurfsweg für Echtzeitsysteme auf 

Basis der RT-Preempt-Patches unter Linux entwickelt werden. Dieser Entwurfsweg ist zu testen und gut 

zu dokumentieren. 


• Einarbeitung in die Codegenerierung mittels Real-Time-Workshop 

• Entwicklung eines durchgehenden Modellbasierten Entwurfsweges 

• Demonstration anhand einer Beispielapplikation 

• Messung der Echtzeitperformance, Bewertung der Ergebnisse 


• Grundkentnisse in UNIX/Linux-Betriebssystemen 

• Programmierkentnisse 

Dauer 


56. Untersuchungen zum Verhalten eingebetteter Plattformen beim Zugriff auf 

SD/SDHC-Speicherkarten 


Mit zunehmender Leistungsfähigkeit von Prozessoren im Embedded-Bereich wird es möglich immer 

größere Datenmengen aufzunehmen und zu verarbeiten (z.B. mobile Datenlogger). Zum Speichern dieser 

Daten kommen sehr häufig die aus dem Consumer-Bereich üblichen Flash-Speichermedien (z.B. 


52 

SD-Karten) zum Einsatz. Es hat sich jedoch gezeigt, dass hier die erreichbare Schreib-/Leseperformance 

beim Einsatz in Verbindung mit eingebetteten Systemen mit Linux-Betriebssystem weder konstant noch 

vorhersagbar ist. Die zugrunde liegenden Zusammenhänge sollen daher näher untersucht und klassifi- 

ziert werden. 


• Recherche über SD-Zugriffsverfahren und -möglichkeiten 

• Theoretische Betrachtungen hinsichtlich der erreichbaren Performance und deren Grenzen 

• Analyse der SD/MMC-Zugriffsverfahren im Linux-Kernel 

• Evaluierung und Benchmarking unterschiedlicher Dateisysteme 

• Vergleich unterschiedlicher eingebetteter Plattformen beim SD-Karten-Zugriff 

• Vorschläge zur Verbesserung der Performance und deren eventuelle Umsetzung 


Dauer 

• C-Programmierung 

• GNU/Linux 


57. Analyse des Zeitverhaltens von Linux RT-Preempt auf ARM Cortex-A8 


Die fortschreitende Integration der RT-Preempt Patches in den Mainline Linux-Kernel macht diesen zu 

einer leistungsfähigen Basis zur Entwicklung echtzeitfähiger Applikationen. Ihre weite Verbreitung, ihre 

hohe Rechenleistung bei geringer Energieaufnahme macht die ARM Cortex-A8 Architektur zu einer für 

die Automatisierungstechnik sehr interessanten Plattform. Da besonders hier sehr häufig Echtzeitanfor- 

derungen gestellt werden bietet sich eine Kombination – also der Einsatz von Linux RT-Preempt auf einer 

ARM Cortex-A8 CPU – an. Messungen ergeben jedoch zur Zeit noch eine um teilweise eine Magnitude 

schlechtere Echtzeitperformance (Latenz und Jitter) als bei z.B. der x86- oder PPC-Architektur. Dieser Fakt 

soll untersucht und wenn möglich verbessert werden. 


• Untersuchung des Zeitverhaltens von Linux RT-Preempt auf einem Cortex-A8 basierten 

System 


• Quantitative Aufschlüsselung des Zeitverhaltens 

• Erstellung von Vorschlägen zur Verbesserung der Echtzeitperformance 

• Umsetzung dieser Vorschläge 


Dauer 

• Praktische Programmiererfahrung 


58. Vergleich, Evaluierung und Benchmarking verschiedener Linux-Echtzeit- 

Erweiterungen auf eingebetteten Systemen 


Im Bereich der Linux-Echtzeiterweiterungen konkurrieren z.Z. mindestens 3 Verfahren: RTAI, Xenomai 

und die RT-Preempt-Patches. Diese bieten jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile sowie charakteris- 

tische Echtzeitperformance. Soweit möglich soll das Echtzeitverhalten der 3 Erweiterungen auf unter- 

schiedlichen eingebetteten Architekturen (ARM, Blackfin, PPC, x86) untersucht und dokumentiert werden. 


• Erstellen eines Überblicks zur Verfügbarkeit der Echtzeiterweiterungen für unterschiedliche 

Architekturen 

• Aufsetzen der Echtzeiterweiterungen (RTAI, Xenomai, RT-Preempt) auf jeweils einem System 

der unterschiedlichen Architekturen (ARM, PPC, Blackfin, x86) 

• Erarbeiten eines Testszenarios, dass vergleichbare Ergebnisse hinsichtlich der Echtzeit- 

performance liefert 

• Test und Dokumentation der Echtzeitperformance der einzelnen Systeme mittels des 

erarbeiteten Szenarios 


Dauer 

• GNU/Linux 



54 

59. Vergleichende Betrachtung etablierter Cloud-Computing-Plattformen 

Betreuer: Dipl.-Inf. Marco Götze (marco.goetze@imms.de) 

Cloud Computing ist im Begriff, auch im Kontext eingebetteter Systeme zunehmend an Bedeutung zu ge- 

winnen. Da das Paradigma in anderen Bereichen bereits etabliert ist, finden sich am Markt verschiedene 

Anbieter entsprechender Infrastrukturlösungen (IaaS/PaaS). Ausgehend davon ist eine Auswahl dieser 

hinsichtlich Gemeinsamkeiten und Unterschieden, Vor- und Nachteilen, Kostenmodellen, unterstützten 

Technologien für die Implementierung von Software-Diensten (SaaS) usw. zu untersuchen. 


• Recherche zu Cloud Computing Plattformen 

• praktische Auseinandersetzung mit einer Auswahl dieser 

• Beurteilung der verschiedenen Infrastrukturen im Vergleich anhand eines vorher festzule - 

genden konkreten Kriterienkatalogs 


Dauer 

• Grundlegende Programmierkenntnisse 

• Grundlegende Linux-Kenntnisse 

• Erfahrungen mit Web Services/Webanwendungen von Vorteil 

• Nach Vereinbarung, ca. 3 Monate sind vorgesehen. 

60. Modellierung und Simulation von Komponenten integrierter Analog-Mixed- 

Signal Strukturen 

Betreuer: Dipl.-Ing. Komla Agla (komla.agla@imms.de) 

Das Ziel der Untersuchungen besteht darin, die Möglichkeiten zur Modellierung analoger Funktionsblö- 

cke bzw. Komponenten mit SystemC / SystemC-AMS zu erproben und zu evaluieren. Weiterhin ist zu 

untersuchen, wie sich die entsprechenden SystemC / SystemC-AMS Modelle in geeignete Modellierungsund 

Simulationsumgebungen (z.B. in das Ptolemy II Framework) integrieren lassen. 


• Evaluierung frei verfügbarer Modellierungs- und Simulationswerkzeuge 

• Modellierung vorgegebener Anwendungsszenarien 


• Vergleich und Abgleich von Simulations- und Messergebnissen 


Dauer 


• GNU / Linux 


61. Modellierung und Simulation von drahtlosen Sensornetzwerken 


Für die Modellierung und Simulation drahtloser Kommunikationsanwendungen stehen zahlreiche, häu- 

fig auch frei verfügbare Entwicklungswerkzeuge zur Verfügung. Im Rahmen dieses Themas sind die wich- 

tigsten in Frage kommenden Werkzeuge bzgl. vorgegebener Kriterien zu untersuchen und zu vergleichen. 

Anschließend sind vorgegebene Anwendungsszenarien aus dem Bereich drahtloser Sensornetzwerke zu 

modellieren und zu simulieren sowie die Simulationsergebnisse mit Messergebnissen zu vergleichen. 


• Evaluierung frei verfügbarer Modellierungs- und Simulationswerkzeuge 

• Modellierung vorgegebener Anwendungsszenarien 

• Vergleich und Abgleich von Simulations- und Messergebnissen 


Dauer 


• GNU / Linux 


62. Vergleichende Untersuchungen von Betriebssystemen für drahtlose 

Sensornetzwerke 


In komplexen drahtlosen Netzwerken (wie z.B. Multi-Hop und Ad-hoc) kommen auch auf ressourcenbe- 

schränkten Systemen Betriebssysteme zum Einsatz. Damit lassen sich modulare, portable und wieder- 

verwendbare Lösungen einfacher realisieren. Aus diesem Grund wird im IMMS seit mehreren Jahren das 


56 

offene Betriebssystem TinyOS eingesetzt. Ziel der Arbeit ist die Untersuchung möglicher Alternativen für 

spezielle Einsatzzwecke oder bei besonderen Randbedingungen. 


• Überblick geeigneter Betriebsysteme, Softwareplattformen und -netzwerkstacks (u.a. 

ContikiOS, SimplicTI, 6LoWPAN, Java) 

• Evaluierung der vorhandenen Werkzeuge, Entwickungsumgebungen und Dokumentationen 

• Implementierung einfacher Beispiele auf vorgegebener Hardware 

• Analyse des Ressourcenverbrauchs der einzelnen Lösungen 


Dauer 

• Microcontrollertechnik und -programmierung 


63. Einbindung drahtloser Sensornetzwerke in das ‚Internet-der-Dinge‘ 


Unter dem ‚Internet-der-Dinge‘ versteht man die umfassende Vernetzung und Integration eingebet- 

teter Systeme in existierende und zukünftige Kommunikationsinfrastrukturen mit Fokus auf dem World 

Wide Web. Durch die Einbindung von Sensorik und Aktorik und die Nutzung webbasierter Technologien 

können neuartige Services für diverse Anwendungsfelder (z.B. Wohnen, Verkehr, Umwelt) realisiert wer- 

den. Drahtlose Sensornetzwerke und das Internetprotokoll IPv6 sind dafür wichtige Basistechnologien, 

welche im Rahmen der Arbeit für eine prototypische Webanbindung von im IMMS vorhandener Sensorik 

und Aktorik genutzt werden sollen. 


• Einarbeitung in IPv6-basierte drahtlose Sensornetzwerke am IMMS 

• Recherche zu Web Services für Speicherung, Verarbeitung und Visualisierung von Sensor- 

daten (z.B. COSM/Pachube) 

• Realisierung einer durchgehend IPv6-basierten Netzwerkanbindung der Funksensoren 

• praktische Anbindung eines Testnetzwerkes im IMMS an geeigneten Web-Service per IPv6 



Dauer 

• Programmierkenntnisse 

• Kenntnisse zu GNU/Linux 

• Netzwerkkenntnisse und Kenntnisse zu webbasierten Services sind von Vorteil 

• Nach Vereinbarung, auch für Bachelor- oder Master-Arbeit geeignet. 

64. Nutzung der Grafikbeschleunigung von Embedded CPUs unter Linux 


Eingebettete Systeme werden auch im Industrieumfeld sehr häufig zur Darstellung grafischer Nutzer- 

oberflächen eingesetzt. Zur energiesparenden und ansprechenden Umsetzung dieser Nutzeroberflächen 

stellen aktuelle Embedded CPUs integrierte Hardwareblöcke zur Grafikbeschleunigung zur Verfügung. In 

diesem Thema soll die praktische Verwendbarkeit dieser in typischen Embedded CPUs integrierten Hard- 

wareblöcke unter Embedded Linux analysiert und dokumentiert werden. Weiterhin soll anhand verschie- 

dener Bespiele deren Nutzbarkeit insbesondere in Zusammenarbeit mit typischen Grafikbibliotheken 

(z.B. Qt) zur 2D/3D Beschleunigung, der tatsächliche Performancegewinn (z.B. Rendergeschwindigkeit) 

sowie die Auswirkung auf den Energieverbrauch der CPU betrachtet werden. 


• Einarbeitung in das Thema 

• Analyse und Vergleich verschiedener Hardwareblöcke aktueller Embedded CPUs 

• Vergleichende Untersuchungen zur Nutzbarkeit mit Qt und Gegenüberstellung des Energie- 

verbrauchs mit und ohne Grafikbeschleunigung der Hardware 


Dauer 

• C-Programmierung 

• GNU/Linux 

• Qt-Kenntnisse von Vorteil 



58 

Ihre Ansprechpartner 

Geschäftsleitung 

Prof. Dr.-Ing. Ralf Sommer 

Dipl.-Ing. Hans-Joachim Kelm 

Themenbereich Mikroelektronik 

Dipl.-Ing. Holger Pleß 

Telefon: +49 (361) 663-2535 

holger.pless@imms.de 

Themenbereich Mechatronik 

Dr.-Ing. Christoph Schäffel 

Telefon: +49 (3677) 69-5560 

christoph.schaeffel@imms.de 

Studentenangebote IMMS 2012/2013 

Themenbereich System Design 

Dr.-Ing. Tino Hutschenreuther 

Telefon: +49 (3677) 69-5540 

tino.hutschenreuther@imms.de 

Themenbereich Industrielle Elektronik 

und Messtechnik 

Dr.-Ing. Klaus Förster 

Telefon: +49 (3677) 69-5520 

klaus.foerster@imms.de 

Marketing/PR 

Dr.-Ing. Wolfgang Sinn 

Telefon: +49 (3677) 69-5514 

wolfgang.sinn@imms.de

Notizen 


60 

Anfahrt 

IMMS GmbH 


D - 98693 Ilmenau/Thüringen 

Telefon: +49 (3677) 69 55 00 

Fax: +49 (3677) 69 55 15 

E-Mail: imms@imms.de 

Institutsteil Erfurt 

Konrad-Zuse-Strasse 14 

D - 99099 Erfurt/Thüringen 

Telefon: +49 (361) 663-2500 

Fax: +49 (361) 663-2501 

E-Mail: imms@imms.de 

Straßenbahn Linie 3, ab Hauptbahnhof 

Richtung „Urbicher Kreuz“ bis Haltestelle 

„Windischholzhausen/X-FAB“

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