Nachfolgend findet ihr die Vortragsaufträge für eure Präsentationen rund um die CMOS-Technologie. Bitte wählt ein Thema, das euch interessiert. Jeder Vortrag ist auf 20 Minuten ausgelegt und baut idealerweise auf den Grundlagen der CMOS-Technologie auf, die im ersten Vortrag (Gruppe 1) behandelt werden. Die späteren Vorträge müssen nicht erneut tief in die Funktionsweise von NMOS und PMOS einsteigen, sondern können von den in Gruppe 1 und 2 vermittelten Grundlagen ausgehen. Unten findet ihr außerdem das vollständige Bewertungsraster.
Die Vorträge beginnen im nächsten Jahr.
Die Quote aller Bewertungskategorien geht zu gleichen Teilen in die Gesamtnote ein. Das bedeutet, dass die Punkte der Kategorien auf 5 Punkte hochskaliert werden, bevor sie kategorieübergreifend verrechnet werden.
Allgemeine Hinweise für alle Vorträge
Bekanntes Wissen (wird nicht erneut erläutert):
- Die Grundlagen der Aussagenlogik, die Funktionsweise von UND, ODER, NICHT, Implikation und Äquivalenz sowie das Erstellen von Wahrheitstabellen sind euch bereits bekannt und müssen nicht Teil eurer Präsentation sein.
- Grundlagen, die in Gruppe 1 und 2 behandelt werden (z. B. wie NMOS und PMOS in einer CMOS-Schaltung zusammenwirken), müssen von den nachfolgenden Vorträgen nur kurz angerissen werden, falls nötig.
Unbedingt zu behandeln:
- Jeder Vortrag muss einen Bezug zur praktischen Umsetzung in der CMOS-Technologie haben.
- Nutzt Simulationen oder anschauliche Beispiele, um eure Erklärungen zu untermauern.
- Achtet auf eine klare, übersichtliche und fehlerfreie Dokumentation eurer Inhalte.
Zeitmanagement:
- Eure Präsentation muss in 20 Minuten abgehalten werden. Plant eure Inhalte entsprechend!
Vorbereitung auf Nachfragen:
- Bereitet euch darauf vor, mindestens 5 Rückfragen kompetent zu beantworten.
Reflexion:
- Nach dem Vortrag erfolgt eine umfassende Reflexion des Vortrags.
Vortragsaufträge
Gruppe 0 (Einzelvortrag): Grundlagen logischer Schaltungen und Überblick über Transistortypen (Tobias)
Aufgabenstellung:
Erarbeitet eine Präsentation, die die historische Entwicklung und die grobe Funktionsweise logisch schaltender Bauteile behandelt.
- Zu behandeln:
- Historienabriss von Hardwarebauteilen, die logische Schaltungen realisieren konnten + grobe Funktionsweisenerklärung
- Überblick Transistortypen und ihre Funktionsweise/Einsatzgebiete
Gruppe 1 (Doppelvortrag): Grundlagen der CMOS-Technologie (Tito + Milan) (Mia + Anoop + Amira)
Aufgabenstellung:
Erarbeitet eine Präsentation, die die grundlegenden Bausteine der CMOS-Technologie erklärt.
- Zu behandeln:
- NMOS- und PMOS-Transistoren:
- Erklärt, wie ein NMOS- bzw. PMOS-Transistor arbeitet (Schaltverhalten: NMOS leitet bei HIGH, PMOS leitet bei LOW).
- Beschreibt kurz, was Dotierung bewirkt – ohne zu tief in die physikalischen Details zu gehen.
- Das CMOS-Prinzip:
- Erläutert, warum NMOS und PMOS komplementär eingesetzt werden.
- Nenne die Vorteile der CMOS-Technologie (z. B. geringer Stromverbrauch im statischen Zustand, hohe Integrationsdichte).
- Beispielschaltung – CMOS-Inverter:
- Zeigt den Aufbau eines CMOS-Inverters anhand eines Schaltplans.
- Nutzt eine Simulation (z. B. mit Falstad, CircuitVerse oder Logisim) zur Veranschaulichung.
- NMOS- und PMOS-Transistoren:
- Nicht Teil des Vortrags:
- Eine detaillierte Erklärung der Aussagenlogik (Wahrheitstabellen für UND, ODER etc.) muss nicht erfolgen.
Gruppe 2 (Doppelvortrag): Der CMOS-Inverter im Detail (Marvin) + Ausblick auf das XNOR-Gatter (MinThri + Gia Bao)
Aufgabenstellung:
Fokussiert euch auf den CMOS-Inverter als zentrales Element digitaler Schaltungen.
- Zu behandeln:
- Aufbau des CMOS-Inverters:
- Detaillierte Zeichnung mit Kennzeichnung von NMOS und PMOS.
- Erklärung, wie der Wechsel zwischen den beiden Transistoren die Logikfunktion ermöglicht.
- Funktionsweise anhand einer Wahrheitstabelle:
- Zeigt, wie der Ausgang (HIGH oder LOW) in Abhängigkeit vom Eingang zustande kommt.
- Simulation:
- Demonstriert die Funktionsweise des Inverters mithilfe einer Simulation.
- Aufbau des CMOS-Inverters:
- Bekannt vorausgesetzt:
- Grundkenntnisse der CMOS-Technologie aus Gruppe 1.
- Nicht Teil des Vortrags:
- Wiederholung der grundlegenden Aussagenlogik.
Gruppe 3 (Doppelvortrag): Das CMOS-AND-Gatter (verpflichtend) und optional das NAND-Gatter (Linas + Noel) (Inga)
Aufgabenstellung:
Euer Vortrag fokussiert sich verpflichtend auf die Realisierung des CMOS-AND-Gatters.
- Zu behandeln:
- CMOS-AND-Gatter:
- Erstellt ein Schaltbild des CMOS-AND-Gatters und erklärt, wie die Transistoren (NMOS und PMOS) so angeordnet werden, dass das logische AND-Verhalten entsteht.
- Zeigt die dazugehörige Wahrheitstabelle.
- Nutzt eine Simulation, um die Funktionsweise anschaulich darzustellen.
- Optional (Good-to-have):
- Ergänzt euren Vortrag mit einer kurzen Darstellung des CMOS-NAND-Gatters als Vergleich, falls es der Zeitrahmen zulässt.
- CMOS-AND-Gatter:
- Bekannt vorausgesetzt:
- Grundlagen aus Gruppe 1 (CMOS-Prinzip) und die Funktionsweise des CMOS-Inverters aus Gruppe 2.
- Nicht Teil des Vortrags:
- Eine erneute tiefgehende Einführung in die Eigenschaften von NMOS und PMOS.
Gruppe 4 (Doppelvortrag): Das CMOS-OR- und NOR-Gatter (Justin + Gia Long) (Quiana + Isabelle)
Aufgabenstellung:
Erarbeitet eine Präsentation zu einem der folgenden Themen:
- Option 1: Das CMOS-OR-Gatter
- Option 2: Das CMOS-NOR-Gatter
- Oder: Vergleicht beide, wenn euer Umfang es zulässt.
- Zu behandeln:
- Schaltungsaufbau:
- Zeichnet die CMOS-Schaltung(en) und erklärt die Anordnung der NMOS- und PMOS-Transistoren (seriell bzw. parallel) und warum diese Konfiguration gewählt wurde.
- Logische Funktionsweise:
- Stellt die Wahrheitstabelle dar und erläutert, wie die Logikfunktion entsteht.
- Simulation:
- Nutzt eine Simulation, um den praktischen Ablauf zu demonstrieren.
- Trivia:
- Erwähnt interessante Anwendungen oder Besonderheiten (z. B. energetische Effizienz).
- Schaltungsaufbau:
- Bekannt vorausgesetzt:
- Grundlagen der CMOS-Technologie und die Prinzipien aus den Vorträgen Gruppe 1 und 2.
- Nicht Teil des Vortrags:
- Eine detaillierte Wiederholung der Transistor-Grundlagen.
Gruppe 5 (Doppelvortrag): Das CMOS-XOR-Gatter (Matea + David) (Rema + Romy)
Aufgabenstellung:
Erarbeitet einen Vortrag zum CMOS-XOR-Gatter, das aufgrund seiner komplexeren Implementierung eine besondere Herausforderung darstellt.
- Zu behandeln:
- Schaltungsaufbau:
- Erstellt ein Schaltbild des CMOS-XOR-Gatters. Erklärt, wie zusammengesetzte Grundgatter (wie Inverter, AND, OR) zur Realisierung des XOR genutzt werden.
- Logikfunktion:
- Zeigt die Wahrheitstabelle und erklärt, warum das XOR-Gatter in der digitalen Logik eine besondere Rolle spielt.
- Simulation:
- Demonstriert den Betrieb des XOR-Gatters mittels einer Simulation.
- Trivia:
- Erklärt praxisnahe Herausforderungen und interessante technische Fakten rund um das XOR-Gatter.
- Schaltungsaufbau:
- Bekannt vorausgesetzt:
- Grundlagen aus den Vorträgen Gruppe 1 bis 4.
- Nicht Teil des Vortrags:
- Eine erneute tiefgehende Erklärung von NMOS und PMOS.
Gruppe 6 (Doppelvortrag): Das CMOS-XNOR-Gatter
Aufgabenstellung:
Stellt das CMOS-XNOR-Gatter vor, das als logische Umkehrung des XOR dient.
- Zu behandeln:
- Schaltungsaufbau:
- Zeichnet die CMOS-Schaltung des XNOR-Gatters und erläutert, wie die Kombination der Transistoren die XNOR-Funktion ermöglicht.
- Vergleich zum XOR:
- Stellt kurz dar, inwiefern das XNOR strukturell und funktional dem XOR ähnlich oder unterschiedlich ist.
- Simulation:
- Führt eine Simulation durch, die die Funktionsweise des XNOR-Gatters veranschaulicht.
- Trivia:
- Nennt Anwendungsbeispiele und diskutiert besondere Herausforderungen in der Realisierung.
- Schaltungsaufbau:
- Bekannt vorausgesetzt:
- Grundlagen der CMOS-Technologie sowie die Inhalte der Vorträge zu XOR (Gruppe 5) und den Basisvorträgen.
- Nicht Teil des Vortrags:
- Wiederholung der grundlegenden Transistoren-Funktionsweisen.
Gruppe 7 (Einzelvortrag – Optional): Praktische CMOS-Simulationen und Beispiele (Lea)
Aufgabenstellung:
Dieser Vortrag bietet einen praxisorientierten Einblick in die Simulation und den experimentellen Aufbau von CMOS-Schaltungen.
- Zu behandeln:
- Vorstellung von Simulationswerkzeugen:
- Zeigt, wie Tools wie Falstad, CircuitVerse oder Logisim genutzt werden können, um CMOS-Schaltungen zu simulieren.
- Praktische Beispiele:
- Demonstriert anhand eines oder mehrerer Beispiele (z. B. Inverter, AND, XOR), wie die Theorie in der Simulation umgesetzt wird.
- Tipps und Tricks:
- Gebt Hinweise auf häufige Fehlerquellen und wie man diese erkennt bzw. behebt.
- Vorstellung von Simulationswerkzeugen:
- Bekannt vorausgesetzt:
- Die grundlegenden CMOS-Konzepte aus den Pflichtvorträgen.
- Nicht Teil des Vortrags:
- Eine tiefergehende Diskussion der theoretischen CMOS-Grundlagen (diese wurden bereits behandelt).
Gruppe 8 (Optional): Reflexion und Ausblick – Trends und Herausforderungen in der CMOS-Technologie (Tetiana + Natalie) (Ksenia + Oxana)
Aufgabenstellung:
Erarbeitet einen kurzen Vortrag, der über den reinen Gatterbau hinausblickt und aktuelle Herausforderungen sowie Zukunftstrends in der CMOS-Technologie beleuchtet.
- Zu behandeln:
- Aktuelle Herausforderungen:
- Diskutiert Themen wie Miniaturisierung, Leistungsaufnahme, Geschwindigkeit und thermische Probleme.
- Zukunftstrends:
- Gebt einen Ausblick auf fortschrittliche Technologien wie FinFETs (als „Goodie“ am Rande).
- Reflexion:
- Reflektiert, wie diese Entwicklungen den praktischen Gatterbau beeinflussen könnten.
- Aktuelle Herausforderungen:
- Bekannt vorausgesetzt:
- Grundlegende CMOS-Konzepte, wie in den Pflichtvorträgen vermittelt.
- Nicht Teil des Vortrags:
- Eine erneute detaillierte Erklärung der CMOS-Basisarchitektur.
Diese Auftragsformulierungen sollen euch einen klaren Rahmen an die Hand geben. Wählt bitte euer Thema und beachtet dabei, dass ihr in euren Vorträgen nur die Inhalte vertieft, die über das bereits vermittelte Basiswissen (Gruppe 1 und 2) hinausgehen. So wird sichergestellt, dass auch bei Ausfall der optionalen Vorträge das Grundverständnis der CMOS-Technologie und deren praktische Umsetzung vermittelt wird.