#import "@preview/cetz:0.4.1"

== Elektronik 3
=== Speisungen
Speisungen (linear, boost, buck, inverter, charge pump)

78xx



=== Reale Bauelemente (Transistor und OP)
=== Operationsverstärker und Transimpedanzverstärker

Eingangsspannungs offset nullen

#image("../img/elektronik_3/Instrumentenverstärker.jpg")

CMRR??? -> comon mode redejte ration


=== Verstärkerschaltungen für Detektoren
=== Schaltungen für Gepulste Sender, Laser und Gleichlichtunterdrückung von Detektoren
=== Brückenschaltungen und ihre Steuerung
=== Wirkungsgrad und Verluste
=== Rauschen
==== weisses Rauschen
==== Rosa Rauschen
==== Burst Rauschen
==== Bandbegrenztes Rauschen
==== SNR Signal to Noise Ration

=== Signalintegrität (Massnahmen)
==== Parasitäre Effekte
==== Jitter
#grid(columns: (1fr, 1fr), gutter: 10pt, [
Jitter bezeichnet eine nicht gerade Flanke, sondern eine, die wie in der Abbildung dargestellt leicht hin und her schwankt.
], [#image("../img/elektronik_3/Jitter_timing.svg.png")]
)

==== Massnahmen
- Kein DC, weder im Signal, noch in der Auswertung
- Die Eingänge toleranter gegen Über- bzw. Unterspannungen machen.
- Eigenrauschen der «Signal Conditioning-Stufe» sehr rauscharm gestalten
- Alle Frequenzbereiche, die nicht zum Signal beitragen VOR dem Eingang filtern.
- Spezielle Messverfahren (z.B Lock-in), die Messungen in stark rauschenden Umgebungen ermöglichen
- Hohe Dynamik bei ADC, damit digitale Filterung effektiv ist.
- Kleine Signale möglichst früh im Pfad rauscharm verstärken, wenn möglich bandlimitiert.
- Auf Leiterplatten:
  - Sternförmige Signale (auch Erde, Versorgung)
  - Abstände zwischen hochfrequenten Signalen
  - Zusätzliche Erdungsebenen
  - Kurze Signalleitungen
  - Unterschiedliche Domänen (Bereiche, z.B. Hochstrom, digital, analog)
  - Kondensatoren zur Entkopplung

=== Netzwerkgrundlagen
==== Topologien
#table(columns: (0.5fr, 1fr, 1fr),
[Punkt zu Punkt], [
  #cetz.canvas({
    import cetz.draw: *
    // scale(0.5)
    rect((0, 0), (2, 2), fill: blue)
    rect((4, 0), (6, 2), fill: blue)
    line((2, 1), (4, 1), mark: (symbol: ">"), fill: blue, stroke: blue)
  })], [
    *Vorteile*
- Volle Bandbreite
- Einfach
- Kein Routing
*Nachteile*
- Nur 2 Einheiten verbindbar
],
[Stern], [
  #cetz.canvas({
    import cetz.draw: *
    scale(0.5)
    rect((0, 0), (2, 2), fill: blue)
    rect((4, -1), (6, 1), fill: blue)
    rect((1, -3), (3, -1), fill: blue)
    rect((-2, -4), (0, -2), fill: blue)
    rect((-4, -1), (-2, 1), fill: blue)
    rect((-4, 2), (-2, 4), fill: blue)
    rect((-1, 3), (1, 5), fill: blue)
    line((2, 1), (4, 0), mark: (symbol: ">"), fill: blue, stroke: blue)
    line((1, 0), (2, -1), mark: (symbol: ">"), fill: blue, stroke: blue)
    line((1, 0), (-1, -2), mark: (symbol: ">"), fill: blue, stroke: blue)
    line((0, 1), (-2, 0), mark: (symbol: ">"), fill: blue, stroke: blue)
    line((0, 1), (-2, 3), mark: (symbol: ">"), fill: blue, stroke: blue)
    line((1, 2), (0, 3), mark: (symbol: ">"), fill: blue, stroke: blue)
  })], [
    *Vorteile*
- Ausfall von Endgeräten lokal begrenzt
- Hohe Datenraten
- Leicht erweiterbar
- Einfach
- Einfaches Routing
*Nachteile*
- Ausfall des Verteilers ist fatal
],
[Ring], [
  #cetz.canvas({
    import cetz.draw: *
    scale(0.5)
    circle((0, 0), radius: 4)
    rect((2, 3), (4, 5), fill: blue)
    rect((2, -3), (4, -1), fill: blue)
    rect((2, -3), (4, -1), fill: blue)
    rect((-2, -5), (0, -3), fill: blue)
    rect((-5, -1), (-3, 1), fill: blue)
    rect((-3, 3), (-1, 5), fill: blue)
  })], [
    *Vorteile*
- Deterministisch wie Punkt zu Punkt begrenzt
- Signalauffrischung
- Hohe Bandbreite zwischen den Rechnern
*Nachteile*
- Ausfall eines Gerätes kritisch
- Lange Wege, hohe Latenzen
- Energieeffizienz
],
[Bus], [
  #cetz.canvas({
    import cetz.draw: *
    scale(0.38)
    rect((0, 0), (2, 2), fill: blue)
    rect((3, 0), (5, 2), fill: blue)
    rect((6, 0), (8, 2), fill: blue)
    rect((11, 0), (13, 2), fill: blue)
    rect((14, 0), (16, 2), fill: blue)
    line((0, 3), (16, 3), stroke: 4pt)
    line((1, 3), (1, 2))
    line((4, 3), (4, 2))
    line((7, 3), (7, 2))
    line((12, 3), (12, 2))
    line((15, 3), (15, 2))
  })], [
    *Vorteile*
- Wenig Kabel
- Keine aktiven Netzwerkkomponente
*Nachteile*
- Leicht abhörbar
- Lange Wege, hohe Latenzen
],
[Baum], [
  #cetz.canvas({
    import cetz.draw: *
    scale(0.5)
    rect((0, 0), (2, 2), fill: blue)
    rect((0, 4), (2, 6), fill: blue)
    rect((-3, 7), (-1, 9), fill: blue)
    rect((-3, 14), (-1, 16), fill: blue)
    rect((0, 12), (2, 14), fill: blue)
    rect((3, 9), (5, 11), fill: blue)
    rect((3, 6), (5, 8), fill: blue)
    rect((6, 14), (8, 16), fill: blue)
    line((1, 4), (1, 2))
    line((0.5, 3), (0.5, 2))
    line((0.5, 3), (-2, 3))
    line((-2, 7), (-2, 3))
    line((-2, 9), (-2, 14))
    line((-1, 8), (1, 8))
    line((1, 12), (1, 8))
    line((1.5, 6), (1.5, 10))
    line((3, 10), (1.5, 10))
    line((3, 7), (1.5, 7))
    line((2, 5), (7, 5))
    line((7, 14), (7, 5))
  })], [
    *Vorteile*
- Skaliert gut
- Ausfall eines Blattes unkritisch
- Grosse ‘Entfernungen’ realisierbar
- Gut durchsuchbar
*Nachteile*
- Zentrale Knoten sind kritisch
- An der Wurzel hohe Datenlast
],
[Vermaschtes Netz], [
  #cetz.canvas({
    import cetz.draw: *
    scale(0.5)
    rect((0, 0), (2, 2), fill: blue)
    rect((1, 3), (3, 5), fill: blue)
    rect((3, 7), (5, 9), fill: blue)
    rect((0, 7), (2, 9), fill: blue)
    rect((-3, 4), (-1, 6), fill: blue)
    rect((5, 4), (7, 6), fill: blue)
    rect((5, 1), (7, 3), fill: blue)
    line((2, 3), (1, 2))
    line((2, 1), (5, 2))
    line((6, 4), (6, 3))
    line((6, 6), (5, 8))
    line((4, 7), (3, 4))
    line((5, 5), (3, 4))
    line((5, 5), (2, 8))
    line((2, 5), (1, 7))
    line((-1, 5), (1, 7))
    line((-1, 5), (1, 4))
    line((-1, 5), (0, 1))
    line((-1, 5), (3, 8))
  })], [
    *Vorteile*
- Zuverlässig
- Leistungsfähig (viele Pfade)
*Nachteile*
- Hoher Infrastrukturaufwand (ausser drahtlos)
- Komplexes Routing
- Energieeffizienz
],
[Zelle], [
  #cetz.canvas({
    import cetz.draw: *
    scale(0.38)
    rect((0, 0), (2, 2), fill: blue)
    rect((3, 0), (5, 2), fill: blue)
    rect((6, 0), (8, 2), fill: blue)
    rect((11, 0), (13, 2), fill: blue)
    rect((14, 0), (16, 2), fill: blue)
    line((0, 3), (16, 3), stroke: 4pt)
    line((1, 3), (1, 2))
    line((4, 3), (4, 2))
    line((7, 3), (7, 2))
    line((12, 3), (12, 2))
    line((15, 3), (15, 2))
  })], [
    Wie Bus, aber drahtlos
  ],
[Hybrid], [ ], [
  - Mischung aus vorgenannten Topologien
  - Kann auf Kontext optimal angepasst werden
  ],
)

==== Schichtenmodell

#cetz.canvas({
  import cetz.draw: *

  let layers = (
    (color: red,      name: "Physical",     data: " "),
    (color: yellow,   name: "Data link",    data: "D"),
    (color: green,    name: "Network",      data: "N"),
    (color: aqua,     name: "Transport",    data: "T"),
    (color: purple,   name: "Session",      data: "S"),
    (color: eastern,  name: "Presentation", data: "P"),
    (color: orange,   name: "Application",  data: "A"),
  )

  for (i, layer) in layers.enumerate() {
    rect(
      (0, i * 1.5),
      (1, i * 1.5 + 1),
      fill: layer.color
    )
    content((0.5, i * 1.5 + 0.5), [#(i + 1)])

    rect(
      (1.5, i * 1.5),
      (4.5, i * 1.5 + 1),
      fill: layer.color
    )
    content((3, i * 1.5 + 0.5), [#layer.name])
  }

  for (i, layer) in layers.enumerate(){
    if i > 0 {
      for j in range(i){
        rect(((i - 1) * 1 + 5, j * 1.5 + 1.5), ((i - 1) * 1 + 6, j * 1.5 + 2.5), fill: layer.color)
        content(((i - 1) * 1 + 5.5, j * 1.5 + 2.3), [#layer.data])
        content(((i - 1) * 1 + 5.5, j * 1.5 + 1.7), [H])
      }
    }
  }

  for i in range(1, 7){
    rect((11, i * 1.5), (13, i * 1.5 + 1), fill: gray)
    content((12, i * 1.5 + 0.5), [Data])
  }

  rect((13, 1.5), (14, 2.5), fill: yellow)
  content((13.5, 2.3), [D])
  content((13.5, 1.7), [T])
  rect((5, 0), (14, 1), fill: red)
  content((9.5, 0.5), [Bits])

  line((14.5, 0), (14.5, 1), stroke: 5pt)
  line((14.5, 1.5), (14.5, 2.5), stroke: 5pt)
  line((14.5, 3), (14.5, 4), stroke: 5pt)
  line((14.5, 4.5), (14.5, 5.5), stroke: 5pt)
  line((14.5, 6), (14.5, 10), stroke: 5pt)
  content((15, 0.5), [Bits], anchor: "west")
  content((15, 2), [Frames], anchor: "west")
  content((15, 3.5), [Packets], anchor: "west")
  content((15, 5), [Segments], anchor: "west")
  content((15, 8), [Data], anchor: "west")
})

==== TCP/IP

==== Sockets
==== HTTP/HTML, JS/Web-Programmierung
==== MQTT
==== Sicherheit