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Im Rahmen des Kontinentalen Tiefbohrprogramms der Bundesrepublik Deutschland (KTB) wurde im September 1987 in der Oberpfalz bei Windischeschenbach mit der Vorbohrung begonnen, die im Frühjahr des letzten Jahres bei einer Tiefe von 4000m erfolgreich abgeschlossen wurde. Mit der in diesem Jahr beginnenden Hauptbohrung will man 10 bis 12km tief in das Erdinnere vorstoßen. Nicht nur anhand von Gesteins- und Flüssigkeitsproben, sondern auch mit Hilfe von Meßsonden werden umfangreiche geophysikalische Daten gewonnen. Der Aufsatz beschreibt, wie die magnetische Suszeptibilität von Gesteinen bis ca. 300°C Umgebungstemperatur und einem Druck von 2kbar gemessen wird und die Daten über ein 14km langes Bohrlochkabel von der Sonde zum Steuerrechner übertragen werden.
In diesem Beitrag wird die Funktionsweise und Eigenschaften des IM-Bus der Firma Intermetall erläutert. Dieser geräteinterne Bus wird eingesetzt, wenn eine Ansammlung von Peripheriebausteinen und Signalprozessoren gesteuert, überwacht und parametriert werden muß. Universelle Bussysteme müssen neben einer hohen Datenübertragungsrate auch die Multimaster-Fähigkeit aufweisen.
An der FH Offenburg arbeiten seit Ende 1989 in einem Team die Professoren Dr. Jansen, Dr. Schüssele, die wissenschaftlichen Mitarbeiter Bernd Reinke, Martin Jörger und die Diplomanden Hans Fiesel, Otmar Feißt an dem Entwurf eines Nachrichtenempfängers. Im Rahmen dieses Projekts, genannt GPS-Projekt (GPS = Global Positioning System), wurde im Herbst 1990 ein experimenteller Empfänger in Betrieb genommen. Nachdem die Testergebnisse gezeigt hatten,daß das Konzept der Anlage stimmte, ging es nun um die Miniaturisieriung, Integration und Optimierung der Schaltung. Außerdem sollte der bisher verwendete PC durch einen auf der Platine befindlichen Mikroprozessor ersetzt werden. Im Zusammenhang mit dem GPS-Projekt wurden bisher im Offenburger ASIC-Labor eine Analogschaltung auf einem B500, drei LCA Designs und diverse GAL's entwickelt.
Zur Zeit arbeiten mehrere Diplomanden an der zweiten Generation des Empfängers. Meine Aufgabe besteht darin, die dort noch in drei LCA's untergebrachte digitale Logik sowie einen Teil des bisherigen PC-Interface in einem IMS Gate Forrest zu integrieren. Außerdem muß die Logik von 8 Bit auf einen 16 Bit breiten Datenbus umgestellt und an die neue Peripherie des Mikroprozessors angepasst werden. Damit soll die jetzige Digital-Platine noch weiter verkleinert werden. Wesentlich ist dabei die Umsetzung der zahlreichen Zähler- und Registerstrukturen in einem Gate Forrest. Als Arbeitsmittel stehen Apollo Workstations mit Mentor Software zur Verfügung.
Seit einiger Zeit wird an der Fachhochschule in Offenburg ein Entwicklungsprojekt verfolgt, an dessen Ende ein GPS Empfänger stehen soll. Dabei handelt es sich um einen Satellitenempfänger, mit dem weltweit eine genaue dreidimensionale Standortbestimmung durchgeführt werden kann. Für diesen Empfänger sollte ein Großteil der Analogschaltung, bestehend aus ZF Verstärker, Costas Loop Synchrondemodulator und Pegeldetektor, in das Transistorarray B500a von AEG intgriert werden. Das Chipdesign wurde im Labor für ASIC Design an der FH Offenburg während des Wintersemesters 1990/91 erstellt. Gefertigt wurde der Chip von der Firma AEG in Ulm, wobei die Fertigungszeit des ASIC 6 Wochen betragen hat.
Die Fachhochschule Offenburg bietet seit dem Wintersemester 1990/91 den Studenten des Fachbereichs Nachrichtentechnik das Wahlpflichtfach ASIC-Design an. Schon kurz nach der Errichtung des ASIC-Design-Centers im Frühjahr 1990 ermöglicht sie damit künftigen Ingenieuren eine Ausbildung in einem Bereich, der in der modernen Schaltungsentwicklung nicht mehr wegzudenken ist.
Als Grenztaster und zur Erfassung kleinster Wege werden in der Industrie induktive Wegaufnehmer in Meßvorrichtungen eingesetzt. Die Verwendung diskret aufgebauter Elektronik verursacht hierbei neben erheblichem Raumbedarf auch unakzeptabel hohe Kosten. Daher entschloß man sich zur Entwicklung einer in den Aufnehmer integrierten Elektronik. Eine Prüfung der auf dem Markt angebotenen ICs deckt jedoch die Forderungen für diesen Anwendungsbereich nicht ab. Dieser Beitrag erläutert den Schaltungsentwurf und das Layout eines ASICs, der an der FH Offenburg für diesen Anwendungsbereich entwickelt wurde und befaßt sich besonders mit dem integrierten Vierquadranten-Multiplizierer.
An investigation is underway regarding the usefulness of altazimuth-mounting telescopes' incorporation of laser gyros for pointing and fiber gyros with extremely small random-walk coefficient for telescope inertial stabilization during tracking. A star tracker is expected to help stabilize long-term gyro bias. Gyro and telescope specifications have been derived by means of computer simulations and systems analyses.
Digitaler Phasenreglerkreis mit numerisch gesteuertem Oszillator als LCA-Microcontroller Kombination
(1992)
Am Beispiel einer Schrittmotor-Indexerschaltung wird der effektive Einsatz von konfigurierbaren Logic Cell Arrays in Zusammenwirkung mit einem Mikrokontroller demonstriert, wobei die hohe Arbeitsgeschwindigkeit des LCAs den Bereich der Schaltung übernimmt und im Regelkreis die arithmetrische Berechnung durchführt. Die Konfiguration des LCA aus dem EPROM des Controllers führt zu einer ungewöhnlichen Flexibilität des Entwurfs und ermöglicht zahlreiche andere Anwendungen mit dieser Architektur.
Zur Erkennung bestimmter Fehler, wie zum Beispiel Ätzfehler, Oberflächen-Fremdkörper, Verschmutzungen, bei der Leiterplattenherstellung ist eine Echtfarben-Bildverarbeitung notwendig, über die hier ein Überblick gegeben wird. Zur Farbsegmentierungs sind verschiedene Methoden geeignet, die einmal im Rot-Grün-Blau-Raum oder im HSI-Raum (Hue, Saturation, Intensity - Färbung, Sättigung, Intensität) untersucht und verglichen werden. Clusterfindungsverfahren und Lookup-Tabelle bereiten Schwierigkeiten bei der Erfassung der Farbkanten, zum Beispiel der Kante zwischen dem Kupfer und dem Beschichtungsmaterial. Hier hilft ein geeigneter Algorithmus, der mit Vorsegmentierung arbeitet. Eine Verfeinerung ist mit Hilfe von Kantenfiltern möglich, zum Beispiel das Color-Sobel-Magnitude-Filter.
Die Fachhochschule Offenburg bietet den Studenten des Fachbereichs Nachrichtentechnik seit Ende 1990 das Wahlfach "Entwicklung integrierter Anwenderschaltkreise (ASIC)" an. Ziel des Wahlfachs ist es, den Studenten Grundkenntnisse im Entwurf eines ASIC's zu vermitteln, und wie im folgenden Beitrag aufgezeigt, die Möglichkeit zu bieten, den gesamten Entwurfszyklus von der Schaltungsentwicklung bis hin zur Fertigungsmaske zu durchlaufen.
Bei thermischen Konvektionsströmungen ist der Einfluß von Geometrie und Randbedingungen für die Strömungsform und den konvektiven Wärmetransport von wesentlicher Bedeutung. Mit Hilfe der optischen Strömungsmeßtechnik (Differentialinterferometrie) wurde die freie Konvektion in einem quaderförmigen Behälter mit seitlicher Beheizung untersucht. Der Aufbau und die Experimente werden beschrieben. Die quantitative Auswertung von Dichte- und Temperaturfeldern aus den Differentialinterferogrammen wird aufgezeigt und der Einfluß unterschiedlicher Randbedingungen wie feste und freie Oberfläche auf die Strömungsform und den Wärmetransport dargelegt. Die eingesetzte Differentialinterferometrie zeigt aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit an die jeweiligen Versuchsbedingungen und durch den einfachen Aufbau spezifische Vorteile gegenüber dem Mach-Zehnder Interferometer.
In Verbindung mit geeigneten Sensoren, können Korrelatoren aus völlig regellosen Signalströmen hochpräzise Daten gewinnen. Diese Meßgeräte werden zur Messung von Durchflüssen, Mengenströmen und Geschwindigkeiten benötigt. Durch die Geschwindigkeitssteigerung bei Rechnern und deren Preisverfall werden Korrelatoren nicht mehr wie in der Vergangenheit nur im Bereich der Forschung und der Entwicklung eingesetzt, sondern in zunehmendem Maße auch als Betriebsmeßgeräte.
Beim Betrieb von Maschinen mit großen Trägheitsmomenten treten bei Asynchronmaschinen mit Käfigläufer als Antriebsmotor teilweise Probleme beim Hochlauf des Aggregats auf. Es werden Maßnahmen zur Verbesserung des Anlaufs erläutert sowie mit Hilfe von Näherungsrechnungen und Simulationen untersucht. Aus den Simulationsergebnissen lassen sich Voraussagen über das Gelingen des Hochlaufs und die Tauglichkeit verschiedener Hilfsmaßnahmen ableiten.
Lange Erfahrungen der Autoren im Lehrfach Mathematik haben die Notwendigkeit gezeigt, den Studierenden eine praktische Möglichkeit der Prüfungsvorbereitung zu bieten. Die Betroffenen können sich durch die Beschäftigung mit qualifizierten mathematischen Aufgaben auf Klausuren und Prüfungen vorbereiten.
Im Unterschied zu Lehrbüchern, die mit theoretischen Grundlagen ausführlich diskutieren, werden diese in dem vorliegenden Werk zu Beginn eines jeden Kapitels kurz zusammengefaßt. Das Schwergewicht liegt hier auf den Aufgaben mit Prüfungsniveau und deren Lösungswegen, die ausführlich beschrieben werden. Grundlegende Definitionen und Sätze werden kurz wiederholt und anhand einiger Beispiele erläutert. Es folgen Aufgaben mit Musterlösungen. Wo es möglich ist, werden auch alternative Lösungswege diskutiert. So ist dieses Werk eine ideale Ergänzung zu mehr theoretisch ausgerichteten Lehrbüchern.
Ein beachtlicher Teil der eingesandten Zeugnisse waren Zwischenzeugnisse. Auch die Einsender von Endzeugnissen fügten oft früher ausgestellte Zwischenzeugnisse bei. Dabei wurde oft die Frage gestellt, auf welche Aussagen und mit welcher Priorität in Verhandlungen mit dem Arbeitgeber besonderer Wert zu legen sei.
Mit zunehmend komplexer werdenden Schaltungen wachsen auch die Anforderungen an die Entwicklung einer entsprechenden Leiterplatte. Mit der BOARD-Station von MENTOR-Graphics können professionelle Leiterplatten entwickelt werden.
Im Rahmen dreier Entwicklungsprojekte an der Fachhochschule Offenburg wurden mehrere aufwendige Layoutentwürfe mit der BOARD-Station in verschiedenen Diplomarbeiten durchgeführt. Im Folgenden wird über die dabei gewonnenen Erfahrungen berichtet.
Erstellen von Hardmakros und Aufbau einer Zellbibliothek unter Verwendung des ES2-Library-Kits
(1993)
Es wird eine Anleitung zur Erstellung von Hardmakros mit der Mentor-Graphics-Software gegeben. Die Hardmakros werden mit Standardzellen aus der ES2-Bibliothek der Firma EUROCHIP aufgebaut. Die Hardmakros werden in eine eigenständige Bibliothek abgelegt und können in neuen Chip-Designs verwendet werden.
Für die Implementation in ASIC's wurde ein kompakter Mikroprozessor-Kernel als Standardzellen-Makro entworfen. Durch konsequenten Einsatz von Hochsprachen und CAE-Werkzeugen (VHDL, Synthese) konnte ein vollständiges Design in nur vier Monaten durchgeführt werden. Der Prozessor wird in einem Testchip erprobt.