CD-Labor für Elektromagnetisch verträgliche robuste elektronische Systeme

Dieses CD-Labor verfolgt das Ziel, mit Hilfe modellgestützter Ansätze die Robustheit elektronischer Systeme vorherzusagen und zu optimieren.

Elektronische Systeme sind in unserem Alltag in verschiedensten Anwendungsbereichen präsent, und wir erwarten von ihnen hohe Zuverlässigkeit und störungsfreie Funktion. Dies gilt insbesondere für sicherheitskritische Bereiche, wie z.B. in der Medizin- oder Automobiltechnik.

Mit steigender Anzahl elektronischer Geräte steigen auch die elektromagnetischen Emissionen. Zusätzlich werden aufgrund der Miniaturisierung der Elektronik die Geräte selbst empfindlicher gegenüber diesen Störungen. Ein zielgerichtetes Design von Entstörmaßnahmen erfordert das genaue Verständnis der Wechselwirkungen zwischen diesen Geräten unter Berücksichtigung der Vielzahl der möglichen Verwendungszwecke und -orte der unterschiedlichen elektronischen Komponenten.

Um zur Bewältigung dieser Herausforderung beizutragen, widmet sich dieses Christian Doppler Labor vier Forschungsthemen:

- Der Erstellung neuartiger Modelle zur Erklärung von Störmechanismen, die durch die zunehmende Miniaturisierung bzw. die Vielfalt unterschiedlicher Einkopplungen (Multi-Stress) entstehen,

- Dem Trainieren von sogenannten Surrogatmodellen (approximativen, extrem schnell auswertbaren Modellen auf Basis physikalischer Modelle) mittels Verfahren aus dem Maschinellen Lernen, um mit deren Hilfe vielparametrische Modelle beschreiben und deren elektromagnetische Robustheit optimieren zu können,

- Dem Trainieren solcher Surrogatmodelle auf Basis robotisch ermittelter Messreihen, wenn physikalische Modelle nicht zielführend sind,

- Abschließend der Verwendung der Surrogatmodelle zur Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit von Modellen durch Modellkalibrierung (Bayessche Inferenz)

Mit Hilfe der Bearbeitung dieser Themen sollen grundlegend neue Verfahren zur Beschreibung und Optimierung der elektromagnetischen Verträglichkeit entwickelt werden, die der Elektronikindustrie das besonders maßgeschneiderte Design sicherer und robuster Systeme erlauben sollen.

Das Team des CD-Labors erwartet vielfältige Fortschritte: Die geplanten Modellierungsmethoden lassen erwarten, dass auch auf einfachen Rechnern Millionen von Modellvorhersagen pro Tag erstellt und bewertet werden können, was heutige Methoden um mehrere Größenordnungen übertrifft. Weiters soll die Unsicherheit von Modellvorhersagen verringert werden, womit schätzungsweise mehr als dreimal so viele Modellparameter behandelt werden und damit die Komplexität der untersuchten Systeme gesteigert werden kann. Damit könnten Szenarien beschrieben werden, die bis heute – aufgrund zu vieler Eingabeparameter – nicht beschreibbar sind, und deren grundlegende Performance-Grenzen und Trade-offs abgeleitet werden.

Die Arbeit des CD-Labors leistet damit einen wichtigen Beitrag für den technischen Fortschritt der Industriegesellschaft, indem sie die Optimierung von elektromagnetischer Emission und Störfestigkeit schon in frühen Entwurfsstadien von Prototypen ermöglicht, Entwickler*innen beim Auffinden und Behandeln möglicher Probleme der elektromagnetischen Verträglichkeit unterstützt und es erlaubt, die funktionale Sicherheit von Elektronik auch unter dem Einfluss unterschiedlichster Störszenarien vorherzusagen!

Das Labor orientiert sich an den Nachhaltigkeitszielen der TU Graz, die Klimaneutralität bis zum Jahr 2030 vorsehen. Dazu werden in Zusammenarbeit mit der Science, Technology and Society (STS) Unit der TU Graz die Treibhausgas-Emissionen des Labors erhoben und anschließend Strategien entwickelt, wie das Labor die Nachhaltigkeitsziele erreichen kann. Eine Zertifizierung als "Green Lab" ist angestrebt. Der erarbeitete Prozess zur Zielerreichung kann anderen Laboren der Fachrichtungen Mathematik, Informatik oder Elektronik, die Nachhaltigkeit anstreben, als Blaupause dienen.