Prof. Dr.-Ing. Burkart Voß

In dem Modul Signalprozessoren werden grundlegende Kenntnisse über die Verwendung von signalverarbeitenden Algorithmen erarbeitet. Als Beispiel dienen Audiosignalverarbeitungsanwendungen auf dem STM32F412 Discovery kit, die von den Studierenden entwickelt werden.  

Werkzeuge: Wir benutzen die GCC-basierte auf Eclipse aufsetzende freie SW4STM32 IDE von AC6. Diese kann hier heruntergeladen werden.

Abschluß: APL, für die ein selbst auszuwählendes Projekt bearbeitet werden soll. In dem dazugehörigen Beleg sollen die folgenden Punkte betrachtet werden (abhängig von der Aufgabenstellung sind nicht alle Punkte sinnvoll!):

• Funktionsprinzip des verwendeten Algorithmus 
• Anpassung des Algorithmus an die verwendete DSP-Architektur
• Daten zur Leistungsfähigkeit der Implementierung und zu dessen Grenzen (z.B. maximale Abtastrate, Speicherbedarf etc.)
• Kenndaten der Signalverarbeitung, die sich mit der Implementierung erreichen lassen

In der Veranstaltung Prozessordesign sollen die grundlegenden Funktionsprinzipien eines Prozessors vertieft werden. Deshalb soll in dieser Veranstaltung - aufbauend auf den Kenntnissen aus Digitaler Schaltungstechnik und Mikroprozessortechnik - ein RISC Prozessor mit einer vorgegebenen Instruktionsmenge entworfen und auf einem FPGA implementiert werden.

Ziel der Veranstaltung ist es, in einem interdisziplinären Projekt Themen autonom fahrender Modellfahrzeuge zu bearbeiten. Dank der Teilnahme von Studierenden der Studiengänge Feinwerktechnik, Laser- und Optotechnologien, Physikalischer Technik, Werkstofftechnik und Elektrotechnik / Informationstechnik kann bei der Bearbeitung der Themen auf ein breites Kompetenzspektrum zugegriffen werden. So ist die Entwicklung und Modellierung eines kompletten Modellfahrzeugs möglich.

Im Rahmen des Projektes soll die Teilnahme an einem internationalen Wettbewerb vorbereitet werden, der auf der “embedded world” in Nürnberg stattfinden wird (siehe hier).

Nach erfolgreicher Teilnahme an dem Modul sollen die Studierenden in der Lage sein:

• ein regelungstechnisches System mit nicht vollständig bekanntem Streckenmodell zu analysieren,
• die Softwarearchitektur für ein komplexes System zu entwerfen,
• einen digitalen Regler bei nur unvollständig bekanntem Streckenmodell zu entwerfen,
• ein Funktionsmodell eines autonom fahrenden Modellfahrzeugs zu entwickeln.

Die Prüfung erfolgt in Form eines mündlichen Einzelgespräches mit den Studierenden unter Einbeziehung der erzielten Projektergebnisse.

Eine Besonderheit dieses Wahlpflichtfaches ist das Vorhandensein einer beschränkten Teilnehmeranzahl, die sich aus der Anzahl der von der „Renesas Electronics Europe“ zur Verfügung gestellten Fahrzeuge ergibt.

Sollte die Nachfrage das Angebot übersteigen, treffen die betreuenden Hochschullehrer die Entscheidung über die Teilnahme der einzelnen InteressentInnen.

In dem Modul Mikroprozessortechnik werden grundlegende Kenntnisse über den Aufbau, Funktionsweise und Anwendung von Mikrocontrollern vermittelt. Am Beispiel der 8-bit RISC Prozessorfamilie AVR von Microchip in einem Roboter werden die Grundprinzipien eines Mikrocontrollers verdeutlicht. Die Vorlesung wird durch ein begleitendes Praktikum ergänzt, in dem ein Roboter entwickelt und in C programmiert wird.

In dem Modul "Elektronikdesign für Weltraumanwendungen" wird das Wissen vermittelt das notwendig ist, um unter Berücksichtigung der Umweltbedingungen einer Weltraumanwendung Elektronik zu entwickeln.
Im Praktikum wird das Erlernte im Rahmen einer weltraumtauglichen Modulentwicklung angewendet.

In dem Modul Raumfahrtsysteme werden grundsätzliche Zusammenhänge zu Raumfahrtsystemen behandelt, wie

• weltraumspezifische Terminologie
• Verständnis des Verhaltens von Satelliten (Umlaufbahnen, Treibstoffbedarf, etc.)
• Weltraumtypische Probleme und deren Lösung
• Grundsätzlicher Aufbau von Satelliten und Satellitensystemen
• Instrumente zur Fernerkundung

Aufbauend auf dem Modul Mikroprozessortechnik werden im Modul Mikrorechnerentwurf komplexere Mikroprozessorkonzepte am Beispiel einer ARM Architektur behandelt. Im Rahmen eines Projektes soll eine ARM basierte Anwendung entwickelt werden.

"Raumfahrtanwendung kommerzieller Sensoren" (gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages (Förderkennzeichen: 50RM1410))

Moderne Sensorsysteme ermöglichen heute bereits zuverlässig die autonome Navigation von PKWs und Drohnen und sind in der Lage das Umfeld genau zu erfassen. Beim Einsatz dieser nicht raumfahrtqualifizierten Sensorsysteme in Weltraumanwendungen ist das Risiko eins Ausfalls oder eines Fehlers wesentlich höher als bei Systemen, welche für die Raumfahrt qualifiziert wurden. Dennoch besteht der Wunsch, diese nicht raumfahrtqualifizierten Sensorsysteme auch in Raumfahrtanwendungen zu verwenden.

In dem Vorhaben „Raumfahrtanwendung kommerzieller Sensoren – RAKS“ wurden neuartige nicht raumfahrtqualifizierte Sensoren (häufig „commercial of the shelf“ oder COTS genannt) für Raumfahrtanwendungen untersucht. In diesem Vorhaben wurden zur Kombination vier verschiedenartige Sensoren für die Entfernungsmessung ausgewählt: Ein FMCW-Radarsensor, ein PMD-Sensor, ein TOF-Sensor und zwei Kameras welche als Stereokamera fungieren.

Die für dieses Vorhaben ausgewählten Sensoren zur Entfernungsmessung decken eine möglichst große Bandbreite unterschiedlicher Messprinzipien ab. Die konkrete Auswahl der einzelnen Sensoren hing letztendlich nicht nur von deren Leistungsfähigkeit, sondern auch von ihrer Verfügbarkeit sowie deren Kosten und ihres Formfaktors ab.

Elektronische Bauelemente jeglicher Bauart sind im Weltraum direkt der kosmischen Strahlung ausgeliefert, da es kein schützendes Erdmagnetfeld gibt, welches zumindest einen Teil der Strahlung von terrestrischen Applikationen abhält.

Ein großes Ausfallrisiko stellen sogenannte Einzelereigniseffekte (Single-Event-Effects - SEE) dar. Darunter versteht man eine Gruppe von Einzelionen-korrelierten Ausfallmechanismen wie etwa den Single-Event-Latchup (SEL) oder den Single-Event-Burnout (SEB).

In einem Vorgängerprojekt wurde gezeigt, dass mithilfe eines Diodenlaseraufbaus SEEs und vor allem der das Bauteil zerstörende SEL reproduzierbar im Versuchsobjekt erzeugt werden können.

In LUNTE2 werden wir diese Kenntnisse und Kompetenzen im Hinblick auf die Erzeugung von SEE in Mikrocontrollern anwenden und untersuchen, inwieweit Schlussfolgerungen bzgl. der Strahlungsfestigkeit aus Laseruntersuchungen abgeleitet werden können. Weiterhin wollen wir die Technik der laserbasierten Charakterisierung erstmals auf Leistungshalbeiter, insbesondere Superjunction-MOSFETs (CoolMOS) anwenden. Im Unterschied zu anderen publizierten Untersuchungen werden wir die Ergebnisse der ortsaufgelösten Laseruntersuchungen mit ortsauflösenden Ionenbestrahlungsexperimenten vergleichen – die geplanten Ionenstrahlexperimente werden auf ortsaufgelöster Einzelionenbestrahlung basieren und der zur Verfügung stehende Energien in einem weiten Spektrum variiert werden. Durch die ortsaufgelöste Ionenbestrahlung erhoffen wir uns sehr viel genauere Vergleichsmöglichkeiten zwischen den Laser- und Ionenbestrahlungsexperimenten.

Ortsaufgelöste Ionenbestrahlungen werden für hohe Energien am Beschleuniger der GSI in Darmstadt und für niedrigere Energien am Helmholtzzentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) durchgeführt.

Somit werden im Vorhaben drei Ansätze ortsaufgelöster Charakterisierung von SEE miteinander verglichen:

• Laserbestrahlung – kostengünstig, im Labor realisierbar, einfacher Zugang

• Ortsaufgelöste Ionenbestrahlung mit Ionen hoher Energie an der GSI – aufwändig, stark limitierter Zugang

• Ortsaufgelöste Ionenbestrahlung mit Ionen niedriger Energie am HZDR – mittlerer Aufwand, guter auch regelmäßiger Zugang möglich.

Letztendlich sollen die Ergebnisse dieses Vorhabens so zu einem klareren Verständnis bezüglich der Einsatzmöglichkeiten der Lasertechnik in Kombination mit dem Einsatz von Ionenbestrahlung bei SEE-Untersuchungen und damit zu einer fundierteren Einschätzung des Potentials von Laserbestrahlung beitragen.