Das INT bietet interessierten Studierenden die Möglichkeit, ihre Abschlussarbeiten in zukunftsorientierten Forschungsprojekten im Bereich der integrierten elektrischen und photonischen Schaltungsentwicklung zu absolvieren.
Aktuelle Arbeiten/Current topics
Art der Arbeit
- Schaltungsentwurf
- Konzeptvergleich
- Theoretische Untersuchungen
Aufgabenstellung
Künstliche Neuronale Netze (NN) haben in den letzten Jahren eine zunehmende Verbreitung gefunden. Für den dezentralen Einsatz, bei der die Rechenleistung und die daraus resultierende Leistungsaufnahme sehr begrenzt ist, werden daher neue Hardwareimplementierungen benötigt. Einen vielversprechenden Ansatz zur Effizienzsteigerung stellt die analoge statt der üblichen digitalen Berechnung einzelner Signale im neuronalen Netzwerk dar. Im Vergleich zu digitalen Schaltungen ist die Leistungsfähigkeit analoger Schaltungen deutlich sensitiver in Bezug auf Prozess- bzw. Parameterschwankungen. Beim Entwurf solcher Schaltungen ist es daher essentiell, diese Schwankungen zu berücksichtigen, um ein robustes Design zu erhalten. In dieser Arbeit soll daher erforscht werden, in welchem Maß Parameterschwankungen Einflüsse auf die Funktion des vorhandenen Grundkonzepts haben. Des Weiteren sind Verfahren zur Reduzierung der Auswirkungen lokaler Parameterschwankungen der Bauelemente auf die Inferenzfähigkeit des Netzwerks zu untersuchen.
Voraussetzungen
- Engagierte Arbeitsweise
- Lösungsorientierte Denkweise
- Kenntnisse in analogen Schaltungen
Ansprechpartner
Type of work
- Theoretical investigation on characteristics of travelling wave electrodes
- Creating calculation scripts in MATLAB
- 3D Simulation of travelling wave electrodes in CST
Description of Work
Optical communication provides high bandwidths to deal with today’s demand of increasing data rates. One limiting factor of using these bandwidths is the modulation of light with Mach-Zehnder modulators (MZM). In an MZM based on the plasma dispersion effect the light is modulated in a pn-junction by applying a radio frequency signal on travelling wave electrodes. Designing an MZM mostly leads to a trade-off between modulation intensity of the light and maximum electrical bandwidth of the electrodes, while the size of the modulator has to be considered. The main part of this thesis is to investigate different topologies of travelling wave electrodes. The design and calculation of new travelling wave electrode topologies shall take place in MATLAB. The results shall then be verified by 3D simulations in CST. In the end, a comparison between all investigated topologies shall be created.
The thesis may be prepared in English or German.
Requirements
- Knowledge of transmission line theory
Contact
![Quadrature Coupler (c) [1]](https://www.int.uni-stuttgart.de/dokumente/studentische-arbeiten/FA-MA_Ta_DeMmWaQu_Abb.png?__scale=w:1000,h:1000,q:100,t:3 "Quadrature Coupler (c) [1]")
Type of work
- Layout design of coupler structures
- Electromagnetic (EM) field simulation
- Optimization
Description of Work
This project aims for the design of an on-chip differential quadrature coupler. A recently published coupler design [1] serves as a starting point. A similar coupler shall be designed and dimensioned for the target semiconductor technology and a frequency around 50 GHz. The coupler layout is analysed by means of electromagnetic (EM) field simulation in Keysight ADS Momentum. The coupler shall be characterized in terms of bandwidth, orthogonality, …
Basic knowledge in the design and dimensioning of mm-wave passives is beneficial.
[1]: Jiayue Wan, Zhiming Chen, Qiang An, and Xinghua Wang, "A Truly Balanced Q-Band CMOS Frequency Doubler Based on Hybrid Quadrature Coupler" in IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, VOL. 27, NO. 2, FEBRUARY 2017
Requirements
- Knowledge in design of RFcomponents (transmission lines, inductors, couplers, …)
Contact
Type of Work
- Practical Work in our CAD Lab
- Design Key Circuit Diagrams
- Implement Schematics with High-Performance SiGe-HBTs
- Verify Designs by Time- and Frequency-Domain Simulations
Description of Work
We combine the high data rate of a flash ADC with the higher resolution of a pipeline concept. In this thesis, you will design key components for both parts in a high-performance SiGe BiCMOS technology that is not yet commercially accessible. A sampling front-end and clock driver is already available.
Additional components include, but are not limited to, comparators, buffer amplifiers and a digital encoder in current-mode logic. You will optimize your design through simulations and gather profound knowledge of time- and frequency- domain analysis. Upon completion of the circuit schematic, it can be tested for robustness with corner and mismatch simulations.
This work provides insights into the design processes that you find in semiconductor industry or research institutions all over the world and prepares for a career in these areas. The master thesis can be prepared in English or German language.
Favored Skills & Interests
- Experience with Circuit Design & Simulation Tool (best: Cadence Virtuoso)
- Integrated Mixed-Signal Circuits
- Basic Transistor Amplifiers
- Interest in High-Frequency Electronics
Contact
Integrated Circuit Design of an Optoelectronic Receiver Front-End in Fiber-Optic Communications (MA)
Type of Work
- Practical Work in our CAD Lab
- Design Key Circuits or a Complete Optoelectronic System
- Implement IC-Schematics with Electronic & Photonic components
- Verify Designs by Time- and Frequency-Domain Simulations
Description of Work
In an experimental attempt, we use a process technology from IHP that combines photonic elements like photodiodes and waveguides and fast electronic components like SiGe bipolar transistors to build an optimized optoelectronic receiver front-end. This should reduce both optical and highfrequency electronic losses in the interface significantly. The topic of this thesis is the integration of a design for the electronic 1:4 demultiplexer (see Fig.) with SiGe bipolar
transistors into the electronic-photonic IC (EPIC) process technology. Furthermore, the current source of the electronic IC should be replaced by a high-bandwidth photodiode.
This work provides insights into the design processes of semiconductor industry and research institutions all over the world and prepares for a career in these areas. The master thesis can be prepared in English or German language.
Your Skills & Interests
- Experience with Circuit Design & Simulation Tool (LTSpice, PSpice, Spectre / Cadence Virtuoso, etc.)
- Basic Knowledge of Integrated Mixed-Signal Circuits & Transistor Amplifiers
- Interest in High-Frequency Electronics & Optoelectronics
Contacts
Art der Arbeit
- Simulation und Optimierung eines integrierten Gitterkopplers
- Messungen
Aufgabenstellung
Zu Beginn des neuen Forschungsprojekts wird im Rahmen dieser Arbeit untersucht, welche Probleme durch die Kopplung über die Chiprückseite entstehen. Dafür werden Messungen von bereits gefertigten Gitterkopplern und Simulationen angefertigt und ausgewertet, um Lösungsansätze zu finden. In enger Absprache mit dem IMS CHIPS und unter Berücksichtigung des Fertigungsprozesses wird ein erster optimierter Entwurf zur Kopplung über die Rückseite erstellt.
Voraussetzungen
- Interesse an neuen Entwicklungen im Bereich der Photonik
- Eigenständige Arbeitsweise
Ansprechpartner
Art der Arbeit
- Schaltungsentwurf/Simulation
- Theoretische Untersuchungen
- Konzeptvergleiche
- Simulation und Optimierung eines integrierten Gitterkopplers
Aufgabenstellung
Im Rahmen der Arbeit, welche in Kooperation mit Herrn Dr. Volkmer vom 3. Physikalischen Institut stattfindet, soll zunächst eine systematische Untersuchung des Gesamtsystems erfolgen, um entsprechende Anforderungen für die Subkomponenten zu definieren. Dazu wird das Systemmithilfe von VerilogA-Modellen aufgebaut und simuliert. Im zweiten Teil der Arbeit soll eine der kritischen Subkomponenten (z.B. der LNA oder der Mischer) anhand der zuvor definierten Anforderungen auf Transistorebene als Schaltplan in Cadence Virtuoso entworfen werden. Die Frequenz des Eingangssignals beträgt ca. 20 MHz.
Voraussetzungen
- Gute Kenntnisse über analoge CMOS-Schaltungen (z.B. VST I+II, CDNSC)
Ansprechpartner
- Sebastian Kelz
- Dr. A. Volkmer (3. Phys. Inst., PWR 57)
Art der Arbeit
- Schaltungsentwurf/Simulation
- Theoretische Untersuchungen
- Konzeptvergleiche
Aufgabenstellung
Als Ausgangsbasis soll zunächst ein Modell für die Photdiode und das beobachtete Ausgangssignal als Schaltplan in Cadence entwickelt werden. Anschließend sind verschiedene mögliche Topologien zur Subtraktion des Störsignals zu recherchieren und zu vergleichen. Hierbei ist insbesondere das Rauschverhalten zu betrachten. Anhand dieser Recherchen soll eine Schaltung als Schaltplan auf Transistorebene ungesetzt werden, die das Eingangssignal der Photodiode verstärkt ausgibt, wobei das Störsignal möglichst gut zu unterdrücken ist. Je nach Fortschritt der Arbeit kann zudem eine Schaltung entwickelt werden, die die Amplitude und Phasenlage des bekannten Störsignals an die Anforderungen der Verstärkerschaltung anpasst. Der Entwurf erfolgt in Cadence Virtuoso in 65 nm CMOS.
Voraussetzungen
- Gute Kenntnisse über analoge CMOS-Schaltungen (z.B. VST I oder CDNSC)
- Forschergeist
Ansprechpartner
Art der Arbeit
- Schaltplan- und Layoutentwurf mit Cadence-Virtuoso
- Simulation
Aufgabenstellung
Zunächst erfolgt eine Einarbeitung in die Funktionsweise von Linearreglern. Im Anschluss erfolgt der Schaltungs- und Layoutentwurf einschließlich Simulation mit Cadence in einer 350 nm CMOS-Technologie. Beim Layout sind besondere Anforderungen an die hohe Stromaufnahme zu beachten. Für präzise und temperaturunabhängige Spannungen eignen sich Bandabstandsreferenzschaltungen mit Temperaturkompensation. Optional können zur Bestimmung der Messgrößen Analog-Digital-Umsetzer mit z.B. 10 bit Auflösung entworfen werden.
Voraussetzungen
- Grundlagen Integrierter Schaltungen
- Integrierte Mischsignalschaltungen
- Verstärkertechnik I
- Empfohlen: Cadence-Kenntnisse aus Fachpraktikum oder vergleichbar
Ansprechpartner
Art der Arbeit
- Schaltungsentwurf / Simulation
- Analyse des Rauschverhaltens
Aufgabenstellung
- Erarbeitung des Stands der Technik und der Grundkonzepte zeitbasierter Eingangsstufen.
- Systematische Untersuchung einer Topologie bezüglich des Rauschverhaltens und der Linearität.
- Schaltplanentwurf für eine Topologie in Cadence Virtuoso.
- Vergleich der Ergebnisse mit den vorhandenen Ergebnissen einer klassischen Eingangsstufe.
Voraussetzungen
- Eigenverantwortliche Arbeitsweise
- Grundkenntnisse des analogen Schaltungsentwurfs
Ansprechpartner
Art der Arbeit
- Schaltungsentwurf
- Maskenentwurf
Aufgabenstellung
Für den Multiplexerkern existiert bereits ein erster Entwurf. Das Layout des Kerns soll fortgeführt werden, wobei auf geringe parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten zu achten ist, um eine hohe Bandbreite zu erreichen. Außerdem sind Takttreiber und -Teiler zu entwerfen, sowie ein Ausgangsverstärker. Je nach Art und Umfang der Arbeit kann der Schaltplan- und/oder Layoutentwurf einer Teilkomponente durchgeführt werden. Die schnellen Schaltungsteile werden in einer modernen BiCMOS-Technologie in differentieller Stromschaltertechnik entworfen.
Voraussetzungen
- Integrierte Mischsignalschaltungen
- Verstärkertechnik
- Fachpraktikum „Grundlagen Integrierter Schaltungen”
Ansprechpartner
Art der Arbeit
- Schaltungsentwurf
- Entwurf passiver Komponenten und Spulen
- Simulation und Optimierung
Aufgabenstellung
Ziel dieser Arbeit ist der Entwurf eines breitbandigen linearen Ausgangsverstärkers. Dabei soll insbesondere eine gute Ausgangsanpassung an 50 Ohm erreicht werden. Eine Möglichkeit besteht im Einsatz einer T-Coil-Struktur am Ausgang, wobei gekoppelte Spulen eine hohe Bandbreite und gute Anpassungermöglichen sollen. Auch andere Ansätze sind denkbar. In der Arbeit soll eine einfache Ausgangsstufe in einer modernen Bipolartechnologie entworfen werden. Dazu gehört insbesondere der Entwurf von passiven Ausgangsstrukturen und Spulen und deren elektromagnetische Feldsimulation mit ADS Momentum. In einer Literaturrecherche sollen die Grundlagen der T-Coil Technik erarbeitet werden
Voraussetzungen
- Kenntnisse im Schaltungsentwurf
- Solide Kenntnisse in Analogschaltungen
Ansprechpartner
Objectives
- CMOS RF Switch
- Design
- Time-Division Duplexing Solutions
- Development and dimensioning of a input & output matching circuit
- Simulation and optimization
- EM simulation of the passive devices
Task
The thesis covers the following tasks:
- Comparison of TX/RX Switch Topologies in 5-6 GHz frequency band
- Design of CMOS RF switch
- Characterization, modelling and simulation of the passive devices
- Develop input & output matching to realize a wideband LNA and PA
Requirements
- Basic knowledge in high frequency circuit design or related courses
- Lectures “IMS” and “PDIC” are recommended
Contact
Art der Arbeit
- Verstärkerentwicklung
- Theoretische Untersuchung des Rauschverhaltens
Aufgabenstellung
Die grundsätzliche Anwendbarkeit des Verfahrens in Ladungsverstärker-ähnlichen Systemen wird in demonstriert. Ziel der Arbeit ist es, die potentielle Reduzierung der Rauschleistung durch die Umschaltung des Arbeitspunkts mit den durch diese hervorgerufenen, zusätzlichen Störungen zu vergleichen. Dazu sollen zunächst die Grundlagen des Verfahrens erarbeitet werden. Hauptteil der Arbeit ist die Entwicklung eines integrierten Ladungsverstärkers, der das Verfahren einsetzt. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Minimierung und Quantifizierung der durch das Umschalten des Arbeitspunkts hervorgerufenen zusätzlichen Störungen.
Voraussetzungen
- Grundkenntnisse Verstärkertechnik
- Grundkenntnisse Halbleiterphysik
Ansprechpartner
Art der Arbeit
- Simulation von passiven integrierten photonischen Bauelementen
- Design und Dimensionierung der Bauelemente auf Maskenebene
- Vergleich der Simulationen mit selbstdurchgeführten Messungen
Aufgabenstellung
Für die ersten Versuche im Si3N4-Materialsystem sollen die drei passiven Komponenten einmodiger Wellenleiter, Gitterkoppler und 3dB-Signalteiler bei verschiedenen Wellenlängen untersucht und simuliert werden. Anschließend sollen die untersuchten Bauelemente dimensioniert und ein Layout mit den resultierenden Geometrien mithilfe der Software Cadence entworfen werden. Vergleichsmessungen sollen bei rechtzeitiger Fertigung des photonischen Chips die Simulationen verifizieren und Optimierungsmöglichkeiten aufzeigen. Außerdem soll eine Literaturrecherche gängige Detektionsmechanismen aus der integrierten Photonik vorstellen. Erste Teststrukturen mit Ringresonatoren können im Anschluss entworfen werden.
Voraussetzungen
- Interesse an neuen Entwicklungen im Bereich der Photonik
- Grundlagen in Optoelektronik, Halbleitertechnologieoder Optik wünschenswert
- Vorkenntnisse in der Siliziumphotonik von Vorteil
- Selbstständige Arbeitsweise
Ansprechpartner
Legende: BA: Bachelorarbeit, FA: Forschungsarbeit, MA: Masterarbeit
Neben den hier aufgelisteten Themen bieten wir auch kurzfristig Arbeiten zu unseren aktuellen Forschungsgebieten an. Teilweise können Masterarbeiten auch in abgespeckter Form als Bachelor- oder Forschungsarbeit durchgeführt werden. Die abgeschlossenen Arbeiten bieten Ihnen ebenfalls Überblick über das weite Themensprektrum des Instituts.Sprechen Sie bei Interesse einfach unsere Mitarbeiter an.
Die Projekte erfolgen in enger Zusammenarbeit mit renommierten nationalen und internationalen Forschungsinstitutionen und bieten Studierenden optimale Voraussetzungen, um ihre im Studium angeeigneten Fachkenntnisse an konkreten und praxisnahen Aufgabenstellungen einzusetzen und darüber hinaus anwendungsorientiert zu vertiefen. Spannende theoretische und praktische Aufgaben, die gemeinsam mit erfahrenen Doktoranden und Post-Docs erarbeitet werden, bieten hervorragende fachliche als auch persönliche Entfaltungsmöglichkeiten für den weiteren Berufsweg.
Abgeschlossene Arbeiten/Completed theses
2018
- “Integrierter polarisationsteilender Gitterkoppler mit festem Glasfaseranschluss,” Bachelorarbeit, no. 1054.
- “Untersuchung und Entwurf von Schnittstellen und Schutzkonzepten gegen elektrostatische Entladungen für 28-nm-CMOS-Schaltungen,” Bachelorarbeit, no. 1045.
- “Redesign of an LNA for 5 GHz to 6 GHz Band,” Studienarbeit, no. 1051.
- “Integrierte Wellenleiter-Fotodiode basierend auf laserkristallisierten Germaniumschichten,” Bachelorarbeit, no. 1056.
- “Entwicklung eines logarithmischen Verstärkers mit mehr als 80 dB Dynamikumfang,” Bachelorarbeit, no. 1041.
- “Entwurf eines analogen 4:1-Multiplexers mit sehr hoher Bandbreite in einer 130 nm BiCMOS Technologie,” Forschungsarbeit, no. 1047.
- “Evaluation eines echtzeitfähigen digitalen Korrekturverfahrens für einen Analog/Digital-Umsetzer,” Bachelorarbeit, no. 1040.
- “Design of a High-Speed Clock Regeneration Circuit for a 128 GS/s Analog Demultiplexer,” Masterarbeit, no. 1048.
- “Extrem rauscharmer Ladungsverstärker für schnellste Staubteilchen,” Forschungsarbeit, no. 1043.
- “Entwurf und Optimierung eines rücksetzbaren, strahlungsharten Taktteilers mit Fehlerdetektion und zugehörigen Komponenten,” Bachelorarbeit, no. 1044.
- “Optimierung einer automatischen Verstärkungsregelung in einer 130 nm CMOS-Technologie,” Forschungsarbeit, no. 1039.
- “Simulation von Sub-Wellenlängen-Wellenleitern,” Bachelorarbeit, no. 1052.
- “Design and Implementation of a DRP Component for Multi-Input and Multi-Output MMCM of Xilinx 7 Series and Virtex-6 FPGA,” Masterarbeit, no. 1055.
- “Operationsverstärkerschaltung zur Messung von Strömen im Nanoampere-Bereich,” Forschungsarbeit, no. 1042.
- “Charakterisierung von Polymer-Deckschichten in integrierten Silizium-Hybrid-Modulatoren,” Masterarbeit, no. 1046.
- “Integration von Laserdioden in integriert-optische Systeme,” Masterarbeit, no. 1053.
- “Physikalischer Entwurf eines schnellen CMOS-Rechenwerks für einen Analog-Digital-Umsetzer,” Forschungsarbeit, no. 1049.
2017
- “Circuit for Calibration of a Fast Digital-to-Analog Converter in a 28 nm Technology,” Studienarbeit, no. 1034.
- “Entwurf eines schnellen CMOS-Rechenwerkes für einen Analog/Digital-Umsetzer,” Bachelorarbeit, no. 1020.
- “Entwurf eines Treibers für GaN-FETs in einem Klasse-G Modulator,” Masterarbeit, no. 1029.
- “Realisierung eines integriert-optischen Sensors zur selektiven Blei-Ionen-Detektion,” Bachelorarbeit, no. 1021.
- “Vergleichsstudie von Schaltungskonzepten für einen analogen 2:1 Multiplexer in einer SiGe BiCMOS-Technologie,” Forschungsarbeit, no. 1026.
- “Design of a Programmable Gain Amplifier for Millimeter–Wave Applications,” Masterarbeit, no. 1027.
- “Rauschuntersuchungen und Fehleranalyse eines integrierten 27MHz GmC Bandpassfilters.,” Bachelorarbeit, no. 1025.
- “Entwurf eines limitierenden Verstärkers für 27 MHz in einer 130 nm CMOS Technologie,” Bachelorarbeit, no. 1030.
- “Studie zu einem rauscharmen Ladungsverstärker mit anpassbarer Eingangsstufe,” Forschungsarbeit, no. 1036.
- “Optimization of a 100 GS/s 1-to-4 Analog Demultiplexer,” Masterarbeit, no. 1023.
- “Entwurf eines breitbandigen linearen Verstärkers mit einstellbarem Frequenzgang,” Bachelorarbeit, no. 1033.
- “Design and Layout of Fast, Bipolar CML Logic Gates in a 130 nm BiCMOS technology,” Studienarbeit, no. 1018.
- “Laserkristallisation von Germanium für Infrarot-Fotodioden,” Forschungsarbeit, no. 1037.
- “Realisierung einer kompakten optischen Faserschnittstelle für die integrierte Photonik,” Forschungsarbeit, no. 1017.
- “Entwicklung eines breitbandigen Taktpfades mit einstellbarer Phasenlage für über 64 GHz in einer 28 nm CMOS Technologie,” Masterarbeit, no. 1019.
- “Entwurf einer Ansteuerschaltung zur stabilen Arbeitspunkteinstellung optischer Modulatoren,” Bachelorarbeit, no. 1028.
- “Entwurf analoger Schaltungskomponenten für einen Faltungs- und Interpolations-Analog/Digital-Umsetzer,” Masterarbeit, no. 1022.
- “Entwurf einer Referenzspannungsregelung für einen Analog/Digital-Umsetzer,” Masterarbeit, no. 1016.
- “Entwicklung eines Zeit-/Digitalumsetzers auf FPGA-Basis,” Forschungsarbeit, no. 1035.
- “Design of a DRP Component for MMCM of Xilinx 7 Series and Virtex-6 FPGA,” Forschungsarbeit, no. 1031.
- “Charakterisierung von Wanderwellenelektroden für optische Siliziummodulatoren,” Masterarbeit, no. 1024.
- “Bandbreitenoptimierung von Gitterkopplern,” Forschungsarbeit, no. 1015.
- “Entwicklung und Aufbau eines Gerätes zur Synchronisation von Zeit-/Digitalumsetzern,” Forschungsarbeit, no. 1032.
Weitere Informationen zu Bachelor-, Forschungs- und Masterarbeiten
