1 Einleitung

1.1 Lernziele des Moduls

Einblicke in (mikro-)elektronische Systeme
Analyse und Funktion von Halbleiterbauelementen
- Halbleiterphysik
- Modellbildung
- Netzwerkanalyse/-synthese
Anwendung von SPICE in der Schaltunganalyse
- Spezifikation
- Partitionierung
- Design
Einsatz von Entwicklungsboards, Embedded Systems / System-on-Chip (SoC)
- STEMlab von Red Pitaya

1.2 Wissenschaftliches Rechnen / Datenwissenschaft

1.3 EDA Tools

PCB / System Design
IC / Silicon Design

1.4 Betriebssystem (OS) - Werkzeuge (Tools)

1.5 Code Editoren

1.6 Berichtswesen / Laborberichte

quarto
- Manuscripts
LaTeX
LaTeX Editoren
Kollaborative Frameworks
- ShareLaTeX, Online LaTeX
- CoCalc - Online LaTeX
  - ein Service der AcademicCloud
Literaturverwaltung
- Zotero
- Citavi
Datenverarbeitung
- Command-line tools
- Comma-Separated-Values (CSV), Tab-Separated-Values (TSV)
  - csvkit
  - miller
- Pandas
  - Python for Data Analysis
- Spreadsheet (.xlsx, .ods)

1.7 Experimentelle Arbeit - Entwurf elektronischer Systeme

Entwurf eines Transistorkennlinienschreibers (Curve-Tracer)

Verhaltensmodellierung auf Systemebene
Schaltungssimulation mit SPICE
Implementierung mit
- Analog System Lab Kit (ASLK) Pro
- Red Pitaya’s STEMlab 125-14/10
Technische Dokumentation mit quarto

1.8 Reiseaussichten

Dies ist der Beginn eines Prozesses,

besser noch, eines Abenteuers.

1.9 Reiseziele

Mehr über Signale wissen, die in elektronischen Systemen verarbeitet werden.
Schaltungsdiagramme lesen können.
Wissen über grundlegende Blöcke eines Systems aneignen.
Wissen, wie Transistoren arbeiten und in modernen integrierten Technologien hergestellt werden.
Eigenarten der Modellierung mikroelektronischer Bauelemente und der physikalischen und chemischen Prinzipien im Herstellungsprozess kennenlernen.

1.10 Reisebedingungen

Anwendung Ihres Werkzeugkastens. * Grundlagen der Elektrotechnik/Physik

Elektromagnetische Wellen
Angewandte Mathematik und Systemtheorie
Trainingswille
Pioniergeist
Spa{}

Schnallen Sie sich an, die Reise beginnt …

1.11 Halbleiterherstellung (Infineon, Dresden)

1.12 FinFET (Intel)

1.13 TSMC Fab (Next Gen 7/5 nm)

1.14 Sie werden Experte

Leistungsmerkmale.

Hintergrundwissen
- Systemverständnis, Architektur, Herstellungsverfahren, Implementation
Unterbewusste Kompetenz
- Abgespeicherte Erfahrungen aus Erfolgsgeschichten und Misserfolgen
Spezialwissen
- Berufsspezifisches Wissen
Teamwork Haltung
- Kommunikationsfähigkeit, Berichtswesen und technische Präsentation
Kreativität
Tool-Kenntnisse

1.15 Evolution von Produkten

Angetrieben durch Technologieverbesserung
- Kosten (größere Chips, geringere Größe der Merkmale, bessere Ausbeute)
- Leistung (neue Bauteile, höhere Geschwindigkeit, weniger Stromverbrauch)
Angetrieben durch Verbesserung der Entwurfsmethodik
- Architektur (Leistung, Funktionen)
- CAD (Entwicklungskosten, Time-to-Market)
Komplexität der Designs verdoppelt sich jedes Jahr (Moore’s Gesetz)
Rolle von CAD
- Verbesserung der Produktivität von Konstruktionsprozessen
- Reduzierung der Komplexität für den Konstrukteur
- Sicherstellung des ordnungsgemäßen Betriebs der Geräte

1.16 EDA Kompetenz

EDA-Anbieter (Tool-Entwickler)
- Identifikation von Entwurfsaufgaben, Bedarf an Werkzeugen
- Entwicklung von Strategien und Algorithmen
- Implementierung von Software-Werkzeugen
- Verifikation der Stabilität und Funktionalität der Software-Tools
IC-Hersteller
- Entscheidungsplanung, welches Tool die Produktivität steigern könnte
- EDA-Tool-Manager, Installation und Wartung
- Experten für Softwareeinsatz, Anwendung in Produktdesign und -entwicklung
Dozenten und Studenten
- Jobchancen
- Notwendigkeit, auf dem Laufenden zu bleiben

1.17 Design-/Entwurfsmethodik

Full Custom - vollständig manuell: ASIC
- Überwiegend analoge Schaltungen
- Einfache digitale Gatter
- Volle Kontrolle, aber lange Entwicklungszeit (bis zu Jahren)
Semi-custom: ASIC-Fertigung mit Verwendung von vorgefertigten Teilen
- Standardzellen, Makrozellen, IP’s
- Wiederverwendung von vordefinierten Blöcken oder Maskensätzen
- Eingeschränkte Kontrolle/Flexibilität, aber kürzere Entwicklungszeit (bis zu Wochen)
Vollständig automatisiert: Keine Fertigung, reprogrammierbare ASICs
- FPGA, PLA
- Ausschließlich digitale Schaltungen
- Schnelles Prototyping

[1]

arte, Hrsg., „Revolutionär – Ideen, die die Welt veränderten: Das Smartphone“. Zugegriffen: 30. Dezember 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://www.arte.tv/de/videos/122715-006-A/revolutionaer-ideen-die-die-welt-veraenderten/

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