05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access Prozessbausteine(2014) Eberle, Hanna; Leymann, Frank (Prof. Dr.)Gegenwärtig existierenden Modellierungssprachen und Werkzeugen zur Umsetzung prozessbasierter Anwendungen liegt im Allgemeinen die Annahme eines zur Entwicklungszeit bekannten und in seiner Struktur vollständig ausmodellierten Prozessmodells zugrunde. Für Szenarien, in welchen eine prozessbasierte Anwendung neben stabilen, d.h. zur Modellierungszeit des Prozesses bekannten, auch durch dynamische, d.h. erst zur Anwendungslaufzeit geltende, Rahmenbedingungen beeinflusst wird, ist eine derartige statische Prozessmodellierung nur bedingt geeignet. In diesen Szenarien ist es vielmehr wünschenswert, (i) zur Entwicklungszeit bereits bekannte Prozessteile der Anwendung detailliert ausmodellieren zu können, und diese (ii) zur Laufzeit der Anwendung unter Berücksichtigung der zum Ausführungszeitpunkt geltenden dynamischen Rahmenbedingungen zum vollständigen Prozess der Anwendung zu integrieren. Das im Verlauf dieser Arbeit vorgestellte Konzept der Prozessbausteine setzt an diesem Punkt an und schafft ein Rahmenwerk für die Modellierung und Ausführung prozessbasierter Anwendungen unter Berücksichtigung sowohl stabiler als auch dynamischer Rahmenbedingungen. Kerngedanke des Konzepts ist die Abbildung stabiler Rahmenbedingungen zur Entwicklungszeit in Form teilweise unvollständiger Prozessmodelle, sogenannter Prozessbausteine. Zu einem späteren Zeitpunkt im Lebenszyklus der Anwendung werden diese Prozessbausteine dann, motiviert durch die jeweils geltenden dynamischen Rahmenbedingungen, mit weiteren Prozessbausteinen zum vollständigen Prozessmodell der Anwendung integriert. Zur vollständigen Unterstützung der Entwicklung von Anwendungen auf Grundlage dieses Konzepts umfasst die vorliegende Arbeit die Definition eines Metamodells für sowohl die Modellierung einzelner als auch die Repräsentation integrierter Prozessbausteine, die Beschreibung der Ausführung integrierter Prozessbausteine, sowie die Vorstellung einer Architektur für die Ausführung integrierter Prozessbausteine.Item Open Access Temperaturbestimmung von Lithium Ionen Zellen mittels künstlicher neuronaler Netze basierend auf Daten der elektrochemischen Impedanzspektroskopie(2025) Ströbel, Marco; Birke, Kai Peter (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Improving usability of gaze and voice based text entry systems(2023) Sengupta, Korok; Staab, Steffen (Prof. Dr.)Item Open Access Effiziente Synthese konsistenter Graphen und ihre Anwendung in der Lokalisierung akustischer Quellen(2015) Kreißig, Martin; Yang, Bin (Prof. Dr.-Ing.)In dieser Arbeit wird das Problem der simultanen, akustischen Mehrquellenlokalisierung in echobehafteten Umgebungen genauer betrachtet und daran beispielhaft die Anwendungsmöglichkeit der Synthese konsistenter Graphen gezeigt und analysiert. Dafür werden die Grundlagen der akustischen Lokalisierung eingeführt und unterschiedliche Ansätze vorgestellt. Im Besonderen werden die laufzeitdifferenzbasierten Lokalisierungsverfahren betrachtet, die das Problem der uneindeutigen Zuweisung der Laufzeitdifferenzen zu den Quellen haben. Anhand dieses konkreten Anwendungsbeispiels der Lokalisierung wird die Problematik auf ein graphentheoretisches Problem abstrahiert. Deshalb werden zunächst die graphentheoretischen Grundlagen und bereits bekannte Algorithmen, wie die Tiefen- und Breitensuche eingeführt, die beide einen aufspannenden Baum suchen. Der aufspannende Baum ist notwendig, um die Menge der fundamentalen Maschen zu bestimmen. Die Synthese konsistenter Graphen erfolgt durch das Zusammenführen der konsistenten fundamentalen Maschen. Dabei unterscheidet man folgende Vorgehensweisen: die Synthese voll konsistenter Graphen, die jeder Kante des Eingangsgraphen ein konsistentes Kantengewicht zuweisen und die Synthese partiell konsistenter Graphen, die nur eine Teilmenge von Kanten beinhalten. Beide Vorgehensweisen basieren auf den konsistenten fundamentalen Maschen, welche die Nullsummenbedingung erfüllen. Die Synthese voll konsistenter Graphen wird über ein Backtracking-Verfahren realisiert. Die Synthese partiell konsistenter Graphen wird aus dem Kompatibilitäts-Konflikt-Graph abgeleitet, der ein neuer Typus von Graph ist und die drei unterschiedlichen Zustände zwischen den konsistenten fundamentalen Maschen beschreibt: 1) zwei konsistente Maschen haben keine gemeinsame Kanten, 2) zwei konsistente Maschen haben gemeinsame Kanten und identische Kantengewichte (kompatibel) und 3) zwei konsistente Maschen haben gemeinsame Kanten und unterschiedliche Kantengewichte (Konflikt). Um alle möglichen, partiell konsistenten Graphen zu synthetisieren, wird der neue Algorithmus CCGsearch eingeführt und auf Vollständigkeit bewiesen. Die Berechnungskomplexitäten der beiden Syntheseverfahren werden sowohl analytisch hergeleitet als auch durch Simulationen verifiziert.Item Open Access Strukturelle Eigenschaften von Cu(In,Ga)(Se,S)2 Dünnschichten(2003) Kötschau, Immo Michael; Werner, Jürgen H. (Prof. Dr. rer. nat. habil.)In Cu(In,Ga)(S,Se)2-Dünnfilmen treten, je nach Wachstum, auf natürliche Weise teilweise recht große Zusammensetzungsgradienten auf. Einerseits wurde an In-reichem Material eine Cu-arme Oberflächendefektschicht entdeckt, andererseits sorgt die Dynamik Cu-reicher Wachstumsprozesse für einen über die gesamte Schichtdicke veränderlichen Ga- oder S-Gehalt. Die gezielte Beeinflussung der tiefenabhängigen Konzentration von Ga und S kann unter anderem dazu genutzt werden, Rekombinationsverluste innerhalb der Solarzelle zu minimieren. Solches "Bandgap-Engineering" führte bereits zu entscheidenden Verbesserungen des Wirkungsgrades von Cu(In,Ga)(S,Se)2-Solarzellen. Für die gezielte quantitative Untersuchung der tiefenabhängigen Zusammensetzung in Dünnfilmen standen bisher ausschließlich nicht zerstörungsfreie Methoden zur Verfügung. Insbesondere können die mit Sputtermethoden erzielten Tiefenprofile der Zusammensetzung aufgrund des Sputterprozesses selbst stark fehlerbehaftet sein. Wegen dieser Problematik entwickelt diese Arbeit eine alternative Methode. Es hat sich gezeigt, dass sich Röntgenbeugungsspektren von Cu(In,Ga)(S,Se)2-Dünnfilmen, gemessen unter streifendem Einfall (Grazing Incidence X-Ray Diffraction; GIXRD), korrekt mittels eines Schichtenabsorptionsmodells, in welchem über die Absorption gewichteter Anteile aus unterschiedlich tiefen Schichten das Beugungsspektrum als Summe über alle Schichten berechnet wird, beschreiben lassen. Eine quantitative Auswertung von Strukturdaten, insbesondere die Verfeinerung von Zusammensetzungstiefenprofilen, ist damit möglich. Um die Gültigkeit der Modellierung einzugrenzen, erfolgte die Betrachtung und ausführliche Diskussion aller in der Praxis vorkommender apparate- und probenspezifischer Effekte. Während die Wechselwirkung von Oberflächenrauigkeiten und Brechung durch einfache Transformationen zu kompensieren sind, können beispielsweise tiefenabhängige Unterschiede der bevorzugten Orientierung Probleme aufwerfen, wenn über ihre Tiefenabhängigkeit keine Daten vorliegen. Prinzipiell ist jedoch die Untersuchung der Einflüsse aller Eingangsparamter, seien sie apparatebedingt oder durch die Probe selbst verursacht, möglich, solange alle übrigen Parameter bekannt sind. Eine eindeutige Verfeinerung von Tiefenprofilen muss dabei immer die Voraussetzung erfüllen, dass ein und derselbe Eingangsparametersatz gleichzeitig alle unter verschiedenen Einfallswinkeln gemessenen Spektren hinreichend genau beschreibt. Die Verfeinerung von Zusammensetzungstiefenprofilen erfolgt praktisch durch den Vergleich gemessener und simulierter Spektren, wobei dies in der jetzigen Fassung des dafür entwickelten Simulationsprogrammes (Thin Film X-Ray Diffraction Absorption Utility; TFXDAU) interaktiv geschieht. Die Eindeutigkeit der Anpassung hängt vom Umfang der a priori zur Verfügung stehenden Eingangsparameter ab. Liegen beispielsweise aufgrund des Wachstumsprozesses Informationen über mögliche Tiefenprofile bereits vor, lassen sich geeignete Modellfunktionen (Diffusionsprofile, Stufenfunktionen etc.) schrittweise durch vergleichende Simulationen anpassen. So gelang es, einen mehrstufigen S-Se-Gradienten des Anionen-Untergitters in einer Cu(In,Ga)(S,Se)2-Schicht detailgenau nachzuweisen. Die Veränderungen, die sich dabei gegenüber dem mit Sekundärionen-Massenspektrometrie gemessenen Tiefenprofil ergaben, ließen sich auf Messartefakte zurückführen, die der Sputterprozess selbst verursacht hat. Ebenso war ein In-Ga-Gradient im Kationen-Untergitter einer Cu(In,Ga)Se2-Schicht mit einer Tiefenauflösung von unter 50nm nachzuweisen. Die Gradierungen erstrecken sich dabei immer über die ganze Schichtdicke. In diesem Sinne erreicht diese Arbeit ihr eigentliches Ziel: die Entwicklung einer Methode, mit der die Tiefenabhängigkeiten der strukturellen Eigenschaften, welche auf das Engste mit den elektronischen Eigenschaften (Verlauf der Bandkanten) in Verbindung stehen, zu bestimmen sind. Als "Nebenprodukt" eignet sich diese Modellierung dazu, die integralen Ga- und S-Gehalte an homogenen Proben bis auf 2% genau zu bestimmen. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass die Möglichkeiten des Schichtenabsorptionsmodells noch nicht ausgeschöpft sind. Oberflächennahe Zusammensetzungsgradienten zeigen in Beugungsspektren, die unter kleinsten Einfallswinkeln gemessen werden, noch deutliche Auswirkungen. Die Existenz der immer wieder ins Spiel gebrachten Cu-armen Oberflächendefektschicht war mit Hilfe der Modellierung Cu-armer Oberflächen eindeutig nachzuwiesen. Überdies ließ sich ein Zusammenhang zwischen integralem Cu-Gehalt und der mittleren Dicke der Cu-armen Oberflächendefektschicht belegen.Item Open Access Modeling the interface between morphology and syntax in data-driven dependency parsing(2016) Seeker, Wolfgang; Kuhn, Jonas (Prof. Dr.)When people formulate sentences in a language, they follow a set of rules specific to that language that defines how words must be put together in order to express the intended meaning. These rules are called the grammar of the language. Languages have essentially two ways of encoding grammatical information: word order or word form. English uses primarily word order to encode different meanings, but many other languages change the form of the words themselves to express their grammatical function in the sentence. These languages are commonly subsumed under the term morphologically rich languages. Parsing is the automatic process for predicting the grammatical structure of a sentence. Since grammatical structure guides the way we understand sentences, parsing is a key component in computer programs that try to automatically understand what people say and write. This dissertation is about parsing and specifically about parsing languages with a rich morphology, which encode grammatical information in the form of words. Today’s parsing models for automatic parsing were developed for English and achieve good results on this language. However, when applied to other languages, a significant drop in performance is usually observed. The standard model for parsing is a pipeline model that separates the parsing process into different steps, in particular it separates the morphological analysis, i.e. the analysis of word forms, from the actual parsing step. This dissertation argues that this separation is one of the reasons for the performance drop of standard parsers when applied to other languages than English. An analysis is presented that exposes the connection between the morphological system of a language and the errors of a standard parsing model. In a second series of experiments, we show that knowledge about the syntactic structure of sentence can support the prediction of morphological information. We then argue for an alternative approach that models morphological analysis and syntactic analysis jointly instead of separating them. We support this argumentation with empirical evidence by implementing two parsers that model the relationship between morphology and syntax in two different but complementary ways.Item Open Access Active electronic loads for radiometric calibration(2017) Weissbrodt, Ernst; Kallfass, Ingmar (Prof. Dr.)Although radiometer systems are widely applied in very different fields, they all have one important requirement in common: They require a thorough radiometric calibration. Various conventional calibration references are well established, but their bulkiness, high power consumption, and complexity are limiting the expanding fields of application. Since novel industrial applications such as passive millimeter-wave imaging emerge, the requirements for calibration references have increased drastically. But also in scientific fields like radio astronomy, cosmology or environmental monitoring, modern remote sensing radiometers do not rely only on conventional references anymore. In this work, millimeter-wave monolithic integrated circuits (MMICs) based on metamorphic high electron mobility transistors (mHEMT) were designed to be used as active electronic loads for radiometric calibration. These novel references have not only the outstanding property, that they can be directly integrated on chip-level into the radiometer front-end, but also, that they can exhibit cold as well as hot reference noise temperatures. Since this is achieved without any physical cooling or heating, the power consumption is notably reduced. By monolithic integration of field effect transistor (FET) switches, theses multiple references can internally be routed to the receiver input without any mechanical wear. As a result, laborious external references can be omitted and the repetition rate of the calibration procedure increased, which results in a higher radiometric accuracy and allows a more compact and cost-effective design of modern radiometer systems. This work presents the first radiometric calibration front-end that allows to internally switch between active electronic cold and active electronic hot loads, as well as a passive ambient load. All components are integrated on a single MMIC, and a patent was granted for this innovation. To predict the achievable noise temperatures of active cold loads (ACLs), different simulation approaches were previously published. This work evaluates and adapts these existing approaches to design and manufacture several W-band loads. But the required design-flow was found to be very time-consuming because multiple iterations are necessary to successively design and optimize the input- and output matching networks, and to finally achieve the desired low noise temperature. Therefore, a novel simulation approach is introduced that makes efficiently use of modern optimization algorithms and the very accurate model library of the mHEMT technology and the passive structures. With this novel simulation method, the first active hot loads (AHLs) were designed as well as state-of-the-art ACLs up to 140 GHz. However, the characterization of low-noise one-port devices is particularly challenging, especially at such high frequencies. Hence, a substantial part of this work is to investigate the reliability of different noise measurement setups and the repeatability of noise temperature results. Dedicated setups in W- and D-band are used to characterize all manufactured active loads and some selected results are cross-checked by measuring the same circuits with independently designed measurement systems of other research facilities. The discrepant results are discussed, concluding that high variations in measured one-port noise temperature do not allow to rely on one single measurement setup. At the same time, this thorough investigation and comparison permits to establish an accuracy range within which the results of the manufactured active electronic loads are reliable, whereas other previously published ACLs are typically only measured with one measurement setup.Item Open Access The German boundary tones: categorical Perception, perceptual magnets, and the perceptual reference space(2012) Schneider, Katrin; Dogil, Grzegorz (Prof. Dr.)This thesis experimentally analyzes the perception of prosodic categories in German, using the two German boundary tones L% and H% postulated by German phonology. These two boundary tone categories were selected because they constitute the least disputed tonal contrast. In many languages, in German as well, the contrast between the low (L%) and the high (H%) boundary tone corresponds to a contrast in sentence mode. The low boundary tone is interpreted as a statement and the high boundary tone as a question. For all experiments presented in this thesis it is hypothesized that the different perception of L% and H% as statement versus question, respectively, can be attributed to a contrast between two prosodic categories, i.e. to Categorical Perception. The basis for this hypothesis is the observation that the sentence mode of a syntactically ambiguous utterance can only be determined by the height of its boundary tone. Assuming the existence of the two proposed boundary tone categories two experimental designs that can be used to confirm categories, perceptual differences inside a category or perceptual differences between categories are presented. These two designs are the test for the Categorical Perception (CP) and the test for the Perceptual Magnet Effect (PME). Originally, both designs were developed to examine perceptual differences in the segmental domain, especially for the evaluation of phoneme categories. Categorical Perception is confirmed when the boundary between these two categories corresponds to the point at which the discrimination performance between two adjacent stimuli is best. If for two speech events the Categorical Perception test is successful then these two events will be confirmed as being categories of the respective language. A Perceptual Magnet Effect includes a warping of the perceptual space towards a prototype of the respective category. Such a warping does not occur towards a non-prototype of the same category. The result of the warping is a significantly lower discrimination performance around the prototype, i.e. the prototype is not or only hard to discriminate from a adjacent stimulus. Such a warping is not found around a non-prototype, although the acoustic difference between a stimulus and the non-prototype is comparable to the acoustic difference between a stimulus and the prototype. For the analyses and the interpretation of the experimental results the Signal Detection Theory (SDT) and the Exemplar Theory are used. Signal Detection Theory postulates that despite similar auditory abilities subjects may differ in their perceptual results because of their individual response criterion. Exemplar Theory proposes that listeners store their perceived instances of speech events in exemplar clouds located in their perceptual space, and that these instances are stored with much phonetic detail. During speech production, the speaker uses these clouds of similar exemplars to produce an instance of a speech event. Thus, speech perception and production are inseparably connected. The more exemplars are stored the more stable a speech category will get. Only stable categories can develop a category center and a Perceptual Magnet Effect. In various studies reaction times were found to be a reliable indicator for the simplicity of a perceptual decision. Thus, in the experiment presented in this thesis reaction times were measured for each individual decision. The results support the already known correlation, i.e. the more simple a perceptual decision is the lower the reaction time will be. To summarize, the results discussed in this thesis support the existence of prosodic categories in general, and especially those of the high and the low boundary tone in German. These two prosodic categories are used to differentiate between the sentence modes statement versus question, but only in case of syntactically ambiguous phrases. Furthermore, the results support the use on Exemplar Theory for speech data. The category of the low boundary tone seems to contain much more exemplars than the category of the high boundary tone as the latter category is less often produced and thus less often perceived than the first one. This results in a clear Perceptual Magnet Effect for the L% category as there enough exemplar are stored to support the development of a category center, and only in the center of a category the PME can occur. For most listeners the H% category contains only a few exemplars which in turn inhibits the development of a Perceptual Magnet Effect there. The logged reaction times support the perceptual findings and reveal the hypothesis that reaction times correlate with the simplicity of a perceptual decision.Item Open Access Test planning for low-power built-in self test(2014) Zoellin, Christian G.; Wunderlich, Hans-Joachim (Prof. Dr. rer. nat. habil.)Power consumption has become the most important issue in the design of integrated circuits. The power consumption during manufacturing or in-system test of a circuit can significantly exceed the power consumption during functional operation. The excessive power can lead to false test fails or can result in the permanent degradation or destruction of the device under test. Both effects can significantly impact the cost of manufacturing integrated circuits. This work targets power consumption during Built-In Self-Test (BIST). BIST is a Design-for-Test (DfT) technique that adds additional circuitry to a design such that it can be tested at-speed with very little external stimulus. Test planning is the process of computing configurations of the BIST-based tests that optimize the power consumption within the constraints of test time and fault coverage. In this work, a test planning approach is presented that targets the Self-Test Using Multiple-input signature register and Parallel Shift-register sequence generator (STUMPS) DfT architecture. For this purpose, the STUMPS architecture is extended by clock gating in order to leverage the benefits of test planning. The clock of every chain of scan flip-flops can be independently disabled, reducing the switching activity of the flip-flops and their clock distribution to zero as well as reducing the switching activity of the down-stream logic. Further improvements are obtained by clustering the flip-flops of the circuit appropriately. The test planning problem is mapped to a set covering problem. The constraints for the set covering are extracted from fault simulation and the circuit structure such that any valid cover will test every targeted fault at least once. Divide-and-conquer is employed to reduce the computational complexity of optimization against a power consumption metric. The approach can be combined with any fault model and in this work, stuck-at and transition faults are considered. The approach effectively reduces the test power without increasing the test time or reducing the fault coverage. It has proven effective with academic benchmark circuits, several industrial benchmarks and the Synergistic Processing Element (SPE) of the Cell/B.E.™ Processor (Riley et al., 2005). Hardware experiments have been conducted based on the manufacturing BIST of the Cell/B.E.™ Processor and shown the viability of the approach for industrial, high-volume, high-end designs. In order to improve the fault coverage for delay faults, high-frequency circuits are sometimes tested with complex clock sequences that generate test with three or more at-speed cycles (rather than just two of traditional at-speed testing). In order to allow such complex clock sequences to be supported, the test planning presented here has been extended by a circuit graph based approach for determining equivalent combinational circuits for the sequential logic. In addition, this work proposes a method based on dynamic frequency scaling of the shift clock that utilizes a given power envelope to it full extent. This way, the test time can be reduced significantly, in particular if high test coverage is targeted.Item Open Access Computational modelling of coreference and bridging resolution(2019) Rösiger, Ina; Kuhn, Jonas (Prof. Dr.)