Suchergebnis: Katalogdaten im Frühjahrssemester 2015
Elektrotechnik und Informationstechnologie Master | ||||||
Fächer der Vertiefung Insgesamt 42 KP müssen im Masterstudium aus Vertiefungsfächern erreicht werden. Der individuelle Studienplan unterliegt der Zustimmung eines Tutors. | ||||||
Communication | ||||||
Empfohlene Fächer Diese Fächer sind eine Empfehlung. Sie können Fächer aus allen Vertiefungsrichtungen wählen. Sprechen Sie mit Ihrem Tutor. | ||||||
Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
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252-0286-00L | System Construction Findet dieses Semester nicht statt. The course will be offered again in the autumn semester 2015. | W | 4 KP | 2V + 1U | keine Angaben | |
Kurzbeschreibung | Main goal is teaching knowledge and skills needed for building custom operating systems and runtime environments. Relevant topics are studied at the example of sufficiently simple systems that have been built at our Institute in the past, ranging from purpose-oriented single processor real-time systems up to generic system kernels on multi-core hardware. | |||||
Lernziel | The lecture's main goal is teaching of knowledge and skills needed for building custom operating systems and runtime environments. The lecture intends to supplement more abstract views of software construction, and to contribute to a better understanding of "how it really works" behind the scenes. | |||||
Inhalt | Case Study 1: Embedded System - Safety-critical and fault-tolerant monitoring system - Based on an auto-pilot system for helicopters Case Study 2: Multi-Processor Operating System - Universal operating system for symmetric multiprocessors - Shared memory approach - Based on Language-/System Codesign (Active Oberon / A2) Case Study 3: Custom designed Single-Processor System - RISC Single-processor system designed from scratch - Hardware on FPGA - Graphical workstation OS and compiler (Project Oberon) Case Study 4: Custom-designed Multi-Processor System - Special purpose heterogeneous system on a chip - Masssively parallel hard- and software architecture based on message passing - Focus: dataflow based applications | |||||
Skript | Printed lecture notes will be delivered during the lecture. Slides will also be available from the lecture homepage. | |||||
Computers and Networks | ||||||
Kernfächer Diese Fächer sind besonders Empfohlen, um sich in "Computers and Networks" zu vertiefen. | ||||||
Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
227-0558-00L | Principles of Distributed Computing | W | 6 KP | 2V + 2U + 1A | R. Wattenhofer | |
Kurzbeschreibung | We study the fundamental issues underlying the design of distributed systems: communication, coordination, fault-tolerance, locality, parallelism, self-organization, symmetry breaking, synchronization, uncertainty. We explore essential algorithmic ideas and lower bound techniques. | |||||
Lernziel | Distributed computing is essential in modern computing and communications systems. Examples are on the one hand large-scale networks such as the Internet, and on the other hand multiprocessors such as your new multi-core laptop. This course introduces the principles of distributed computing, emphasizing the fundamental issues underlying the design of distributed systems and networks: communication, coordination, fault-tolerance, locality, parallelism, self-organization, symmetry breaking, synchronization, uncertainty. We explore essential algorithmic ideas and lower bound techniques, basically the "pearls" of distributed computing. We will cover a fresh topic every week. | |||||
Inhalt | Distributed computing models and paradigms, e.g. message passing, shared memory, synchronous vs. asynchronous systems, time and message complexity, peer-to-peer systems, small-world networks, social networks, sorting networks, wireless communication, and self-organizing systems. Distributed algorithms, e.g. leader election, coloring, covering, packing, decomposition, spanning trees, mutual exclusion, store and collect, arrow, ivy, synchronizers, diameter, all-pairs-shortest-path, wake-up, and lower bounds | |||||
Skript | Available. Our course script is used at dozens of other universities around the world. | |||||
Literatur | Lecture Notes By Roger Wattenhofer. These lecture notes are taught at about a dozen different universities through the world. Distributed Computing: Fundamentals, Simulations and Advanced Topics Hagit Attiya, Jennifer Welch. McGraw-Hill Publishing, 1998, ISBN 0-07-709352 6 Introduction to Algorithms Thomas Cormen, Charles Leiserson, Ronald Rivest. The MIT Press, 1998, ISBN 0-262-53091-0 oder 0-262-03141-8 Disseminatin of Information in Communication Networks Juraj Hromkovic, Ralf Klasing, Andrzej Pelc, Peter Ruzicka, Walter Unger. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2005, ISBN 3-540-00846-2 Introduction to Parallel Algorithms and Architectures: Arrays, Trees, Hypercubes Frank Thomson Leighton. Morgan Kaufmann Publishers Inc., San Francisco, CA, 1991, ISBN 1-55860-117-1 Distributed Computing: A Locality-Sensitive Approach David Peleg. Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM), 2000, ISBN 0-89871-464-8 | |||||
Voraussetzungen / Besonderes | Course pre-requisites: Interest in algorithmic problems. (No particular course needed.) | |||||
227-0678-00L | Sprachverarbeitung II "Sprachverarbeitung II" findet im Frühjahr 2015 zum letzten Mal statt. | W | 6 KP | 2V + 2U | B. Pfister | |
Kurzbeschreibung | Interdisziplinäre Ansätze zur Sprachsynthese und -erkennung (aufbauend auf Vorlesung Sprachverarbeitung I) | |||||
Lernziel | In diesem Kurs werden ausgewählte Konzepte und interdisziplinäre Lösungsansätze behandelt, die heute in der Sprachsynthese und in der Spracherkennung erfolgreich eingesetzt werden. | |||||
Inhalt | Grundlagen zur Darstellung und Anwendung linguistischen Wissens: Einführung in die Theorie der formalen Sprachen, Chomsky-Hierarchie, das Wortproblem, endliche Automaten, Parsing. Sprachsynthese: Analyse natürlicher Sprache (Wörter und Sätze), Lexika, Grammatik für natürliche Sprache; Produktion der abstrakten Darstellung der Aussprache (Lautfolge, Akzente, Sprechgruppen). Zudem wird das ETH-Sprachsynthesesystem SVOX erläutert. Spracherkennung: Der statistische Ansatz mit Hidden-Markov-Modellen wird eingehend behandelt: Grundlegende HMM-Algorithmen (Forward-, Viterbi- und Baum-Welch-Algorithmus), Implementationsprobleme, HMM-Training, Ganz- vs. Teilwortmodellierung, Einzelworterkenner, Erkennung kontinuierlicher Sprache, statistische und regelbasierte Beschreibung von Wortfolgen. | |||||
Skript | Es wird das folgende Lehrbuch verwendet: "Sprachverarbeitung - Grundlagen und Methoden der Sprachsynthese und Spracherkennung", B. Pfister und T. Kaufmann, Springer Verlag, ISBN: 978-3-540-75909-6 | |||||
Voraussetzungen / Besonderes | Voraussetzungen: Sprachverarbeitung I. | |||||
Empfohlene Fächer Diese Fächer sind eine Empfehlung. Sie können Fächer aus allen Vertiefungsrichtungen wählen. Sprechen Sie mit Ihrem Tutor. | ||||||
Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
227-0116-00L | VLSI I: von Architektur zu hochintegrierter Schaltung und FPGA | W | 7 KP | 5G | H. Kaeslin, N. Felber | |
Kurzbeschreibung | Diese erste Lehrveranstaltung aus einer dreisemestrigen Vorlesungsreihe befasst sich mit dem Entwurf von Algorithmen und leistungsfähigen Hardware-Architekturen im Hinblick auf ihre Realisierung als ASIC oder mit FPGAs. Im Zentrum steht der Front-End Design mit HDLs sowie automatischer Synthese zur Erzeugung funktionssicherer Schaltungen. | |||||
Lernziel | Hochintegrierte Schaltungen (VLSI chips), Anwendungsspezifische Integrierte Schaltungen (ASIC) sowie Field-Programmable Gate-Arrays (FPGA) verstehen. Ihren inneren Aufbau kennen und passende Einsatzgebiete identifizieren können. Beherrschen des Front-End Designs vom Architekturentwurf bis zu Netzlisten auf Gatterniveau. Modellierung und Simulation von Digitalschaltungen mit VHDL oder SystemVerilog. Gewährleisten des korrekten Verhaltens mithilfe von Simulation, Testbenches, und Assertions. Einsatz automatischer Synthesewerkzeuge zur Erzeugung funktionssicherer VLSI und FPGA Schaltungen. Sammeln von praktischen Erfahrungen mit der Hardwarebeschreibungssprache VHDL sowie mit industriellen Werzeugen zur Entwurfsautomatisierung (EDA). | |||||
Inhalt | Die Lehrveranstaltung befasst sich mit Systemaspekten beim Entwurf von hochintegrierten Schaltungen (VLSI) und mit komplexen programmierbaren Bausteinen (FPGA). Behandelt werden: - Übersicht über Entwurfsmethoden und Fabrikationstiefen. - Abstraktionsniveaus der Schaltungsmodellierung. - Aufbau und Konfiguration kommerzieller feldprogrammierbarer Bausteine. - Design Flows für VLSI und FPGA. - Spezialisierte und general purpose Architekturen im Vergleich. - Erarbeiten von Architekturen zu gegebenen Algorithmen. - Optimierung von Durchsatz, Schaltungsgrösse und Energieeffizienz mithilfe von Architekturumformungen. - Hardware-Beschreibungssprachen und zugrundeliegende Konzepte. - VHDL und SystemVerilog im Vergleich. - VHDL (IEEE Norm 1076) zur Schaltungssimulation und -synthese. - Das dazu passende neunwertige Logik-System (IEEE Norm 1164). - Register-Transfer-Level (RTL) Synthese und ihre Grenzen. - Baublöcke digitaler VLSI Schaltungen. - Techniken zur funktionalen Verifikation und ihre Grenzen. - Modulare, weitgehend wiederverwendbare Testbenches. - Assertion-basierte Verifikation. - Evaluation synchroner und asynchroner Schaltungstechniken. - Ein Plädoyer für synchrone Schaltungstechnik. - Periodische Ereignisse und das Anceau Diagramm. - Fallstudien und Beispiele, Vergleich von ASICs mit Mikroprozessoren, DSPs und FPGAs. In den Übungen wird eine digitale Schaltung in VHDL modelliert und eine Testbench für Simulationszwecke geschrieben. Anschliessend werden Netzlisten für VLSI-Schaltungen und FPGAs synthetisiert. Es gelangt ausschliesslich kommerzielle Software führender Anbieter zur Anwendung. | |||||
Skript | Lehrbuch und alle weiteren Unterlagen in englischer Sprache. | |||||
Literatur | H. Kaeslin: "Top-Down Digital VLSI Design, from Architectures to Gate-Level Circuits and FPGAs", Elsevier, 2014, ISBN 9780128007303. | |||||
Voraussetzungen / Besonderes | Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Digitaltechnik. Prüfungen: Schriftlich im Anschluss an das Vorlesungssemester (FS). Prüfungsaufgaben sind in Englisch vorgegeben, Antworten werden auf Deutsch oder Englisch akzeptiert. Weiterführende Informationen: Link | |||||
227-0126-00L | Advanced Topics in Networked Embedded Systems Number of participants limited to 12. | W | 2 KP | 1S | O. Saukh, J. Beutel, L. Thiele | |
Kurzbeschreibung | The seminar will cover advanced topics in networked embedded systems. A particular focus are cyber-physical systems and sensor networks in various application domains. | |||||
Lernziel | The goal is to get a deeper understanding on leading edge technologies in the discipline, on classes of applications, and on current as well as future research directions. | |||||
Inhalt | The seminar enables Master students, PhDs and Postdocs to learn about latest breakthroughs in wireless sensor networks, networked embedded systems and devices, and energy-harvesting in several application domains, including environmental monitoring, tracking, smart buildings and control. Participants are requested to actively participate in the organization and preparation of the seminar. | |||||
227-0198-00L | Wearable Systems II: Design and Implementation | W | 6 KP | 4G | G. Tröster | |
Kurzbeschreibung | Integrationskonzepte und -Technologien mobiler Computer in der Kleidung. Textile Sensoren: Dehnung, Druck, Temperatur; EKG, EMG neue Substrate (eTextile, Smart Textile), organisches Material (Folien) Leistung und Energie in Wearable Systemen. Ökonomische Randbedingungen Bewertung und Konzeption von Forschungsinstitutionen, -Projekten und -Anträgen | |||||
Lernziel | Um Wearable Computer auch kommerziell erfolgreich in Kleidung integrieren zu können, sind neben innovativen Aufbau- und Kommunikationstechnologien auch ökonomische und ethische Aspekte zu berücksichtigen. Wir werden folgende Themen behandeln: > Textile Sensoren: Dehnung, Druck, Temperatur; EKG, EMG, ... > Aufbautechnologien: neue Substrate (eTextiles, Smart Textile), organisches Material (Folien), > Leistung und Energie in mobilen Systemen. > Privatheit Mit einem Businessplan wollen wir die Kommerzialisierung unserer 'Wearable Computers' durchexerzieren. Die Veranstaltung findet - unterstützt durch ein wiki-System - als Seminar statt, in dem unter dem Aspekt 'Konzeption eines Forschungsprojektes' die genannten Themen behandelt werden. Ensprechend der ETH-Initiative 'Critical Thinking' werden wir Implementierungskonzept auch in Bezug auf ihren sozialen und wissenschafdtlichen Kontext analysieren. Dabei wechseln sich Präsentationen, Workshops und Diskussionen ab. Anstelle einer mündlichen Prüfung kann eine schriftliche Arbeit in Form eines Forschungsplans verfasst werden. | |||||
Inhalt | Um Wearable Computer auch kommerziell erfolgreich in Kleidung integrieren zu können, sind neben innovativen Aufbau- und Kommunikationstechnologien auch ökonomische und ethische Aspekte zu berücksichtigen. Wir werden folgende Themen behandeln: > Textile Sensoren: Dehnung, Druck, Temperatur; EKG, EMG, ... > Aufbautechnologien: neue Substrate (eTextiles, Smart Textile), organisches Material (Folien), > Leistung und Energie in mobilen Systemen. > Privatheit Mit einem Businessplan wollen wir die Kommerzialisierung unserer 'Wearable Computers' durchexerzieren. Die Veranstaltung findet - unterstützt durch ein wiki-System - als Seminar statt, in dem unter dem Aspekt 'Konzeption eines Forschungsprojektes' die genannten Themen behandelt werden. Ensprechend der ETH-Initiative 'Critical Thinking' werden wir Implementierungskonzepte auch in Bezug auf ihren sozialen und wissenschafdtlichen Kontext analysieren. Dabei wechseln sich Präsentationen, Workshops und Diskussionen ab. Anstelle einer mündlichen Prüfung kann eine schriftliche Arbeit in Form eines Forschungsplans verfasst werden. | |||||
Skript | Für die Kommunikation steht ein wiki-System zur Verfügung; darin enthalten sind Manuskript und Unterlagen zu den Lektionen. Link | |||||
Literatur | Wird in den Vorlesungsunterlagen zur Verfügung gestellt | |||||
Voraussetzungen / Besonderes | Die Veranstaltung findet - unterstützt durch ein wiki-System - als Seminar statt, in dem unter dem Aspekt 'Konzeption eines Forschungsprojektes' die genannten Themen behandelt werden. Ensprechend der ETH-Initiative 'Critical Thinking' werden wir Implementierungskonzepte auch in Bezug auf ihren sozialen und wissenschafdtlichen Kontext analysieren. Dabei wechseln sich Präsentationen, Workshops und Diskussionen ab. Anstelle einer mündlichen Prüfung kann eine schriftliche Arbeit in Form eines Forschungsplans verfasst werden. Es sind keine speziellen Voraussetzungen erforderlich, auch nicht der Besuch der Veranstaltung 'Wearable Systems 1' | |||||
227-0420-00L | Information Theory II | W | 6 KP | 2V + 2U | S. M. Moser | |
Kurzbeschreibung | This course builds on Information Theory I. It introduces additional topics in single-user communication, connections between Information Theory and Statistics, and Network Information Theory. | |||||
Lernziel | The course has two objectives: to introduce the students to the key information theoretic results that underlay the design of communication systems and to equip the students with the tools that are needed to conduct research in Information Theory. | |||||
Inhalt | Differential entropy, maximum entropy, the Gaussian channel and water filling, the entropy-power inequality, Sanov's Theorem, Fisher information, the broadcast channel, the multiple-access channel, Slepian-Wolf coding, and the Gelfand-Pinsker problem. | |||||
Skript | n/a | |||||
Literatur | T.M. Cover and J.A. Thomas, Elements of Information Theory, second edition, Wiley 2006 | |||||
227-0436-00L | Digital Communication and Signal Processing | W | 6 KP | 2V + 2U | A. Wittneben | |
Kurzbeschreibung | A comprehensive presentation of modern digital modulation, detection and synchronization schemes and relevant aspects of signal processing enables the student to analyze, simulate, implement and research the physical layer of advanced digital communication schemes. The course both covers the underlying theory and provides problem solving and hands-on experience. | |||||
Lernziel | Digital communication systems are characterized by ever increasing requirements on data rate, spectral efficiency and reliability. Due to the huge advances in very large scale integration (VLSI) we are now able to implement extremely complex digital signal processing algorithms to meet these challenges. As a result the physical layer (PHY) of digital communication systems has become the dominant function in most state-of-the-art system designs. In this course we discuss the major elements of PHY implementations in a rigorous theoretical fashion and present important practical examples to illustrate the application of the theory. In Part I we treat discrete time linear adaptive filters, which are a core component to handle multiuser and intersymbol interference in time-variant channels. Part II is a seminar block, in which the students develop their analytical and experimental (simulation) problem solving skills. After a review of major aspects of wireless communication we discuss, simulate and present the performance of novel cooperative and adaptive multiuser wireless communication systems. As part of this seminar each students has to give a 15 minute presentation and actively attends the presentations of the classmates. In Part III we cover parameter estimation and synchronization. Based on the classical discrete detection and estimation theory we develop maximum likelihood inspired digital algorithms for symbol timing and frequency synchronization. | |||||
Inhalt | Part I: Linear adaptive filters for digital communication • Finite impulse response (FIR) filter for temporal and spectral shaping • Wiener filters • Method of steepest descent • Least mean square adaptive filters Part II: Seminar block on cooperative wireless communication • review of the basic concepts of wireless communication • multiuser amplify&forward relaying • performance evaluation of adaptive A&F relaying schemes and student presentations Part III: Parameter estimation and synchronization • Discrete detection theory • Discrete estimation theory • Synthesis of synchronization algorithms • Frequency estimation • Timing adjustment by interpolation | |||||
Skript | Lecture notes. | |||||
Literatur | [1] Oppenheim, A. V., Schafer, R. W., "Discrete-time signal processing", Prentice-Hall, ISBN 0-13-754920-2. [2] Haykin, S., "Adaptive filter theory", Prentice-Hall, ISBN 0-13-090126-1. [3] Van Trees, H. L., "Detection , estimation and modulation theory", John Wiley&Sons, ISBN 0-471-09517-6. [4] Meyr, H., Moeneclaey, M., Fechtel, S. A., "Digital communication receivers: synchronization, channel estimation and signal processing", John Wiley&Sons, ISBN 0-471-50275-8. | |||||
Voraussetzungen / Besonderes | Formal prerequisites: none Recommended: Communication Systems or equivalent | |||||
227-0559-00L | Seminar in Distributed Computing | W | 2 KP | 2S | R. Wattenhofer | |
Kurzbeschreibung | In this seminar participating students present and discuss recent research papers in the area of distributed computing. The seminar consists of algorithmic as well as systems papers in distributed computing theory, peer-to-peer computing, ad hoc and sensor networking, or multi-core computing. | |||||
Lernziel | In the last two decades, we have experienced an unprecedented growth in the area of distributed systems and networks; distributed computing now encompasses many of the activities occurring in today's computer and communications world. This course introduces the basics of distributed computing, highlighting common themes and techniques. We study the fundamental issues underlying the design of distributed systems: communication, coordination, synchronization, uncertainty. We explore essential algorithmic ideas and lower bound techniques. In this seminar, students present the latest work in this domain. Seminar language: English | |||||
Inhalt | Different each year. For details see: Link | |||||
Skript | Slides of presentations will be made available. | |||||
Literatur | Papers. The actual paper selection can be found on Link. | |||||
252-0407-00L | Cryptography | W | 7 KP | 3V + 2U + 1A | U. Maurer | |
Kurzbeschreibung | Fundamentals and applications of cryptography. Cryptography as a mathematical discipline: reductions, constructive cryptography paradigm, security proofs. The discussed primitives include cryptographic functions, pseudo-randomness, symmetric encryption and authentication, public-key encryption, key agreement, and digital signature schemes. Selected cryptanalytic techniques. | |||||
Lernziel | The goals are: (1) understand the basic theoretical concepts and scientific thinking in cryptography; (2) understand and apply some core cryptographic techniques and security proof methods; (3) be prepared and motivated to access the scientific literature and attend specialized courses in cryptography. | |||||
Inhalt | See course description. | |||||
Skript | yes. | |||||
Voraussetzungen / Besonderes | Familiarity with the basic cryptographic concepts as treated for example in the course "Information Security" is required but can in principle also be acquired in parallel to attending the course. | |||||
252-0408-00L | Cryptographic Protocols | W | 5 KP | 2V + 2U | U. Maurer, M. Hirt | |
Kurzbeschreibung | The course presents a selection of hot research topics in cryptography. The choice of topics varies and may include provable security, interactive proofs, zero-knowledge protocols, secret sharing, secure multi-party computation, e-voting, etc. | |||||
Lernziel | Indroduction to a very active research area with many gems and paradoxical results. Spark interest in fundamental problems. | |||||
Inhalt | The course presents a selection of hot research topics in cryptography. The choice of topics varies and may include provable security, interactive proofs, zero-knowledge protocols, secret sharing, secure multi-party computation, e-voting, etc. | |||||
Skript | the lecture notes are in German, but they are not required as the entire course material is documented also in other course material (in english). | |||||
Voraussetzungen / Besonderes | A basic understanding of fundamental cryptographic concepts (as taught for example in the course Information Security or in the course Cryptography) is useful, but not required. | |||||
851-0734-00L | Recht der Informationssicherheit | W | 2 KP | 2V | U. Widmer | |
Kurzbeschreibung | Einführung in das Recht der Informationssicherheit für Nicht-Juristen bzw. angehende Entscheidträger von Unternehmen und Behörden, welche sich mit Fragen der Informationssicherheit zu befassen haben (CIO, COO, CEOs). Die Vorlesung behandelt die rechtlichen Aspekte der Sicherheit von ICT-Infrastrukturen und Netzen (Internet) und der transportierten und verarbeiteten Informationen. | |||||
Lernziel | Lernziel ist das Erkennen der Bedeutung und der Ziele der Informationssicherheit und der rechtlichen Rahmenbedingungen, die Kenntnis des rechtlichen Instrumentariums für einen effizienten Schutz von Infrastrukturen und schützenswerten Rechtsgütern sowie die Analyse von allfälligen Regelungslücken und möglicher Massnahmen. Für den Besuch der Vorlesung braucht es keine juristischen Vorkenntnisse. | |||||
Inhalt | Es werden aktuelle branchenspezifische und sektorübergreifende Themen aus dem Spannungsfeld zwischen Technik und Recht aus den Bereichen Datenschutzrecht, Computerdelikte, gesetzliche Geheimhaltungspflichten, Fernmeldeüberwachung (Internet), elektronische Signatur, Haftungsrecht etc. behandelt. | |||||
Skript | Powerpoint-Slides, welche entweder zu Vorlesungsbeginn jeweils abrufbar sind oder in der Vorlesung in Papierform abgegeben werden. | |||||
Literatur | Auf weiterführende Literatur wird jeweils in der Vorlesung hingewiesen werden. | |||||
Electronics and Photonics | ||||||
Kernfächer Diese Fächer sind besonders Empfohlen, um sich in "Electronics and Photonics" zu vertiefen. | ||||||
Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
227-0111-00L | Communication Electronics | W | 6 KP | 2V + 2U | Q. Huang | |
Kurzbeschreibung | Electronics for communications systems, with emphasis on realization. Low noise amplifiers, modulators and demodulators, transmit amplifiers and oscillators are discussed in the context of wireless communications. Wireless receiver, transmitter and frequency synthesizer will be described. Importance of and trade offs among sensitivity, linearity and selectivity are discussed extensively. | |||||
Lernziel | Foundation course for understanding modern electronic circuits for communication applications. We learn how theoretical communications principles are reduced to practice using transistors, switches, inductors, capacitors and resistors. The harsh environment such communication electronics will be exposed to and the resulting requirements on the sensitivity, linearity and selectivity help explain the design trade offs encountered in every circuit block found in a modern transceiver. | |||||
Inhalt | Accounting for more than two trillion dollars per year, communications is one of the most important drivers for advanced economies of our time. Wired networks have been a key enabler to the internet age and the proliferation of search engines, social networks and electronic commerce, whereas wireless communications, cellular networks in particular, have liberated people and increased productivity in developed and developing nations alike. Integrated circuits that make such communications devices light weight and affordable have played a key role in the proliferation of communications. This course introduces our students to the key components that realize the tangible products in electronic form. We begin with an introduction to wireless communications, and describe the harsh environment in which a transceiver has to work reliably. In this context we highlight the importance of sensitivity or low noise, linearity, selectivity, power consumption and cost, that are all vital to a competitive device in such applications. We shall review bipolar and MOS devices from a designer's prospectives, before discussing basic amplifier structures - common emitter/source, common base/gate configurations, their noise performance and linearity, impedance matching, and many other things one needs to know about a low noise amplifier. We will discuss modulation, and the mixer that enables its implementation. Noise and linearity form an inseparable part of the discussion of its design, but we also introduce the concept of quadrature demodulator, image rejection, and the effects of mismatch on performance. When mixers are used as a modulator the signals they receive are usually large and the natural linearity of transistors becomes insufficient. The concept of feedback will be introduced and its function as an improver of linearity studied in detail. Amplifiers in the transmit path are necessary to boost the power level before the signal leaves an integrated circuit to drive an even more powerful amplifier (PA) off chip. Linearized pre-amplifiers will be studied as part of the transmitter. A crucial part of a mobile transceiver terminal is the generation of local oscillator signals at the desired frequencies that are required for modulation and demodulation. Oscillators will be studied, starting from stability criteria of an electronic system, then leading to criteria for controlled instability or oscillation. Oscillator design will be discussed in detail, including that of crystal controlled oscillators which provide accurate time base. An introduction to phase-locked loops will be made, illustrating how it links a variable frequency oscillator to a very stable fixed frequency crystal oscillator, and how phase detector, charge pump and programmable dividers all serve to realize an agile frequency synthesizer that is very stable in each frequency synthesized. | |||||
Skript | Script with slides and notes is available. | |||||
Voraussetzungen / Besonderes | The course Analog Integrated Circuits is recommended as preparation for this course. | |||||
227-0146-00L | Analog-to-Digital Converters | W | 6 KP | 2V + 2U | Q. Huang, T. Burger | |
Kurzbeschreibung | This course provides a thorough treatment of integrated data conversion systems from system level specifications and trade-offs, over architecture choice down to circuit implementation. | |||||
Lernziel | Data conversion systems are substantial sub-parts of many electronic systems, e.g. the audio conversion system of a home-cinema systems or the base-band front-end of a wireless modem. Data conversion systems usually determine the performance of the overall system in terms of dynamic range and linearity. The student will learn to understand the basic principles behind data conversion and be introduced to the different methods and circuit architectures to implement such a conversion. The conversion methods such as successive approximation or algorithmic conversion are explained with their principle of operation accompanied with the appropriate mathematical calculations, including the effects of non-idealties in some cases. After successful completion of the course the student should understand the concept of an ideal ADC, know all major converter architectures, their principle of operation and what governs their performance. | |||||
Inhalt | - Introduction: information representation and communication; abstraction, categorization and symbolic representation; basic conversion algorithms; data converter application; tradeoffs among key parameters; ADC taxonomy. - Dual-slope & successive approximation register (SAR) converters: dual slope principle & converter; SAR ADC operating principle; SAR implementation with a capacitive array; range extension with segmented array. - Algorithmic & pipelined A/D converters: algorithmic conversion principle; sample & hold stage; pipe-lined converter; multiplying DAC; flash sub-ADC and n-bit MDAC; redundancy for correction of non-idealties, error correction. - Performance metrics and non-linearity: ideal ADC; offset, gain error, differential and integral non-linearities; capacitor mismatch; impact of capacitor mismatch on SAR ADC's performance. - Flash, folding an interpolating analog-to-digital converters: flash ADC principle, thermometer to binary coding, sparkle correction; limitations of flash converters; the folding principle, residue extraction; folding amplifiers; cascaded folding; interpolation for folding converters; cascaded folding and interpolation. - Noise in analog-to-digital converters: types of noise; noise calculation in electronic circuit, kT/C-noise, sampled noise; noise analysis in switched-capacitor circuits; aperture time uncertainty and sampling jitter. - Delta-sigma A/D-converters: linearity and resolution; from delta-modulation to delta-sigma modulation; first-oder delta-sigma modulation, circuit level implementation; clock-jitter & SNR in delta-sigma modulators; second-order delta-sigma modulation, higher-order modulation, design procedure for a single-loop modulator. - Digital-to-analog converters: introduction; current scaling D/A converter, current steering DAC, calibration for improved performance. | |||||
Skript | Handouts of the slides will be distributed. | |||||
Literatur | - B. Razavi, Principles of Data Conversion System Design, IEEE Press, 1994 - M. Gustavsson et. al., CMOS Data Converters for Communications, Springer, 2010 - R.J. van de Plassche, CMOS Integrated Analog-to-Digital and Digital-to-Analog Converters, Springer, 2010 | |||||
Voraussetzungen / Besonderes | It is highly recommended to attend the course "Analog Integrated Circuits" of Prof. Huang as a preparation for this course. | |||||
227-0148-00L | VLSI III: Test and Fabrication of VLSI Circuits | W | 6 KP | 4G | N. Felber, H. Kaeslin | |
Kurzbeschreibung | Die letzte der drei Lehrveranstaltungen behandelt die Herstellung von integrierten Schaltungen (IC) in CMOS Technologie, die dabei möglicherweise auftretenden Defekte, sowie vor allem Verfahren und Werkzeuge zum Erkennen von Entwurfsfehlern und Fabrikationsdefekten. | |||||
Lernziel | Beherrschen von Methoden, Software-Werkzeugen und Apparaturen zum testgerechten Entwurf von VLSI Schaltungen, zum Prüfen fabrizierter digitaler ICs, sowie zur physikalischen Analyse im Fehlerfall. Grundwissen über moderne Halbleitertechnologien. | |||||
Inhalt | Diese letzte von drei Vorlesungen geht auf CMOS Fabrikationstechnologie, die Prüfung, die physikalische Analyse und Verpackungstechnik von VLSI Schaltungen ein. Künftige Entwicklungsmöglichkeiten der Mikro- und Nanoelektronik werden ebenfalls aufgezeigt. Behandelt werden: - Auswirkung von Fabrikationsfehlern. - Abstraktion vom physikalischen Fehlermodell zu solchen auf Transistor- und Gatterniveau. - Fehlersimulation an grossen ASICs. - Erzeugung effizienter Testvektoren. - Verbesserung der Testbarkeit durch eingebaute Testmechanismen. - Aufbau und Einsatz von IC-Testern. - Physikalische Analyse von Bauelementen. - Verpackungsprobleme und Lösungen. - Heutige Nanometer CMOS Fabrikationsprozesse (HKMG). - Optische und post-optische Photolithographie. - Mögliche Alternativen zur CMOS Technik und MOSFETs. - Entwicklungsrichtungen für den Schaltungsentwurf. - Industrielle Planungsgrundlagen für die Weiterentwicklung der Halbleitertechnologie (ITRS). In den Übungen werden Softwaretools und ASIC-Testgeräte eingesetzt zur Verifikation der Schaltungen nach deren Fabrikation - so weit vorhanden des eigenen ICs aus der Semesterarbeit im 7. Semester. Physikalische Analysemethoden mit professionellem Equipment (AFM, DLTS) vervollständigen die Ausbildung. | |||||
Skript | Englischsprachiges Vorlesungsskript. Sämtliche Unterlagen in englischer Sprache. | |||||
Voraussetzungen / Besonderes | Voraussetzungen: Grundkenntnisse in digitaler Schaltungstechnik. Weiterführende Informationen: Link | |||||
227-0159-00L | Quantum Transport in Nanoscale Devices | W | 6 KP | 2V + 2U | M. Luisier | |
Kurzbeschreibung | This class offers an introduction into quantum transport theory, a rigorous approach to electron transport at the nanoscale. It covers different topics such as bandstructure, Wave Function and Non-equilibrium Green's Function formalisms, and electron interactions with their environment. Matlab exercises accompany the lectures where students learn how to develop their own transport simulator. | |||||
Lernziel | The continuous scaling of electronic devices has given rise to structures whose dimensions do not exceed a few atomic layers. At this size, electrons do not behave as particle any more, but as propagating waves and the classical representation of electron transport as the sum of drift-diffusion processes fails. The purpose of this class is to explore and understand the displacement of electrons through nanoscale device structures based on state-of-the-art quantum transport methods and to get familiar with the underlying equations by developing his own nanoelectronic device simulator. | |||||
Inhalt | The following topics will be addressed: - Introduction to quantum transport modeling - Bandstructure representation and effective mass approximation - Open vs closed boundary conditions to the Schrödinger equation - Comparison of the Wave Function and Non-equilibrium Green's Function formalisms as solution to the Schrödinger equation - Self-consistent Schödinger-Poisson simulations - Quantum transport simulations of resonant tunneling diodes and quantum well nano-transistors - Top-of-the-barrier simulation approach to nano-transistor - Electron interactions with their environment (phonon, roughness, impurity,...) - Multi-band transport models | |||||
Skript | Lecture slides are distributed every week and can be found at Link | |||||
Literatur | Recommended textbook: "Electronic Transport in Mesoscopic Systems", Supriyo Datta, Cambridge Studies in Semiconductor Physics and Microelectronic Engineering, 1997 | |||||
Voraussetzungen / Besonderes | Basic knowledge of semiconductor device physics and quantum mechanics | |||||
227-0456-00L | High Frequency and Microwave Electronics I Findet dieses Semester nicht statt. | W | 6 KP | 4G | C. Bolognesi | |
Kurzbeschreibung | Understanding of basic building blocks of microwave electronics technology, with a focus on active semiconductor devices. | |||||
Lernziel | Understanding the fundamentals of microwave electronics technology, with emphasis on active components. | |||||
Inhalt | Introduction, microstrip transmission lines, matching, semiconductors, pn-junction, noise, PIN-diode and applications, Schottky diodes and detectors, bipolar transistors and heterojunction bipolar transistors, MESFET physics and properties, high-electron mobility transistors, microwave amplifiers. | |||||
Skript | Script: Mikrowellentechnik and Mikrowellenelektronik, by Werner Bächtold (In German). | |||||
Voraussetzungen / Besonderes | The lectures will be held in English. | |||||
227-0198-00L | Wearable Systems II: Design and Implementation | W | 6 KP | 4G | G. Tröster | |
Kurzbeschreibung | Integrationskonzepte und -Technologien mobiler Computer in der Kleidung. Textile Sensoren: Dehnung, Druck, Temperatur; EKG, EMG neue Substrate (eTextile, Smart Textile), organisches Material (Folien) Leistung und Energie in Wearable Systemen. Ökonomische Randbedingungen Bewertung und Konzeption von Forschungsinstitutionen, -Projekten und -Anträgen | |||||
Lernziel | Um Wearable Computer auch kommerziell erfolgreich in Kleidung integrieren zu können, sind neben innovativen Aufbau- und Kommunikationstechnologien auch ökonomische und ethische Aspekte zu berücksichtigen. Wir werden folgende Themen behandeln: > Textile Sensoren: Dehnung, Druck, Temperatur; EKG, EMG, ... > Aufbautechnologien: neue Substrate (eTextiles, Smart Textile), organisches Material (Folien), > Leistung und Energie in mobilen Systemen. > Privatheit Mit einem Businessplan wollen wir die Kommerzialisierung unserer 'Wearable Computers' durchexerzieren. Die Veranstaltung findet - unterstützt durch ein wiki-System - als Seminar statt, in dem unter dem Aspekt 'Konzeption eines Forschungsprojektes' die genannten Themen behandelt werden. Ensprechend der ETH-Initiative 'Critical Thinking' werden wir Implementierungskonzept auch in Bezug auf ihren sozialen und wissenschafdtlichen Kontext analysieren. Dabei wechseln sich Präsentationen, Workshops und Diskussionen ab. Anstelle einer mündlichen Prüfung kann eine schriftliche Arbeit in Form eines Forschungsplans verfasst werden. | |||||
Inhalt | Um Wearable Computer auch kommerziell erfolgreich in Kleidung integrieren zu können, sind neben innovativen Aufbau- und Kommunikationstechnologien auch ökonomische und ethische Aspekte zu berücksichtigen. Wir werden folgende Themen behandeln: > Textile Sensoren: Dehnung, Druck, Temperatur; EKG, EMG, ... > Aufbautechnologien: neue Substrate (eTextiles, Smart Textile), organisches Material (Folien), > Leistung und Energie in mobilen Systemen. > Privatheit Mit einem Businessplan wollen wir die Kommerzialisierung unserer 'Wearable Computers' durchexerzieren. Die Veranstaltung findet - unterstützt durch ein wiki-System - als Seminar statt, in dem unter dem Aspekt 'Konzeption eines Forschungsprojektes' die genannten Themen behandelt werden. Ensprechend der ETH-Initiative 'Critical Thinking' werden wir Implementierungskonzepte auch in Bezug auf ihren sozialen und wissenschafdtlichen Kontext analysieren. Dabei wechseln sich Präsentationen, Workshops und Diskussionen ab. Anstelle einer mündlichen Prüfung kann eine schriftliche Arbeit in Form eines Forschungsplans verfasst werden. | |||||
Skript | Für die Kommunikation steht ein wiki-System zur Verfügung; darin enthalten sind Manuskript und Unterlagen zu den Lektionen. Link | |||||
Literatur | Wird in den Vorlesungsunterlagen zur Verfügung gestellt | |||||
Voraussetzungen / Besonderes | Die Veranstaltung findet - unterstützt durch ein wiki-System - als Seminar statt, in dem unter dem Aspekt 'Konzeption eines Forschungsprojektes' die genannten Themen behandelt werden. Ensprechend der ETH-Initiative 'Critical Thinking' werden wir Implementierungskonzepte auch in Bezug auf ihren sozialen und wissenschafdtlichen Kontext analysieren. Dabei wechseln sich Präsentationen, Workshops und Diskussionen ab. Anstelle einer mündlichen Prüfung kann eine schriftliche Arbeit in Form eines Forschungsplans verfasst werden. Es sind keine speziellen Voraussetzungen erforderlich, auch nicht der Besuch der Veranstaltung 'Wearable Systems 1' | |||||
151-0172-00L | Devices and Systems | W | 5 KP | 4G | C. I. Roman, A. Hierlemann | |
Kurzbeschreibung | The students are introduced to the fundamentals and physics of microelectronic devices as well as to microsystems in general (MEMS). They will be able to apply this knowledge for system research and development and to assess and apply principles, concepts and methods from a broad range of technical and scientific disciplines for innovative products. | |||||
Lernziel | The students are introduced to the fundamentals and physics of microelectronic devices as well as to microsystems in general (MEMS), basic electronic circuits for sensors, RF-MEMS, chemical microsystems, BioMEMS and microfluidics, magnetic sensors and optical devices, and in particular to the concepts of Nanosystems (focus on carbon nanotubes), based on the respective state-of-research in the field. They will be able to apply this knowledge for system research and development and to assess and apply principles, concepts and methods from a broad range of technical and scientific disciplines for innovative products. | |||||
Inhalt | Introduction to semiconductors, MOSFET transistors Basic electronic circuits for sensors and microsystems Transducer Fundamentals Chemical sensors and biosensors, microfluidics and bioMEMS RF MEMS Magnetic Sensors, optical Devices Nanosystem concepts | |||||
Skript | handouts | |||||
227-0150-00L | Advanced System-on-chip Design: Integrated Parallel Computing Architectures | W | 6 KP | 4G | L. Benini | |
Kurzbeschreibung | The course will cover Digital System-on-Chip architectures: multi-cores, many-cores, GP-GPUs and heterogeneous platforms, with an in-depth view on design tools and methods targeting advanced nanometer-scale technology and system integration options. | |||||
Lernziel | To provide an in-depth understanding of the links and dependencies between architectures and their silicon implementation and to get an exposure to state-of-the-art methodologies for designing complex integrated systems using advanced technologies. Practical experience will also be gained through projects assigned on specific topics. | |||||
Inhalt | The course will cover Digital System-on-Chip architectures, design tools and methods, with an in-depth view on design challenges related to advanced silicon technology and state-of-the-art system integration options (novel storage options, three-dimensional integration, advanced system packaging). The emphasis will be on programmable parallel architectures, namely, multi and many- cores, GPUs, vector accelerators, heterogeneous platforms, and the complex design choices required to achieve scalability and energy proportionality. The course will cover not only circuit, logic and microarchitecture design, but it will also delve into system design, touching on hardware-software tradeoffs and full-system analysis and optimization taking into account non-functional constraints and quality metrics, such as power consumption, thermal dissipation, reliability and variability. | |||||
Skript | Slides will be provided to accompany lectures | |||||
Literatur | D. Patterson, J. Hennessy, Computer Architecture, Fifth Edition: A Quantitative Approach (The Morgan Kaufmann Series in Computer Architecture and Design), 2011. D. Patterson, J. Hennessy, Computer Organization and Design, Fifth Edition: The Hardware/Software Interface (The Morgan Kaufmann Series in Computer Architecture and Design), 2013. | |||||
Voraussetzungen / Besonderes | Knowledge of digital design at the level of "Design of Digital Circuits SS12" is required. Knowledge of basic VLSI design at the level of "VLSI I: Architectures of VLSI Circuits" is required |
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