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cfa735d1df
9 changed files with 119 additions and 75 deletions
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@ -390,10 +390,35 @@ plots:
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yplaces: 2
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yplaces: 2
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ofile: V1_Measurements/revision_compare_noise.png
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ofile: V1_Measurements/revision_compare_noise.png
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- load: V1_Measurements/V1.1-a1/47M_cap/noise.csv
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loadtype: simplecsv
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ylabel: Rauschlevel ($V/\sqrt{Hz}$)
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load_values: ["Frequency (Hz)","Trace 1 (VHz)"]
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type: single
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xscale: log
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colourmap: default
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x_key: Frequency (Hz)
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y_key: "Trace 1 (VHz)"
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xmin: 500
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xmax: 1000000
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ymin: 0
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ymax: 0.00003
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yformatter: engineering
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yplaces: 2
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ofile: V1_Measurements/with_ims_noise.png
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- loadtype: multicsv
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- loadtype: multicsv
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load:
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load:
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20M: V1_Measurements/V1.1-a1/20M/noise.csv
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20M: V1_Measurements/V1.1-a1/20M/noise.csv
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47M: V1_Measurements/V1.1-a1/47M_cap/noise.csv
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47M: V1_Measurements/V1.1-a1/47M_dupes/noise_4K7_nocap.csv
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82M: V1_Measurements/V1.1-a1/82M/noise.csv
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82M: V1_Measurements/V1.1-a1/82M/noise.csv
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120M: V1_Measurements/V1.1-a1/120M/noise.csv
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120M: V1_Measurements/V1.1-a1/120M/noise.csv
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@ -614,7 +639,7 @@ plots:
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xmin: 100
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xmin: 100
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xmax: 500000
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xmax: 500000
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ymin: 100
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ymin: 140
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ofile: V1_Measurements/bandwidth.png
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ofile: V1_Measurements/bandwidth.png
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@ -29,10 +29,10 @@
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%\documentclass[12pt,a4paper,openany,bibliography=totoc,captions=tableheading,numbers=noenddot]{scrreprt}
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%\documentclass[12pt,a4paper,openany,bibliography=totoc,captions=tableheading,numbers=noenddot]{scrreprt}
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%Book - Druckversion (doppelseitig)
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%Book - Druckversion (doppelseitig)
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%\documentclass[12pt, a4paper, openany, DIV=16, BCOR=20mm, bibliography=totoc, captions=tableheading, numbers=noenddot]{scrbook}
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\documentclass[12pt, a4paper, openany, DIV=16, BCOR=20mm, bibliography=totoc, captions=tableheading, numbers=noenddot]{scrbook}
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%Book - Digitalversion (doppelseitig)
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%Book - Digitalversion (doppelseitig)
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\documentclass[12pt, a4paper, openany, bibliography=totoc, captions=tableheading, numbers=noenddot]{scrreport}
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%\documentclass[12pt, a4paper, openany, bibliography=totoc, captions=tableheading, numbers=noenddot]{scrreport}
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@ -59,14 +59,18 @@
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%Titelseiten für Studien- und Diplomarbeit
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%Titelseiten für Studien- und Diplomarbeit
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\pagenumbering{alph} %Seitennummerierung lateinische Kleinbuchstaben
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\pagenumbering{alph} %Seitennummerierung lateinische Kleinbuchstaben
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\include{Deckblatt}
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\includepdf[pages=-]{Deckblatt_Aufgabenstellung_SMT_David.pdf}
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\clearpage{\thispagestyle{empty}\cleardoublepage} %leere Seite für "documentclass book"
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\include{Eigenstaendigkeitserklaerung}
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%\include{Deckblatt}
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\clearpage{\thispagestyle{empty}\cleardoublepage} %leere Seite für "documentclass book"
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%\clearpage{\thispagestyle{empty}\cleardoublepage} %leere Seite für "documentclass book"
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\include{Aufgabenstellung}
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%\include{Eigenstaendigkeitserklaerung}
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\clearpage{\thispagestyle{empty}\cleardoublepage} %leere Seite für "documentclass book"
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%\clearpage{\thispagestyle{empty}\cleardoublepage} %leere Seite für "documentclass book"
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%\include{Aufgabenstellung}
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%\clearpage{\thispagestyle{empty}\cleardoublepage} %leere Seite für "documentclass book"
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\clearpage{\thispagestyle{empty}\cleardoublepage}
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%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
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%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
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%Inhaltsverzeichnis
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%Inhaltsverzeichnis
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@ -84,7 +88,6 @@
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\listoffigures
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\listoffigures
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\addcontentsline{toc}{chapter}{Abbildungsverzeichnis} %Eintrag im Inhaltsverzeichnis
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\addcontentsline{toc}{chapter}{Abbildungsverzeichnis} %Eintrag im Inhaltsverzeichnis
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\clearpage
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\clearpage
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\todo{Move}
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@ -259,8 +259,7 @@ Spannungsverlaufes schließen, während das
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D-Feldes Hinweise auf die Positionen der parasitären Kapazitäten gibt.
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D-Feldes Hinweise auf die Positionen der parasitären Kapazitäten gibt.
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Dies ist möglich, da sich durch Integration des D-Feldes die Ladungsverteilung
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Dies ist möglich, da sich durch Integration des D-Feldes die Ladungsverteilung
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auf leitenden Flächen berechnen lässt, wie in Gleichung
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auf leitenden Flächen berechnen lässt, wie in Gleichung
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\ref{eqn:integral_d} angegeben ist.
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\ref{eqn:integral_d} angegeben ist \cite{GaussLaw}.
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\todo{Quote Maxwell?}
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\begin{equation}
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\begin{equation}
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\iint \vec{D} \cdot d\vec{A} = \iiint \rho_f dV\label{eqn:integral_d}
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\iint \vec{D} \cdot d\vec{A} = \iiint \rho_f dV\label{eqn:integral_d}
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@ -284,17 +283,18 @@ welche Elemente der Simulation zur Kapazität beitragen.
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\hspace{0.15\linewidth}%
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\hspace{0.15\linewidth}%
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\begin{subfigure}[t]{.22\linewidth}
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\begin{subfigure}[t]{.22\linewidth}
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\centering
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\centering
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||||||
\includegraphics[width=1\textwidth,trim={0 0 0 0.8cm},clip]{entwicklung/cst_estatic/potential_3t_t}
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\includegraphics[width=1\textwidth,trim={0 0.8cm 0 1.6cm},clip]{entwicklung/cst_estatic/potential_3t_t}
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||||||
\subcaption{Potential innerhalb des nach oben zeigenden 1206 Widerstandes}
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\subcaption{Potential innerhalb des nach oben zeigenden 1206 Widerstandes}
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||||||
\end{subfigure}\hfill%
|
\end{subfigure}\hfill%
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||||||
\begin{subfigure}[t]{.22\linewidth}
|
\begin{subfigure}[t]{.22\linewidth}
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||||||
\centering
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\centering
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||||||
\includegraphics[width=1\textwidth]{entwicklung/cst_estatic/potential_3t_b}
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\includegraphics[width=1\textwidth,trim={0 0.8cm 0 0.8cm},clip]
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||||||
|
{entwicklung/cst_estatic/potential_3t_b}
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||||||
\subcaption{Potential innerhalb des herunterzeigenden 1206 Widerstandes}
|
\subcaption{Potential innerhalb des herunterzeigenden 1206 Widerstandes}
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||||||
\end{subfigure}\hfill%
|
\end{subfigure}\hfill%
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||||||
\begin{subfigure}[t]{.22\linewidth}
|
\begin{subfigure}[t]{.22\linewidth}
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||||||
\centering
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\centering
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||||||
\includegraphics[width=1\textwidth]{entwicklung/cst_estatic/potential_flip}
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\includegraphics[width=1\textwidth,trim={0 0.8cm 0 0.8cm},clip]{entwicklung/cst_estatic/potential_flip}
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||||||
\subcaption{Potential innerhalb des Flipchip}
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\subcaption{Potential innerhalb des Flipchip}
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||||||
\end{subfigure}\hspace{0.15\linewidth}
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\end{subfigure}\hspace{0.15\linewidth}
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||||||
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@ -322,17 +322,17 @@ welche Elemente der Simulation zur Kapazität beitragen.
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\hspace{0.15\linewidth}%
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\hspace{0.15\linewidth}%
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||||||
\begin{subfigure}[t]{.22\linewidth}
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\begin{subfigure}[t]{.22\linewidth}
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\centering
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\centering
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||||||
\includegraphics[width=1\textwidth]{entwicklung/cst_estatic/d_3t_t}
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\includegraphics[width=1\textwidth,trim={0 0.8cm 0 0.8cm},clip]{entwicklung/cst_estatic/d_3t_t}
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||||||
\subcaption{Schnittfläche des D-Feldes in der Mitte des nach oben zeigenden 1206 Widerstandes}
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\subcaption{Schnittfläche des D-Feldes in der Mitte des nach oben zeigenden 1206 Widerstandes}
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||||||
\end{subfigure}\hfill%
|
\end{subfigure}\hfill%
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\begin{subfigure}[t]{.22\linewidth}
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\begin{subfigure}[t]{.22\linewidth}
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\centering
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\centering
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||||||
\includegraphics[width=1\textwidth,clip,trim={0 0.4cm 0 0.4cm}]{entwicklung/cst_estatic/d_3t_b}
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\includegraphics[width=1\textwidth,clip,trim={0 1.2cm 0 1.2cm}]{entwicklung/cst_estatic/d_3t_b}
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||||||
\subcaption{Schnittfläche des D-Feldes in der Mitte des herunterzeigenden 1206}
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\subcaption{Schnittfläche des D-Feldes in der Mitte des herunterzeigenden 1206}
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||||||
\end{subfigure}\hfill%
|
\end{subfigure}\hfill%
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\begin{subfigure}[t]{.22\linewidth}
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\begin{subfigure}[t]{.22\linewidth}
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\centering
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\centering
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||||||
\includegraphics[width=1\textwidth,clip,trim={0cm 0.4cm 0cm 0.4cm}]{entwicklung/cst_estatic/d_flip}
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\includegraphics[width=1\textwidth,clip,trim={0cm 1.2cm 0cm 1.2cm}]{entwicklung/cst_estatic/d_flip}
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||||||
\subcaption{\label{fig:cst_d_flipchip}Schnittfläche des D-Feldes in der Mitte des Flipchip}
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\subcaption{\label{fig:cst_d_flipchip}Schnittfläche des D-Feldes in der Mitte des Flipchip}
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\end{subfigure}\hspace{0.15\linewidth}
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\end{subfigure}\hspace{0.15\linewidth}
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@ -344,7 +344,7 @@ welche Elemente der Simulation zur Kapazität beitragen.
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somit die Verteilung der Kapazitäten. Deutlich zu erkennen ist die
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somit die Verteilung der Kapazitäten. Deutlich zu erkennen ist die
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Konzentration der Felder um die Kontaktflächen der Widerstände herum.}
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Konzentration der Felder um die Kontaktflächen der Widerstände herum.}
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\end{figure}
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\end{figure}
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\todo{Clip images a bit more}
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\FloatBarrier
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\FloatBarrier
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@ -782,30 +782,6 @@ werden Simulationen mit variablem C1 und Cin (siehe Abbildung \ref{fig:opamp_gbw
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Die Ergebnisse hiervon sind in Abbildungen \ref{fig:opamp_gbwp_variation_result_1} und
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Die Ergebnisse hiervon sind in Abbildungen \ref{fig:opamp_gbwp_variation_result_1} und
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\ref{fig:opamp_gbwp_variation_result_2} dargestellt.
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\ref{fig:opamp_gbwp_variation_result_2} dargestellt.
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\begin{figure}[htb]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/Parasitics/SingleStage_Cin_Sweep.png}
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\caption[Ergebnisse der Simulation eines idealen
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OpAmp mit variierter Eingangskapazität]{
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\label{fig:opamp_gbwp_variation_result_1}Ergebnisse der Simulation eines idealen
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OpAmp mit variierter Eingangskapazität $C_\mathrm{in}$. Zu erkennen
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ist eine Limitierung der Bandbreite sowie steigende
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Überhöhung der Übertragungsfunktion bei größerer
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Kapazität.
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}
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\end{figure}
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\begin{figure}[htb]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/Parasitics/SingleStage_Cfp_Sweep.png}
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\caption[Ergebnisse der Simulation eines idealen
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OpAmp mit variierter parasitärer Widerstandskapazität]{
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\label{fig:opamp_gbwp_variation_result_2}Ergebnisse der Simulation eines idealen
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OpAmp mit variierter parasitärer Widerstandskapazität $C_\mathrm{1}$.
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Zu erkennen ist die Verringerung der Bandbreite bei steigender
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Kapazität.}
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\end{figure}
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Zu erkennen ist, dass die Rückkoppelkapazitäten $C_1$ keinen Einfluss auf die Stabilität haben und lediglich die Bandbreite
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Zu erkennen ist, dass die Rückkoppelkapazitäten $C_1$ keinen Einfluss auf die Stabilität haben und lediglich die Bandbreite
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begrenzen, wie bereits in Kapitel \ref{chap:basics_parasitics} beschrieben wurde.
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begrenzen, wie bereits in Kapitel \ref{chap:basics_parasitics} beschrieben wurde.
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||||||
Die Eingangskapazität $C_\mathrm{in}$ jedoch scheint äquivalent zu einer Variation des GBWP zu sein, wobei eine größere Kapazität
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Die Eingangskapazität $C_\mathrm{in}$ jedoch scheint äquivalent zu einer Variation des GBWP zu sein, wobei eine größere Kapazität
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@ -821,7 +797,31 @@ Aus den Simulationen wird geschlossen, dass ein Mindest-GBWP von $\SI{1}{\giga\h
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notwendig ist, um stabil zu bleiben und die Bandbreite zu erhalten, wobei ein größeres GBWP vorteilhaft erscheint.
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notwendig ist, um stabil zu bleiben und die Bandbreite zu erhalten, wobei ein größeres GBWP vorteilhaft erscheint.
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Eine minimale offene Verstärkung von circa 10 000 ist notwendig, um die Bandbreite nicht zu beeinflussen.
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Eine minimale offene Verstärkung von circa 10 000 ist notwendig, um die Bandbreite nicht zu beeinflussen.
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\FloatBarrier
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\begin{figure}[H]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/Parasitics/SingleStage_Cin_Sweep.png}
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\caption[Ergebnisse der Simulation eines idealen
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OpAmp mit variierter Eingangskapazität]{
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\label{fig:opamp_gbwp_variation_result_1}Ergebnisse der Simulation eines idealen
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OpAmp mit variierter Eingangskapazität $C_\mathrm{in}$. Zu erkennen
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ist eine Limitierung der Bandbreite sowie steigende
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Überhöhung der Übertragungsfunktion bei größerer
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Kapazität.
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}
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\end{figure}
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\begin{figure}[H]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/Parasitics/SingleStage_Cfp_Sweep.png}
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||||||
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\caption[Ergebnisse der Simulation eines idealen
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|
OpAmp mit variierter parasitärer Widerstandskapazität]{
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||||||
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\label{fig:opamp_gbwp_variation_result_2}Ergebnisse der Simulation eines idealen
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OpAmp mit variierter parasitärer Widerstandskapazität $C_\mathrm{1}$.
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Zu erkennen ist die Verringerung der Bandbreite bei steigender
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|
Kapazität.}
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\end{figure}
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||||||
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||||||
|
\clearpage
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\subsubsection{Verbesserung der OpAmp Bandbreite}
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\subsubsection{Verbesserung der OpAmp Bandbreite}
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@ -975,12 +975,13 @@ OpAmps für die Simulationen genutzt.
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\begin{figure}[ht]
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\begin{figure}[ht]
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||||||
\centering
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\centering
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||||||
\includegraphics[width=0.8\textwidth]{entwicklung/opamp/opamp_ltspice_noise.jpg}
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\includegraphics[width=0.7\textwidth,clip,trim={0cm 0cm 15cm 0cm}]
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||||||
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{entwicklung/opamp/opamp_ltspice_noise.jpg}
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||||||
\caption[Schaltkreis der LTSpice-Simulation zur
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\caption[Schaltkreis der LTSpice-Simulation zur
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Bestimmung OpAmp-Rauschens]{
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Bestimmung OpAmp-Rauschens]{
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\label{fig:opamp_vin_noise_schematic}Schaltkreis der LTSpice-Simulation zur
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\label{fig:opamp_vin_noise_schematic}Schaltkreis der LTSpice-Simulation zur
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Bestimmung OpAmp-Rauschens.}
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Bestimmung OpAmp-Rauschens.}
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\end{figure}\todo{Trim this image?}
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\end{figure}
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Variiert werden $C_\mathrm{in}$ sowie $R_\mathrm{f}$, um die Auswirkungen dieser Parameter
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Variiert werden $C_\mathrm{in}$ sowie $R_\mathrm{f}$, um die Auswirkungen dieser Parameter
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betrachten zu können. Hierbei wird das Rauschen eingangsbezogen gemessen, d.~h. die Ausgangsspannung
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betrachten zu können. Hierbei wird das Rauschen eingangsbezogen gemessen, d.~h. die Ausgangsspannung
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@ -990,7 +991,7 @@ und \ref{fig:opamp_vin_noise_cin} dargestellt.
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\FloatBarrier
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\FloatBarrier
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\begin{figure}[hbt]
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\begin{figure}[H]
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/Parasitics/SingleStage_LTC_Rf_Sweep_Noise.png}
|
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/Parasitics/SingleStage_LTC_Rf_Sweep_Noise.png}
|
||||||
\caption[Rauschen in Abhängigkeit von $R_\mathrm{f}$]{
|
\caption[Rauschen in Abhängigkeit von $R_\mathrm{f}$]{
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\label{fig:opamp_vin_noise_rf}Rauschen in Abhängigkeit von $R_\mathrm{f}$.
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\label{fig:opamp_vin_noise_rf}Rauschen in Abhängigkeit von $R_\mathrm{f}$.
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@ -1004,7 +1005,7 @@ und \ref{fig:opamp_vin_noise_cin} dargestellt.
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||||||
proportional zur Frequenz wächst.}
|
proportional zur Frequenz wächst.}
|
||||||
\end{figure}
|
\end{figure}
|
||||||
|
|
||||||
\begin{figure}[ht]
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\begin{figure}[H]
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||||||
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/Parasitics/SingleStage_LTC_Cin_Sweep_Noise.png}
|
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/Parasitics/SingleStage_LTC_Cin_Sweep_Noise.png}
|
||||||
\caption{\label{fig:opamp_vin_noise_cin}Rauschen in Abhängigkeit von $C_\mathrm{in}$}
|
\caption{\label{fig:opamp_vin_noise_cin}Rauschen in Abhängigkeit von $C_\mathrm{in}$}
|
||||||
\end{figure}
|
\end{figure}
|
||||||
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|
@ -113,8 +113,8 @@ passt zudem einige Abstandsregeln des Platinendesign an.
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||||||
\end{figure}
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\end{figure}
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|
||||||
Bei der Auslegung der physikalischen Schaltung werden zusätzliche Einflüsse
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Bei der Auslegung der physikalischen Schaltung werden zusätzliche Einflüsse
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in Betracht gezogen, welche nicht direkt auf dem Schaltplan abbildbar sind.
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in Betracht gezogen.
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So istz.~B. eine vorsichtige Auslegung der Leitungen des Eingangskanals
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So ist z.~B. eine vorsichtige Auslegung der Leitungen des Eingangskanals
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notwendig; diese müssen möglichst wenig Fläche einnehmen um Kapazitäten zu
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notwendig; diese müssen möglichst wenig Fläche einnehmen um Kapazitäten zu
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verringern. Aus dem gleichen Grund werden Kupferflächen reduziert und
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verringern. Aus dem gleichen Grund werden Kupferflächen reduziert und
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als Muster anstatt als ausgefüllte Flächen ausgeführt.
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als Muster anstatt als ausgefüllte Flächen ausgeführt.
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@ -45,7 +45,6 @@ Drogen \cite[S.S. 301]{Eiceman2013Oct}, zur Analyse von Umgebungsproben \cite[S.
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und zur medizinischen Untersuchung und Überwachung von Patienten \cite[S.S. 366]{Eiceman2013Oct}.\\
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und zur medizinischen Untersuchung und Überwachung von Patienten \cite[S.S. 366]{Eiceman2013Oct}.\\
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Ein IMS ist somit äußerst relevant für eine breite Menge an
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Ein IMS ist somit äußerst relevant für eine breite Menge an
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Arbeitsfeldern und eine Weiterentwicklung der Technologie kann ebenso breit gefächerte Vorteile haben.
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Arbeitsfeldern und eine Weiterentwicklung der Technologie kann ebenso breit gefächerte Vorteile haben.
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\todo{Add IMS citations}
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\subsection{Funktionsweise eines IMS}
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\subsection{Funktionsweise eines IMS}
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\label{chap:function_description_ims}
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\label{chap:function_description_ims}
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@ -429,7 +428,7 @@ Die Funktionsweise ist wie folgt:
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Für einen idealen TIV ergibt sich somit die Ausgangsspannung wie folgt:
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Für einen idealen TIV ergibt sich somit die Ausgangsspannung wie folgt:
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\begin{equation}
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\begin{equation}
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||||||
V_\mathrm{out} = R_\mathrm{f} \cdot I_\mathrm{in}
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U_\mathrm{out} = R_\mathrm{f} \cdot I_\mathrm{in}
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||||||
\end{equation}
|
\end{equation}
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||||||
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|
||||||
Die Vor- und Nachteile dieser Schaltungsart sind wie folgt:
|
Die Vor- und Nachteile dieser Schaltungsart sind wie folgt:
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||||||
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@ -74,7 +74,6 @@ $R_f$ angefertigt werden, werden für diese Widerstände Platzhalter
|
||||||
Verstärkerteils des TIVs]{\label{fig:v11_tia_schematic}Schaltkreis der Revision des
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Verstärkerteils des TIVs]{\label{fig:v11_tia_schematic}Schaltkreis der Revision des
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Verstärkerteils des TIVs.}
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Verstärkerteils des TIVs.}
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\end{figure}
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\end{figure}
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\todo{Think about highlighting differences}
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Es ist bei einer kaskadierten Verschaltung gewünscht, so viel Verstärkung in die
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Es ist bei einer kaskadierten Verschaltung gewünscht, so viel Verstärkung in die
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erste
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erste
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@ -141,12 +140,13 @@ das Spektrum des Rauschens dieser Variante.
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\begin{figure}[hb]
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\begin{figure}[hb]
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\centering
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\centering
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\missingfigure{Add figure of with-IMS noise}
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/with_ims_noise.png}
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\caption{\label{fig:v11_ims_noise}Rauschlevel der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante mit angeschlossenem IMS.}
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\caption{\label{fig:v11_ims_noise}Rauschlevel der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante mit angeschlossenem IMS.}
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\end{figure}
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\end{figure}
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Diese Messung bestätigt, dass diese Revision der Schaltung keine Oszillationen bei Anschluss einer IMS-Röhre
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Diese Messung bestätigt, dass diese Revision der Schaltung keine Oszillationen bei Anschluss einer IMS-Röhre
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aufweist. Der Fehler der ursprünglichen Version wurde somit erfolgreich behoben.
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aufweist. Das Rauschlevel ist nur minimal beeinträchtigt.
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Der Fehler der ursprünglichen Version wurde somit erfolgreich behoben.
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\FloatBarrier
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\FloatBarrier
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@ -296,8 +296,6 @@ $\SI{120}{\mega\ohm}$ eine zu geringe Bandbreite, während
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die $\SI{47}{\mega\ohm}$ und $\SI{20}{\mega\ohm}$ Varianten beide mehr als ausreichend
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die $\SI{47}{\mega\ohm}$ und $\SI{20}{\mega\ohm}$ Varianten beide mehr als ausreichend
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Bandbreite besitzen. Die neue Version der Platine erfüllt somit die Anforderungen.
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Bandbreite besitzen. Die neue Version der Platine erfüllt somit die Anforderungen.
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\clearpage
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\subsection{Rauschen}
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\subsection{Rauschen}
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Folgend wird das Rauschen der Revision vermessen und mit der originalen Version
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Folgend wird das Rauschen der Revision vermessen und mit der originalen Version
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@ -571,7 +569,8 @@ Anhand der bereits durchgeführten Messungen wird der $\SI{47}{\mega\ohm}$
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TIV als Verstärker für dieses Experiment genutzt. Dieser besitzt
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TIV als Verstärker für dieses Experiment genutzt. Dieser besitzt
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das niedrigste Rauschen bei der gewollten Bandbreite von $\SI{30}{\kilo\hertz}$,
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das niedrigste Rauschen bei der gewollten Bandbreite von $\SI{30}{\kilo\hertz}$,
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und ist somit die beste Auswahl.
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und ist somit die beste Auswahl.
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Das genutzte IMS-System ist vom Typ ???\todo{Ask Moritz which IMS it was},
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Das genutzte IMS-System ist ein 75 mm PEEK-Röhren IMS, mit
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einer Driftspannung von $\SI{75}{\kilo\volt}$,
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welches bereits durch vorherige Messungen im Labor charakterisiert wurde
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welches bereits durch vorherige Messungen im Labor charakterisiert wurde
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und somit eine gut verstandene Platform darstellt.
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und somit eine gut verstandene Platform darstellt.
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Zum Vergleich wird der bestehende Verstärker, der {\em GemiTIV},
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Zum Vergleich wird der bestehende Verstärker, der {\em GemiTIV},
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@ -643,8 +642,10 @@ Die in Kapitel \ref{chap:tia_design_goals} festgelegten Ziele
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sind für einen bestimmten Typ von IMS geeignet. Es gibt jedoch
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sind für einen bestimmten Typ von IMS geeignet. Es gibt jedoch
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andere Arten von IMS, welche schnellere Messungen benötigen, so
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andere Arten von IMS, welche schnellere Messungen benötigen, so
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z.~B. dem Hike-IMS.
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z.~B. dem Hike-IMS.
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Dieses System benötigt Bandbreiten von $\SI{250}{\kilo\hertz}$, mit
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Dieses System benötigt Bandbreiten von mindestens
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$\SI{250}{\kilo\hertz}$, mit
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einem maximalen Eingangssignal von $\SI{10}{\nano\ampere}$.
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einem maximalen Eingangssignal von $\SI{10}{\nano\ampere}$.
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Somit wird eine TIV-Verstärkung von $\SI{100}{\mega\ohm}$ angestrebt.
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Aus diesem Grund wird im folgenden eine Variante des TIV-Schaltkreises
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Aus diesem Grund wird im folgenden eine Variante des TIV-Schaltkreises
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erprobt, welche auf diese Parameter eingestellt ist. Hierfür
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erprobt, welche auf diese Parameter eingestellt ist. Hierfür
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@ -668,13 +669,18 @@ und \ref{fig:v24_noise} zeigen die Messwerte auf.
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ab welchem eine Überhöhung der Bandbreite erkennbar ist.
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ab welchem eine Überhöhung der Bandbreite erkennbar ist.
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}
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}
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\end{figure}
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\end{figure}
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\todo{Recheck/Re-Write graphs}
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Zu erkennen ist ein flacher Frequenzgang bis circa $\SI{100}{\kilo\hertz}$, mit
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Zu erkennen ist ein flacher Frequenzgang bis circa $\SI{100}{\kilo\hertz}$, mit
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einer darauf folgenden Instabilität, mit einem Peak um $\SI{500}{\kilo\hertz}$ herum.
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einer darauf folgenden Instabilität, mit einer leichten
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Diese Instabilität lässt darauf schließen, dass das GBWP der OpAmps ein limitierender
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Erhöhung von circa 3dB um $\SI{500}{\kilo\hertz}$ herum.
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Faktor ist, entsprechend Kapitel \ref{chap:opamp_parasitics_gbwp}.
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Diese Erhöhung lässt darauf schließen, dass entweder das Limit
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Der gefilterte Ausgang ist jedoch in seinem gesamten Arbeitsbereich flach, und somit nutzbar.
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des OpAmp GBWP erreicht wird (entsprechend Kapitel \ref{chap:opamp_parasitics_gbwp}), oder dass die Abschirmung für
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die höheren Frequenzen nicht ausreichend ist. Da die Überhöhung
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recht gering ist und keine Instabilität darstellt, ist
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zu vermuten dass durch leichte Anpassungen die Übertragungsfunktion
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abgeflacht werden kann.
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\begin{figure}[ht]
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\begin{figure}[ht]
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\centering
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\centering
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@ -691,15 +697,16 @@ Der gefilterte Ausgang ist jedoch in seinem gesamten Arbeitsbereich flach, und s
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Das Rauschspektrum der erstellten Variante ist ebenfalls sehr gut für den
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Das Rauschspektrum der erstellten Variante ist ebenfalls sehr gut für den
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Einsatz an einem IMS geeignet.
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Einsatz an einem IMS geeignet.
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Das Rauschlevel ist mit durchschnittlich $\SI{8}{\micro\volt\per\sqrt{\hertz}}$
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Das Rauschlevel ist mit durchschnittlich $\SI{10}{\micro\volt\per\sqrt{\hertz}}$
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bis zur Filter-Grenzfrequenz sehr niedrig. Die in der Bandbreite erkennbare Instabilität ist
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bis zur Filter-Grenzfrequenz sehr niedrig. Die in der Bandbreite erkennbare Überhöhung ist
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ebenso im Rauschen zu erkennen, da ab $\SI{100}{\kilo\hertz}$ das Rauschen stark ansteigt.
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ebenso im Rauschen zu erkennen, da ab $\SI{100}{\kilo\hertz}$ das Rauschen stark ansteigt.
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Dies wird jedoch effektiv vom Ausgangsfilter heraus gefiltert, und beeinträchtigt
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Der Ausgangsfilter verringert teilweise das Rauschen, und mit
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somit nicht die Messung.
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einem maximalen Rauschlevel von $\SI{25}{\micro\volt\per\sqrt{\hertz}}$
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sind diese Messwerte dennoch sehr gut nutzbar.
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Insgesamt ist die erstellte Variante sehr gut für die Nutzung an schnelleren IMS-Systemen
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Insgesamt ist die erstellte Variante sehr gut für die Nutzung an schnelleren IMS-Systemen
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geeignet, da sie ein niedriges Rauschen und stabile Bandbreite anbietet.
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geeignet, da sie ein niedriges Rauschen und stabile Bandbreite anbietet.
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Bei weiterer Feineinstellung des TIVs ist zudem zu erwarten, dass die Instabilität
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Bei weiterer Feineinstellung des TIVs ist zudem zu erwarten, dass die Überhöhungen
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korrigiert werden kann, um noch höhere Bandbreiten bei gleicher Verstärkung erreichen
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korrigiert werden kann, um noch höhere Bandbreiten bei gleicher Verstärkung erreichen
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zu können.
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zu können.
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@ -42,7 +42,7 @@ Für die meisten Sensorsysteme ist eine möglichst lineare
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Relation gewünscht, d.~h.:
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Relation gewünscht, d.~h.:
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\begin{equation*}
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\begin{equation*}
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V_\mathrm{out} = I_\mathrm{in} \cdot R_\mathrm{f}
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U_\mathrm{out} = I_\mathrm{in} \cdot R_\mathrm{f}
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\end{equation*}
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\end{equation*}
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Wobei $R_\mathrm{f}$ der Rückkoppelwiderstand des TIVs ist.
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Wobei $R_\mathrm{f}$ der Rückkoppelwiderstand des TIVs ist.
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@ -72,7 +72,7 @@ Abbildung \ref{fig:measurement_v1_linearity} zeigt das Ergebnis der Vermessung
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und Abbildung \ref{fig:measurement_v1_linearity_error} zeigt die Abweichung
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und Abbildung \ref{fig:measurement_v1_linearity_error} zeigt die Abweichung
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der Messung vom Sollwert.
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der Messung vom Sollwert.
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\begin{figure}[H]
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\begin{figure}[ht]
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\centering
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/1G_47M_Linearity.png}
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/1G_47M_Linearity.png}
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\caption[Messergebnisse der Linearitätsmessung]{\label{fig:measurement_v1_linearity}
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\caption[Messergebnisse der Linearitätsmessung]{\label{fig:measurement_v1_linearity}
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@ -80,7 +80,7 @@ der Messung vom Sollwert.
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Es sind wie gewünscht keine merklichen Nichtlinearitäten zu erkennen.}
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Es sind wie gewünscht keine merklichen Nichtlinearitäten zu erkennen.}
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\end{figure}
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\end{figure}
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\begin{figure}[H]
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\begin{figure}[ht]
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\centering
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/1G_47M_Linearity_Error.png}
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/1G_47M_Linearity_Error.png}
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\caption[Abweichung der Linearität des TIVs]{
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\caption[Abweichung der Linearität des TIVs]{
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@ -160,6 +160,15 @@
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url = {https://resources.altium.com/p/pcb-leakage-current-and-breakdown-in-high-voltage-design}
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url = {https://resources.altium.com/p/pcb-leakage-current-and-breakdown-in-high-voltage-design}
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}
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}
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@misc{GaussLaw,
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title = {{Maxwell’s equations}},
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author = {{Wikimedia Foundation}},
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year = {2024},
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month = sep,
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note = {[Online; accessed 15th March 2024]},
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url = {https://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell’s_equations }
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}
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@article{Yang:21,
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@article{Yang:21,
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author = {Jinqing Yang and Minjie Wan and Weixian Qian and Kan Ren and Dongming Lu and Jun Zhang and Guohua Gu and Qian Chen},
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author = {Jinqing Yang and Minjie Wan and Weixian Qian and Kan Ren and Dongming Lu and Jun Zhang and Guohua Gu and Qian Chen},
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journal = {Appl. Opt.},
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journal = {Appl. Opt.},
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@ -77,5 +77,5 @@
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\usepackage{xfrac}
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\usepackage{xfrac}
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\DeclareSIUnit \var {var}
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\DeclareSIUnit \var {var}
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\usepackage{todonotes} % Todo-Notes im Text erstellen
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%\usepackage{todonotes} % Todo-Notes im Text erstellen
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%\usepackage[disable]{todonotes} % Vor dem Drucken Todo Notes hier global deaktivieren!
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\usepackage[disable]{todonotes} % Vor dem Drucken Todo Notes hier global deaktivieren!
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