<p>Today electronics becomes more and more complex and to keep low costs and power consumption, both digital and analog parts are implemented on the same chip. The degree of automization for the digital parts have increased fast and is high, but for the analog parts this has not come through. This have created a big gap between the degrees of automization for the two parts and makes the analog parts the bottleneck in electronics develop. </p><p>Research is ongoing at Electronics systems group at Linköping University target the increase of design automization for analog circuits. An optimizationbased approach for device sizing is developed and for this a good optimization method is needed which can find good solutions and meet the specification parameters. </p><p>This report contains an evaluation of the optimization method Simulated Annealing. Many test runs have been made to find out good control parameters, both for Adaptiv Simulated Annealing (ASA) and a standard Simulated Annealing method. The result is discussed and all the data is in the enclosures. A popular science and mathematical description is given for Simulated Annealing as well.</p>

Today electronics becomes more and more complex and to keep low costs and power consumption, both digital and analog parts are implemented on the same chip. The degree of automization for the digital parts have increased fast and is high, but for the analog parts this has not come through. This have created a big gap between the degrees of automization for the two parts and makes the analog parts the bottleneck in electronics develop. Research is ongoing at Electronics systems group at Linköping University target the increase of design automization for analog circuits. An optimizationbased approach for device sizing is developed and for this a good optimization method is needed which can find good solutions and meet the specification parameters. This report contains an evaluation of the optimization method Simulated Annealing. Many test runs have been made to find out good control parameters, both for Adaptiv Simulated Annealing (ASA) and a standard Simulated Annealing method. The result is discussed and all the data is in the enclosures. A popular science and mathematical description is given for Simulated Annealing as well.

The purpose of this physics didactics work is to contribute to an increased knowledge of learning about electrical circuits. This is done partly through a literature studyof students’ difficulties, but also through an examination of test items on electrical circuits used in the Swedish upper secondary school. In addition to the study, a side project in the form of a translation from English to Swedish of a diagnostic test of understanding of electrical circuits, DIRECT, was carried out. Analyzing the test items on electrical circuits, 18 different categories were developed based on the collected material. The most common type of item was an item about power which also had a connection to reality. Each category was discussed in relation to the theoretical background and some items of additional interest were analyzed in more detail. Several conclusions were made based on this project, for example that a significant part of the items do not require understanding for the question but can be solved by mechanical use of formulas. In line with the research presented a considerable part of the items are dedicated to current on a conceptual level. Another conclusion was that items dealing with shorts and changes in a circuit would have been a welcome addition to the test items. / Syftet med detta fysikdidaktiska arbete är att bidra till en ökad kunskap om lärande om elektriska kretsar. Detta görs dels genom en litteraturstudie av elevers svårigheter, men också genom en undersökning av provuppgifter om elektriska kretsar som används i den svenska gymnasieskolan.Utöver undersökningen genomfördes ett sidoprojekt i form av översättning från engelska till svenska av ett diagnostiskt test av förståelse för elektriska kretsar, DIRECT. I undersökningen utarbetades 18 olika kategorier för uppgifterna om elektriska kretsar utifrån det insamlade materialet. Den vanligaste uppgiftstypen var en uppgift som handlar om effekt och som dessutom hade en verklighetskoppling. Varje uppgiftskategori diskuterades i relation till den teoretiska bakgrunden och några uppgifter av större intresse analyserades mer ingående. Flera slutsatser kunde dras av projektet, till exempel att en stor del av uppgifterna inte kräver större förståelse för frågan utan kan lösas med mekanisk användning av formler. I linje med den fysikdidaktiska forskningen ägnas dock en ansenlig del av uppgifterna åt ström på en konceptuell nivå. En annan slutsats var att uppgifter som behandlar kortslutning och förändringar i en krets hade varit ett välkommet tillägg bland provuppgifterna.

Whitebox cryptography aims at protecting standard cryptographic algorithmsthat execute in attacker-controlled environments. In these, the attacker is ableto read a secret key directly from memory. Common implementations mask alldata at runtime and operate on masked data by using many small precomputedtables. Practical whiteboxes involve trade-offs between security and executionspeed, to limit their footprints and enable applications such as real-time videostreaming.To improve this compromise, we study the use of bitslicing (or bitparallelism)to implement whiteboxes. Bitslicing is commonly used to writefast constant-time implementations of cryptographic algorithms and relies onthe synthesis of boolean circuits implementing the corresponding algorithms.The synthesis of optimal circuits for lookup tables is resource intensive andgenerally only performed once. In a whitebox context however, many randomlookup tables are generated at compile-time. We therefore require the booleancircuit generation to be time efficient.In this master thesis, we review the existing circuit-synthesis algorithms,and analyse their usability in the whitebox context. In particular, we studythe technique of Binary Decision Diagrams to generate efficient circuits ina cheap and adaptable manner. We implemented a flexible version of thisalgorithm as a C++ library. Eventually, we go through different techniques toevaluate the generated circuits and analyse the performances of our algorithm,and recommand the best parameters for the whitebox context. / Vit-låda kryptografi syftar till att skydda kryptografiska standardalgoritmersom körs i miljöer som kontrolleras av angripare, där angriparen kan läsa enhemlig nyckel direkt från minnet. Vanliga tillämpningar maskerar alla data vidkörning och bearbetar maskerade data med hjälp av många små förberäknadetabeller. Praktiska vit-låda innebär att man måste göra avvägningar mellansäkerhet och exekveringshastighet, för att begränsa deras fotavtryck och möjliggöratillämpningar som till exempel videoströmning i realtid.För att förbättra denna kompromiss studerar vi användningen av bitslicing(eller bit-parallelism) för att genomföra vit-låda. Bitslicing används vanligenför att skriva snabba konstanttidsimplementationer av kryptografiska algoritmeroch kräver syntes av boolska kretsar som implementerar motsvarande funktioner.Syntesen av optimala kretsar för uppslagstabeller är resurskrävande och utförsi allmänhet bara en gång. I ett vit-låda-sammanhang genereras dock mångaslumpmässiga uppslagstabeller vid kompilering, och därför kräver vi attgenereringen av boolska kretsar är tidseffektiv.I denna masteruppsats går vi igenom de befintliga algoritmerna för kretssyntesoch analyserar deras användbarhet i vit-låda-sammanhang. Vi studerar särskilttekniken med binära beslutsdiagram för att generera effektiva kretsar på ettbilligt och anpassningsbart sätt. Vi har implementerat en flexibel version avdenna algoritm som ett C++-bibliotek. Slutligen går vi igenom olika teknikerför att utvärdera de genererade kretsarna och analysera vår algoritms prestandaoch rekommenderar de bästa parametrarna för whitebox-kontexten. / La cryptographie en boîte blanche est connue comme protection pour desalgorithmes cryptographiques s’exécutant dans des environnements contrôléspar l’attaquant. L’approche classique consiste à remplacer les opérations pardes accès à des tables précalculées, ce qui a un coût en performance. Il estdifficile d’obtenir un bon compromis entre sécurité et vitesse d’exécution pourdes applications lourdes telles que la diffusion de contenus vidéos en tempsréel.Le parallélisme au bit ou bitslicing est utilisé en cryptographie traditionnellepour accélérer les implémentations, mais aussi en boîte blanche. Cettetechnique d’implémentation demande la synthèse d’un circuit booléen pourchaque table, recherche qui peut être très coûteuse en temps. En pratique, ilest commun de regénérer régulièrement toutes les tables utilisées dans uneboîte blanche pour renouveler sa défense, ce qui complique l’application dubit-parallélisme.Nous présentons dans cette thèse de master notre effort pour une synthèseefficace de circuits booléens à l’usage de la compilation de boîtes blanchesparallèles au bit. Nous publierons avec cet article une bibliothèque C++ etun module de compilation LLVM pour l’écriture d’implémentation bitslicée,avec un objectif de performance et de lisibilité.

Denna rapport utreder möjligheten till en mönsterkortslösning för en kabelbaserad kraftenhet. Denna kraftenhet är en låda som består av flera komponenter som exempelvis kraftenheter för 24V, 100V, filter och motorstyrkort för två axlar samt kraftfördelning. Kablarna i enheten är tidskrävande och dessutom kostsamma. Därför har enheten idag både hög produktionskostnad och produktionstid. Kablarna tillför, utöver höga kostnader, risk för störningar och p.g.a. mängden kablar ökar svårigheten att felsöka enheten. Simuleringar har genomförts med LT-Spice för olika RC-filter för styrsignalerna i kraftenheten. Vidare har ett kretsschema konstruerats baserat på ritningen av lådan och alla kablar som ska reduceras och hanteras av mönsterkortet. Med kretsschemat skapades en layout för mönsterkortet. Denna layout representerar alla komponenter och hur kopparledningarna ska placeras. Det ledde till att mönsterkortet utvecklades som en möjlig lösning till kraftenheten. / This report investigates the possibility for a PCB (Printed circuit board) solution for a cable-based power unit. This power unit is a box which contains multiple components as for example power units for 24v, 100v, filter and motor control boards fort wo shafts and power supply. The cables in the unit are complicated and hard to construct and also expensive. Therefore, the unit has a high production cost and high production time. Besides high costs the cables also add risks for interference and because of the amount of cables it also raises the difficulty to debug the unit. Simulations have been done with LT-Spice for constructions of different RC-filters for the steering signals in the power unit. Furthermore, a circuit diagram has been drawn based on the drawing of the power unit and all the cables that are to be reduced and handled by the circuit board. The circuit board layout was designed based on the circuit diagram. Which led to a circuit board being developed as a possible solution for the power unit.

Industrial innovation is mostly driven by miniaturization. As a result of remarkable technological advancements in the fields of equipment, materials and production processes, transistor, the fundamental active component in conventional electronics, has shrunk in size. Semiconductor technology is unique in that all performance metrics are enhanced, while at the same time unit prices are reduced. Moore’s Law, which predicts that the number of components per chip will double every two years, was established in 1965, and the industry has been able to keep up with this prophetic prognosis since. Thermal management, on the other hand, has become a key limiting factor for current electronic circuits and is set to put a stop to Moore’s Law. Given the fact that complementary metal oxide semiconductor (CMOS) scaling is reaching fundamental limits, there are several new alternative processing devices and architectures that have been investigated for both traditional integrated circuit (IC) technologies and novel technologies, including new technologies aimed at contributing to advances in scaling progress and cost reductions in manufacturing operations in the coming decades. These factors will encourage the development of new information processing and memory systems, new technologies for integrating numerous features heterogeneously and new system architectural design layouts, among other things. Energy efficiency is advantageous from a sustainability perspective and for consumer electronics, for which fewer power-hungry components mean longer times between charges and smaller batteries. The creation of novel chip-scale tools that can aid in the transfer of information across optical frequencies and microscale photonics between nanoscale electronic devices is now a possibility. Bridging this technological gap may be achieved by plasmonics. The incorporation of plasmonic, photonic and electrical components on a single chip may lead to a number of innovative breakthroughs. Photonic integrated circuits (PICs) enable the realization of ultra-small, high-efficiency, ultra-responsive and CMOS-compatible devices that can be used in applications ranging from optical wireless communication systems (6G and beyond) and supercomputers to health and energy.   This thesis provides a platform from which to design nanoplasmonic devices while facilitating high-transmission and/or absorption efficiency, miniaturized size and the use of near-infrared (NIR) wavelengths for telecom applications. With a significant amount of Internet traffic transmitted optically, communication systems are further tightening the requirements for the development of new optical devices. Several new device structures based on the metal-insulator-metal (MIM) plasmonic waveguide are proposed and investigated using performance metrics. The transmission line theory (TLM) from microwave circuit theory and coupled mode theory (CMT) is studied and employed in the design process of the nanostructures, in particular to address the losses in plasmonic-based devices, which has been the major factor hampering their widespread usage in communication systems. By taking advantage of well-established microwave circuit theory (through new design that paves the way for mitigating these losses and enabling efficient transmission of power flow in the optical devices), we have suggested a number of high-transmission efficiency nanodevices that offer highly competitive performance compared with other platforms. As a result, a promising future for plasmonic technology, which would enable design and fabrication of multipurpose and multifunctional optical devices that are efficient in terms of losses, footprint and capability of integrating active devices, is anticipated. / Branschinnovation drivs främst av miniatyrisering. Som ett resultat av anmärkningsvärda tekniska framsteg inom områdena utrustning, material och produktionsprocesser kunde transistoren, den grundläggande aktiva komponenten i samtida elektronik, krympa i storlek. Halvledarteknik är unik genom att alla prestandamått förbättras, samtidigt som enhetspriserna sänks. Moores Lag, som förutspår att antalet komponenter per chip skulle fördubblas vartannat år, inrättades 1965, och branschen har kunnat hålla jämna steg med den profetiska prognosen sedan dess. Termisk hantering, å andra sidan, har blivit en viktig begränsande faktor för nuvarande elektroniska kretsar, och är inställd på att sätta stopp för Moores Lag. Med tanke på att CMOS-skalningen (Complementary Metal Oxide Semiconductor) når grundläggande gränser finns det flera nya alternativa bearbetningsanordningar och arkitekturer som har undersökts för både traditionell integrerad kretsteknik och ny teknik. Ny teknik som syftar till att bidra till framsteg i skalningen av framsteg och kostnadsminskningar i tillverkningsverksamheten under de kommande årtiondena. Dessa faktorer uppmuntrar utvecklingen av nya informationsbehandlings- och minnessystem, ny teknik för att integrera många funktioner heterogent och nya systemarkitekturdesignlayouter, bland annat. Energieffektivitet är fördelaktigt ur ett hållbarhetsperspektiv och för hemelektronik, där färre krafthungriga elektroniker innebär längre tid mellan laddningar och stimulerar för ett mindre energilagringssystem ombord. Skapandet av nya chip-scale verktyg som kan bidra till överföring av information över optiska frekvenser och mikroskala fotonik mellan elektroniska enheter i nanoskala är nu en möjlighet. Överbrygga denna tekniska klyfta kan uppnås av plasmonics. Införlivandet av plasmoniska, fotoniska och elektriska komponenter på ett enda chip kan leda till ett antal innovativa genombrott. Fotoniska integrerade kretsar (PIC-enheter) möjliggör förverkligande av ultrasmå, högeffektiva, ultraresponsiva och CMOS-kompatibla enheter som kan användas i applikationer som sträcker sig från optiska trådlösa kommunikationssystem (6G och därefter), superdatorer till hälso- och energiändamål. Denna avhandling ger en plattform för att designa nanoplasmoniska enheter samtidigt som den innehåller hög överförings- och eller absorptionseffektivitet, miniatyriserad storlek och vid önskade våglängder av nära infraröd (NIR) för telekomapplikationer. Med den betydande mängden Internettrafik som överförs optiskt skärper kommunikationssystemen ytterligare kraven för utveckling av nya optiska enheter. Flera nya enhetsstrukturer baserade på metall-isolator-metall (MIM) plasmonisk vågledare föreslås och numeriskt undersöks. Överföringslinjeteorin (TLM) från mikrovågskretsteori och kombinationslägesteori (CMT) studeras och används i nanostrukturerna. För att ta itu med de förluster i plasmonbaserade enheter som har varit den viktigaste parametern som hindrade deras utbredda användning i kommunikationssystem, genom att dra nytta av den väletablerade mikrovågskretsteorin (genom ny design som banar väg för att mildra förlusterna och möjliggöra effektiv överföring av kraftflödet i den optiska enheten).  Vi har framgångsrikt föreslagit ett antal nanodevices med hög överföringseffektivitet som erbjuder en mycket konkurrenskraftig prestanda jämfört med andra plattformar. Som ett resultat förväntar vi oss en lovande framtid för plasmonisk teknik som skulle möjliggöra design och tillverkning av mångsidiga och multifunktionella optiska enheter som är effektiva när det gäller förluster, fotavtryck och förmåga att integrera aktiva enheter. / <p>Vid tidpunkten för framläggandet av avhandlingen var följande delarbeten opublicerade: delarbete II inskickat, III, IV, V manuskript.</p><p>At the time of the licentiate defence the following papers were unpublished: paper II submitted, III, IV, V manuscript.</p>

Praktiska inslag i fysikundervisning spelar en betydande roll för elevernas lärande. Praktiska undersökande och utforskande arbetssätt gynnar elevernas kunskapsutveckling och deras uppfattning kring nya begrepp. I skolan och särskilt under gymnasiet börjar eleverna gradvis att utveckla och praktisera sitt lärande och använda sin observations- och analysförmåga för att dra slutsatser. Genom vetenskaplig och teknisk utveckling av exempelvis datorsimuleringsteknik har möjligheter att använda animeringar och interaktiva simuleringar uppkommit för att användas i utbildningssammanhang. I detta examensarbete undersöker vi två olika labborativa läraktiviteter inom fysikundervisning. Labborativa läraktiviteter utgörs dels av laboration med traditionell fysisk utrustning, dels av laboration med digitala PhET (Physics Education Technology) datorsimuleringar. Det område inom fysikundervisningen som omfattas i studien är elevernas möjlighet att utveckla konceptuella uppfattningar och förståelse om parallellkopplade elektriska kretsar. I denna fallstudie har vi följt 40 niondeklassare som vi slumpmässigt delat upp i två kontrollgrupper. 20 elever har arbetat med en traditionell laboration med fysiskt lärmaterial i form av olika elektriska kretskomponenter som ska kopplas ihop medan de andra övriga 20 eleverna har arbetat med en laboration med användning av ett digitalt verktyg i form av Circuit Construction Kit: DC-Lab i- PhET-datorsimuleringsmiljön. Undersökningen handlar om att utforska likheter och skillnader i elevernas upplevelser och uppfattningar av begreppet parallellkopplade elektriska kretsar i de två olika labborativa läraktiviteterna, samt att utforska vilka missuppfattningar som kan uppstå hos eleverna efter att ha deltagit i de två olika labborativa läraktiviteterna. Data utgörs av elevernas svar som fritexter till enkätfrågor efter genomförandet av laborationerna, vilket avspeglar elevernas upplevelser och uppfattningar av begreppet parallellkopplade elektriska kretsar i de två olika labborativa läraktiviteterna. I denna fallstudie används en deduktiv tematisk analysmetod för att identifiera likheter och skillnader i elevernas upplevelser och uppfattningar av den parallellkopplade elektriska kretsen under de två laborativa läraktiviteterna, samt att undersöka vilken laborativ läraktivitet som gynnar elevernas uppfattning av den parallellkopplade elektriska kretsen och deras lärande. Teoretiskt ramverk för analysen baseras på en del av Ingerman m.fl. (2007) kategorisystem. Resultatet av vår studie indikerar att en del av eleverna upplevde och tolkade den parallellkopplade elektriska kretsen på olika sätt under de laborativa läraktiviteterna. En del av eleverna som arbetade med traditionell fysisk utrustning missuppfattade hur den parallellkopplade elektriska kretsen fungerade, medan elever som använde CCK-PhET-simuleringsverktyget uppvisade en högre grad av förståelse om den parallellkopplade elektriska kretsen jämfört med elever som använde traditionell fysisk utrustning. Detta visar hur dessa två olika typer av laborationer kan påverka elevernas kunskapsutveckling och lärande. Resultaten av studien skulle kunna ge lärare inblick för att utforma undervisning som främjar elevernas kunskapsutveckling inom fysikundervisning. / Practical elements in physics education play a significant role in students' learning. Hands-on investigative and exploratory methods promote students' experiences and their understanding of various new concepts. In school, and especially during high school, students gradually develop and practice their learning and use their observational skills and analysis to draw conclusions. Through scientific and technological developments, such as computer simulation technology, opportunities arise to use animations and interactive simulations have emerged for use in educational contexts. In this thesis, we investigate two different lab-based learning activities in physics education. Lab-based learning activities consist of traditional physical equipment experimentation and digital PhET (Physics Education Technology) simulation-based experimentation. The area of physics education covered is students' ability to develop conceptual understandings of parall elelectrical circuits. In this case study, we followed 40 ninth-grade students whom we randomly divided into two control groups. Twenty students worked on a traditional laboratory experiment with physical learning materials consisting of different electrical circuit components that needed to be connected, while the other 20 students worked on a digital laboratory experiment using a Circuit Construction Kit: DC-Lab in the PhET simulation environment. The study aims to explore similarities and differences in students' experiences and perceptions of the concept of parallel electrical circuits in the two different lab-based learning activities, as well as to investigate any misconceptions that may arise in students after participating in the two different lab-based learning activities. Data consists of students' responses as free-text answers to survey questions after completing the experiments, reflecting students' experiences and perceptions of the concept of parallel electrical circuits in the two different lab-based learning activities. In this case study, we use a deductive thematic analysis method to identify similarities and differences in students' experiences and perceptions of the parallel electrical circuit during the two lab-based learning activities, as well as to investigate which lab-based learning activity benefits students' understanding of the parallel electrical circuit and their learning. The theoretical framework for analysis is based on a part of Ingerman et al.'s (2007) categorization system. The results of our study indicate that some students experienced and interpreted the parallel electrical circuit differently during the lab-based learning activities. Some students who worked with traditional physical equipment showed misconceptions about how the parallel electrical circuit worked, while students who used the CCK-PhET simulation tool demonstrated a higher level of understanding of the parallel electrical circuit compared to students who used traditional physical equipment. This shows how the two different types of lab-based learning activities can affect students' knowledge development and learning. The results of the study could provide teachers with input to design teaching that promotes students' knowledge development in physics education.

Spintronics is an attractive field that combines magnetism and electronics to realize new devices. Spin based oscillators (SBOs) have gained significant interest in recent years due to their attractive characteristics, including high operating frequency, low power, small area and integration compatibility with CMOS circuitry. SBOs have shown potential in the fields of wireless communication systems, magnetic field sensing and neuromorphic computing. A relatively new and promising SBO architecture is the three-terminal Spin Hall Nano Oscillator (SHNO). To accelerate the design of next generation spintronic devices, co-design and simulation of three-terminal SHNOs with CMOS technology are of great importance. To realize this, a comprehensive analytical model is needed. In this thesis, an extensive survey of SBO theory is performed and a set of compact equations are proposed to describe the SBO characteristics. From these equations a compact model is realized in Verilog-A and verified against experimental measurements. The model shows good agreement with experimental results and opens up the possibility of designing CMOS circuits for three-terminal SHNOs. / Spintronics kombinerar magnetism och elektronik med syftet att utveckla nya komponenter. Spin baserade oscillatorer (SBO) har fått ökad intresse de senaste åren på grund av deras attraktiva egenskaper, inklusive hög frekvens, låg kraft, liten yta och integrations kompatibilitet med CMOS-kretsar. SBO har visat potential i kommunikationssystem, avkänning av magnetfält och neuromorfisk databehandling. En ny och förhoppningsfull SBO-arkitektur är den tre-terminala Spin Hall Nano Oscillator (SHNO). För att påskynda design av nästa generations spintronic-komponenter är co-design och simulering av tre-terminala SHNOs med CMOS-teknik av en stor betydelse. En modell krävs för att göra detta. I denna avhandling utförs en omfattande undersökning av SBO teori samt ekvationer för beskrivning av SBO egenskaper är föreslagen. Från dessa ekvationer är en kompakt modell i Verilog-A utvecklad och verifieras mot experimentella mätningar. Modellen visar god överensstämmelse med experimentella resultat och öppnar möjligheten att designa CMOS-kretsar för tre-terminal SHNOs.

Accurate estimation of voltage drop (IR drop), in Application-Specific Integrated Circuits (ASICs) is a critical challenge, which impacts their performance and power consumption. As technology advances and die sizes shrink, predicting IR drop fast and accurate becomes increasingly challenging. This thesis focuses on exploring the application of Machine Learning (ML) algorithms, including Extreme Gradient Boosting (XGBoost), Convolutional Neural Network (CNN) and Graph Neural Network (GNN), to address this problem. Traditional methods of estimating IR drop using commercial tools are time consuming, especially for complex designs with millions of transistors. To overcome that, ML algorithms are investigated for their ability to provide fast and accurate IR drop estimation. This thesis utilizes electrical, timing and physical features of the ASIC design as input to train the ML models. The scalability of the selected features allows for their effective application across various ASIC designs with very few adjustments. Experimental results demonstrate the advantages of ML models over commercial tools, offering significant improvements in prediction speed. Notably, GNNs, such as Graph Convolutional Network (GCN) models showed promising performance with low prediction errors in voltage drop estimation. The incorporation of graph-structures models opens new fields of research for accurate IR drop prediction. The conclusions drawn emphasize the effectiveness of ML algorithms in accurately estimating IR drop, thereby optimizing ASIC design efficiency. The application of ML models enables faster predictions and noticeably reducing calculation time. This contributes to enhancing energy efficiency and minimizing environmental impact through optimised power circuits. Future work can focus on exploring the scalability of the models by training on a smaller portion of the circuit and extrapolating predictions to the entire design seems promising for more efficient and accurate IR drop estimation in complex ASIC designs. These advantages present new opportunities in the field and extend the capabilities of ML algorithms in the task of IR drop prediction. / Noggrann uppskattning av spänningsfallet (IR-fall), i ASIC är en kritisk utmaning som påverkar deras prestanda och strömförbrukning. När tekniken går framåt och formstorlekarna krymper, blir det allt svårare att förutsäga IR-fall snabbt och exakt. Denna avhandling fokuserar på att utforska tillämpningen av ML-algoritmer, inklusive XGBoost, CNN och GNN, för att lösa detta problem. Traditionella metoder för att uppskatta IR-fall med kommersiella verktyg är tidskrävande, särskilt för komplexa konstruktioner med miljontals transistorer. För att övervinna det undersöks ML-algoritmer för deras förmåga att ge snabb och exakt IR-falluppskattning. Denna avhandling använder elektriska, timing och fysiska egenskaper hos ASIC-designen som input för att träna ML-modellerna. Skalbarheten hos de valda funktionerna möjliggör deras effektiva tillämpning över olika ASIC-designer med mycket få justeringar. Experimentella resultat visar fördelarna med ML-modeller jämfört med kommersiella verktyg, och erbjuder betydande förbättringar i förutsägelsehastighet. Noterbart är att GNNs, såsom GCN-modeller, visade lovande prestanda med låga prediktionsfel vid uppskattning av spänningsfall. Införandet av grafstrukturmodeller öppnar nya forskningsfält för exakt IRfallförutsägelse. De slutsatser som dras betonar effektiviteten hos MLalgoritmer för att noggrant uppskatta IR-fall, och därigenom optimera ASICdesigneffektiviteten. Tillämpningen av ML-modeller möjliggör snabbare förutsägelser och märkbart minskad beräkningstid. Detta bidrar till att förbättra energieffektiviteten och minimera miljöpåverkan genom optimerade kraftkretsar. Framtida arbete kan fokusera på att utforska skalbarheten hos modellerna genom att träna på en mindre del av kretsen och att extrapolera förutsägelser till hela designen verkar lovande för mer effektiv och exakt IR-falluppskattning i komplexa ASIC-designer. Dessa fördelar ger nya möjligheter inom området och utökar kapaciteten hos ML-algoritmer i uppgiften att förutsäga IR-fall.

This thesis deals with wireless power transfer from an external source to embedded small devices (such as for conditioning monitoring, control etc.) located at different distances from the source. The proposed designs can be used in a variety of applications, including mobile phones, electric cars, unmanned aerial vehicles, robots, etc. where it could be very convenient to transmit power without wires/cables. The wireless charging method which avoids using conventional cables and wires for energizing or charging electrical devices has been one of the fastest developed recent technologies. The inductive coupling technique is one way to transfer power wirelessly and works fairly well over very short distances. For distances greater than the radius of the emitter, however, inductive coupling rapidly declines. An improved approach is to create inductive-capacitive resonance which improves efficiency and transfer distance, which was proposed by Tesla. Other methods using more than two coils have lately been proposed, which improve transfer characteristics even further. Several designs were proposed consisting of two, three and four coil combinations, with different shapes and sizes. A ferrite cored solenoid was also chosen as emitter in some setups over air cored solenoid, for better field enhancement in longitudinal energy transfer applications. To have low resistive high energy transfer, coil-capacitor designs were proposed. Several simulations were performed using COMSOL Multiphysics software to understand the magnetic field distribution and transfer to the adjacent coils in air medium. Based on this power transfer efficiency graphs were plotted for every proposed design. For validation, few simulations were contrasted with lab experiments. The focus was to develop and contribute to the improvement of existing techniques. For this, it is sometimes enough to transfer a small amount of power (e.g., 0.5 W) at different distances and frequencies with different set ups. The results obtained from the simulation and measurements were used to evaluate the impact of frequency and transfer distance on energy transfer in wireless power transfer techinque for proposed design. The analysis was used to suggest the improvements or part of future work in the designs such as use of Litz wire and ferrite concentrators with thin conductive laminates. / Detta examensarbete behandlar trådlös kraftöverföring från en extern källa till inbyggda små enheter (såsom för tillståndsövervakning, kontroll etc.) placerade på olika avstånd från källan. De föreslagna designerna kan användas i en mängd olika applikationer, inklusive mobiltelefoner, elbilar, obemannade flygfordon, robotar, etc. där det kan vara mycket bekvämt att överföra ström utan ledningar/kablar. Den trådlösa laddningsmetoden som undviker att använda konventionella kablar och ledningar för att strömsätta eller ladda elektriska apparater har varit en av de snabbast utvecklade nya teknologierna. Den induktiva kopplingstekniken är ett sätt att överföra ström trådlöst och fungerar ganska bra över mycket korta avstånd. För avstånd större än sändarens radie avtar emellertid den induktiva kopplingen snabbt. Ett förbättrat tillvägagångssätt är att skapa induktiv-kapacitiv resonans som förbättrar effektiviteten och överföringsavståndet, vilket föreslogs av Tesla. Andra metoder som använder mer än två spolar har nyligen föreslagits, vilka förbättrar överföringsegenskaperna ytterligare. Flera konstruktioner föreslogs bestående av två, tre och fyra spolar kombinationer, med olika former och storlekar. En solenoid med ferritkärna valdes också som sändare i vissa inställningar framför solenoid med luftkärna, för bättre fältförstärkning i longitudinella energiöverföringstillämpningar. För att ha låg resistiv hög energiöverföring föreslogs spolkondensatorkonstruktioner. Flera simuleringar utfördes med COMSOL Multiphysics programvara för att förstå magnetfältets distribution och överföring till intilliggande spolar i luftmedium. Baserat på detta ritades grafer för effektöverföringseffektivitet för varje föreslagen design. För validering kontrasterades få simuleringar med labbexperiment. Fokus var att utveckla och bidra till förbättringen av befintliga tekniker. För detta räcker det ibland att överföra en liten mängd effekt (t.ex. 0,5 W) på olika avstånd och frekvenser med olika uppsättningar. Resultaten från simuleringarna och mätningarna användes för att utvärdera effekten av frekvens och överföringsavstånd på energiöverföring i trådlös kraftöverföringsteknik för föreslagen design. Analysen användes för att föreslå förbättringar eller delar av framtida arbete i designen, såsom användning av Litz-tråd och ferritkoncentratorer med tunna ledande laminat.