Strukturtreue Modellierung sicherheitskritischer digitaler Schaltungen
Betreuer: M.Sc. Feim Ridvan Rasim
Vortragender: Lars Lindner
Problemstellung: In sicherheitskritischen digitalen Systemen ist es von zentraler Bedeutung, dass die logische Funktion einer Schaltung vollständig mit ihrer strukturellen Realisierung übereinstimmt. Herkömmliche Modellierungsmethoden konzentrieren sich jedoch überwiegend auf funktionale oder wertmäßige Beschreibungen und vernachlässigen dabei die strukturelle Abbildung. Dadurch können Inkonsistenzen zwischen der formal abgeleiteten Funktion und der tatsächlich implementierten Schaltung entstehen, was insbesondere in sicherheitsrelevanten Anwendungen wie in der Automobilindustrie oder in der Medizintechnik zu Fehlfunktionen führen kann. Für die funktionale Sicherheit sicherheitskritischer Schaltungen und Systeme müssen Modelle und Funktionen konsistent ineinander überführbar sein. Ihre Darstellung in Schaltungen oder in anderen Repräsentationsformen sollte die gerichtete Wirkungsweise eindeutig wiedergeben.
Problemlösung: Die strukturtreue Modellierung verbindet Funktion und Struktur einer Schaltung in einer eins zu eins Beziehung. Ziel der Seminararbeit ist es, die theoretischen Grundlagen dieser Methode anhand eines repräsentativen digitalen Beispiels, etwa eines zweieingängigen AND Gatters, zu untersuchen und praktisch umzusetzen. Dabei sollen verschiedene Darstellungsformen wie Pseudo MOS, CMOS, Domino Logik und Multiplexer Implementierungen betrachtet werden. Für jede dieser Darstellungen ist zu zeigen, dass die formal abgeleitete boolesche Funktion mit der aus der realen Struktur gewonnenen Funktion übereinstimmt, sodass strukturelle Konsistenz gewährleistet ist.
Durchführung:
- Theoretische Aufarbeitung der Grundlagen der strukturtreuen Modellierung.
- Erläuterung der Begriffe strukturtreues Modell, strukturtreue Überführung und funktionale Sicherheit.
- Beschreibung der booleschen Algebra, Aussagenlogik und positiven Logik.
- Auswahl und Analyse einer digitalen Grundschaltung (z. B. AND2 Gatter).
- Überführung der Schaltung in verschiedene Darstellungsformen: Transistorebene (NMOS), Pseudo MOS, CMOS, Domino Logik, Multiplexer Implementierung.
- Vergleich der jeweiligen Funktionsgleichungen und Blockdarstellungen.
- Diskussion der Vorteile, Grenzen und sicherheitstechnischen Aspekte.
- Dokumentation aller Ergebnisse und Schlussfolgerungen.
Termin: 09.07.2026