Real-time Detection of Seat Occupancy and Hogging

National Research Foundation (NRF) Singapore under International Research Centre @ Singapore Funding Initiativ

Contactless Test Access Mechanism for 3D IC

3D IC integration presents many advantages over the current 2D IC integration. It has the potential to reduce the power consumption and the physical size while supporting higher bandwidth and processing speed. Through Silicon Via’s (TSVs) are vertical interconnects between different layers of 3D ICs with a typical 5μm diameter and 50μm length. To test a 3D IC, an access mechanism is needed to apply test vectors to TSVs and observe their responses. However, TSVs are too small for access by current wafer probes and direct TSV probing may affect their physical integrity. In addition, the probe needles for direct TSV probing must be cleaned or replaced frequently. Contactless probing method resolves most of the TSV probing problems and can be employed for small-pitch TSVs. In this dissertation, contactless test access mechanisms for 3D IC have been explored using capacitive and inductive coupling techniques. Circuit models for capacitive and inductive communication links are extracted using 3D full-wave simulations and then circuit level simulations are carried out using Advanced Design System (ADS) design environment to verify the results. The effects of cross-talk and misalignment on the communication link have been investigated. A contactless TSV probing method using capacitive coupling is proposed and simulated. A prototype was fabricated using TSMC 65nm CMOS technology to verify the proposed method. The measurement results on the fabricated prototype show that this TSV probing scheme presents -55dB insertion loss at 1GHz frequency and maintains higher than 35dB signal-to-noise ratio within 5µm distance. A microscale contactless probe based on the principle of resonant inductive coupling has also been designed and simulated. Experimental measurements on a prototype fabricated in TSMC 65nm CMOS technology indicate that the data signal on the TSV can be reconstructed when the distance between the TSV and the probe remains less than 15µm

Evaluation und Weiterentwicklung eines kapazitiven taktilen Näherungssensors

Die vorliegende Arbeit hat die Technologie eines kapazitiven taktilen Näherungssensors zum Thema. Zunächst wird anhand eines existierenden Sensors gezeigt, wie dieser in der Robotik in zwei Aufgabenbereichen gewinnbringend eingesetzt werden kann: in der robusten Manipulation und in der Überwachung des Umfelds des Roboters. Im Bereich der Manipulation werden zwei neue Untergebiete für diese Art von Sensoren erschlossen: die Haptische Exploration und die Telemanipulation. Dann wird diese Technologie in einem neuen Entwurf entscheidend weiterentwickelt, indem ihre Funktionalität erweitert, ihre Integrierbarkeit verbessert und ihre Ortsauflösung erhöht wird. Für den Bereich der Manipulation wird ein Zwei-Backen-Greifer mit vorhandenen Sensormodulen ausgestattet. Eine gradientenbasierte Regelung ermöglicht das berührungslose Ausrichten an Objekten in den sechs Raumfreiheitsgraden. Diese Methode ist Grundlage für die weiteren Methoden der Haptischen Exploration und der Telemanipulation. Die traditionelle Haptische Exploration wird erweitert, indem berührungslose Explorationsschritte eingeführt werden, welche effizient ausgeführt werden können. Die Telemanipulation beinhaltet, dass der Nutzer des Systems eine Kraftrückkopplung spürt, welche mit dem Gradienten, der durch die Näherungssensoren detektiert wird, korrespondiert. Mit dieser Unterstützung kann der Nutzer Objekte effizienter explorieren und greifen. Die Überwachung des Umfelds des Roboters wird realisiert, indem ein End-Effektor mit den vorhandenen Sensormodulen ausgestattet wird. In einem Szenario zur Konturverfolgung bzw. Kollisionsvermeidung wird gezeigt, dass der End-Effektor unvorhergesehene Hindernisse erfolgreich umfahren kann. Im vorgestellten Ansatz wird gezeigt, dass die geschätzte Krümmung der Hindernisfläche für eine prädiktive Regelung verwendet werden kann. Aus der anwendungsbezogenen Evaluation des Sensors werden die Anforderungen des neuen Entwurfs abgeleitet. Der Sensor wird in seiner Funktionalität erweitert, insbesondere mit der Fähigkeit, im beidseitig-kapazitiven Modus zu messen. Dieser Modus verbessert die Robustheit bei der Detektion von nicht leitenden Materialien. Hinsichtlich der Integrierbarkeit wird der Sensor modularisiert, d. h. einzelne Sensoreinheiten sind in der Lage autark zu messen und die Signale zu verarbeiten. Schließlich wird eine flexible Ortsauflösung für den Sensor realisiert, damit dieser situativ eine höhere Ortsauflösung oder eine höhere Empfindlichkeit aufweisen kann. Es wird gezeigt, dass sich die Methoden, welche für den ersten Sensor entwickelt wurden, auch mit dem neuen Sensor umsetzen lassen. Durch die bessere Integrierbarkeit und Vielseitigkeit werden die Voraussetzungen für eine weitere Verbreitung der Technologie geschaffen