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.

Hybrid powertrains represent the current trend on passenger cars. The purpose of thisreport is to create a basic model of a hybrid powertrain in Matlab/Simulinkenvironment and study their performance over certification driving cycle. Threecommonly used architectures are modeled and discussed in Simulink. Hence, the basiccomponents of a powertrain – battery, electric machine and combustion engine – arestudied and basic models are realized. A Thevenin equivalent circuit is used to simulatethe behavior of the battery, and the combustion engine is modeled after a Willansmodel. The electric machine model is based on a known efficiency map. Then, thearchitectures are created as well as their control strategies. The control strategies arecreated through state diagrams, and implemented into the Simulink model viaStateflow charts. A validation procedure is presented in order to study the consistencyof the models. / Hybrid drivlinor representerar en central personbilstrend. Syftet med rapporten är attpresentera en grundläggande modell för en hybrid drivlina i Matlab/Simulink. Trearkitekturer behandlas och har implementerats i Simulink. Sedan studeras degrundläggande komponenterna i ett drivaggregat (batteri, elmaskin ochförbränningsmotor). En Thevenin-ekvivalent krets används för att simulera batterietsbeteende. Förbränningsmotorn är modellerad efter en Willans-modell.Elmaskinmodellen är baserad på en känd verkningsgradsmapp. De tillhörandestyrstrategierna med hjälp av tillståndsdiagram. De implementeras i Simulinkmodellenmed hjälp av Stateflow-diagram. Ett valideringsförfarande presenteras ochvisar modellernas konsistens.

This master thesis presents an analogue peak holder circuit design aimed at facilitating the non-invasive inspection of the ageing process in electric drives. The ageing process of electric drives is a crucial aspect that demands accurate monitoring to ensure their long-term performance and reliability. The proposed peak holder circuit is specifically designed to detect fast and narrow-width pulses of ringing current present in the PWM drive current. By capturing and measuring the peak values of these pulses, the circuit provides valuable insights into the ageing characteristics of electric drives. Experimental results demonstrate the remarkable efficiency of the peak holder circuit in accurately detecting and quantifying the peak values of the ringing current pulses. The circuit exhibits a stable output swing within a specified effective input swing range, with low mean-squared error (MSE) values. This signifies a strong linear correlation between the input and output signals, enhancing the reliability of the ageing detection process. The ability of the peak holder circuit to effectively detect and analyze the ageing process of electric drives offers numerous advantages. By focusing on peak detection, which captures the highest values of the ringing current, the circuit provides a more efficient and targeted approach to inspecting the ageing process. This enables engineers and maintenance personnel to gain crucial insights into the degradation and performance of electric drives, allowing for timely interventions and proactive maintenance. / Detta examensarbete presenterar en nyutvecklad kretslösning för toppvärdesdetektering hos elektriska drivsystem, med målet att underlätta ickeinvasiv övervakning av åldrandesprocessen hos eldrivsystem. Åldrandet hos eldrivsystem är en avgörande faktor som kräver noggrann övervakning för att säkerställa deras långsiktiga prestanda och tillförlitlighet. Den föreslagna kretsen för att detektera toppvärden är specifikt utformad för att detektera snabba och kortvariga ringningar i PWM-modulerade strömmar. Genom att mäta toppvärdena ger kretsen värdefull information om åldrandekaraktären hos eldrivsystemen. Experimentella resultat visar på den enastående effektiviteten hos spetsdetekteringskretsen för att noggrant detektera och kvantifiera toppvärdena hos ringningarna i strömmen. Kretsen uppvisar en stabil utsignal inom ett specificerat ingångsintervall, med låga medelkvadratiska felvärden (MSE). Detta indikerar en stark linjär korrelation mellan ingångs- och utgångssignalerna, vilket förbättrar tillförlitligheten hos åldersdetektionsprocessen. Krestsens förmåga att effektivt detektera och analysera åldrandeprocessen hos eldrivsystem erbjuder flera fördelar. Genom att fokusera på toppvärdesdetektering, som fångar de högsta värdena av ringströmmen, ger kretsen ett mer effektivt och riktat tillvägagångssätt för att inspektera åldrandet. Det möjliggör för ingenjörer och underhållspersonal att få viktig information om nedbrytning och prestanda hos eldrivsystem, vilket möjliggör tidiga insatser och proaktivt underhåll.

Electric drives are crucial components of powertrain of modern vehicles. They need to be controlled effectively to deliver a comfortable and efficient driving experience. The control unit needs to be robust to handle extreme operating conditions and faults in a safe manner. Hardware in Loop (HIL) setups can be used to develop such control units for majority of real-life test cases, without involving physical drives. Typical HIL setup includes the controller (hardware) under test connected to a high fidelity computer model of the controlled system (plant). Thanks to the efficient, inexpensive, consistent and nondestructive nature of HIL setups, they are widely used for research and development in the automotive industry. This thesis focuses on developing such a HIL setup for latest electric drive architecture at Scania CV AB. In this thesis, the plant models are programmed onto a field programmable gate array (FPGA). The HIL setup, plant models and the controller are continuously improved throughout the thesis to achieve higher fidelity and real time replication of the internal permanent magnet synchronous machine under consideration. Software in Loop (SIL) strategy, wherein all components are represented by computer models, is also applied for rapid developments. Several aspects like flux linkage-based and inductance-based machine models, choice of arithmetic, discretization methods, noise, delays, etc. are studied and optimised during the thesis. Validation is conducted for both SIL and HIL setups and above 95% correlation with physical drive’s performance is reported. Stable operation and repeatability of the developed HIL setup ensure that the framework is scalable to be applied to other drives and control units. / Elektriska drivenheter är centrala komponenter i drivlinan hos moderna elektriska fordon. Drivenheterna måste regleras effektivt för att ge en bekväm och effektiv körupplevelse. Regulatorn måste vara robust för att säkert hantera extrema driftsförhållanden och fel. Hardware in Loop (HIL) simuleringar kan användas för att utveckla sådana regulatorer för de flesta verkliga testfall, utan att involvera de fysiska komponenterna. En typisk HIL-installation inkluderar styrenheten (hårdvaran) som testas ansluten till en datormodell av det kontrollerade systemet (anläggningen). På grund av den effektiva, billiga, konsekventa och oförstörande naturen hos HIL simuleringar används de i stor utsträckning för FoU inom fordonsindustrin. Detta examensarbete fokuserar på att utveckla en sådan HIL-modell för en elektrisk drivlina hos Scania CV AB. I detta examensarbete är anläggningsmodellerna programmerade på en programmerbar integrerad krets. HIL-inställningen, anläggningsmodellerna och styrenheten förbättras kontinuerligt under hela examensarbetet för att uppnå högre kvalitet och realtidsreplikering av den permanentmagnetiserade synkronmaskin som övervägs. En Software in Loop (SIL) strategi, där alla komponenter representeras av datormodeller, tillämpas också för snabb utveckling. Flera aspekter såsom flödesbaserade och induktansbaserade maskinmodeller, val av aritmetik, diskretiserings metoder, brus, fördröjningar etc. studeras och optimeras. Validering utförs för både SIL- och HIL-inställningar och över 95% korrelation med fysiska enhetsprestanda erhålls. Stabil drift och repeterbarhet av den utvecklade HIL-kretsen säkerställer att ramverket är skalbart för att kunna appliceras på andra enheter och regulatorer.

Machine learning is rapidly being integrated into all areas of society, however, that puts a lot of pressure on resource costraint hardware such as embedded systems. The company Ericsson is gradually integrating machine learning based on neural networks, so-called deep learning, into their radio products. One promising product is their vectorized Digital Signal Processor (DSP) that are based upon the machine learning suitable Single Instruction, Multiple Data (SIMD) paradigm and Very Long Instruction Word (VLIW) architecture. However, despite the suitability of the SIMD paradigm, the embedded system needs to efficiently execute a computation-intensive deep learning algorithm with proper use of its limited resources. Therefore commonly used methods of implementing each layer of the computation-intensive Convolutional Neural Network (CNN), a type of Deep Neural Network (DNN), have been used and evaluated its implementation on the hardware and to assess the vectorized DSP’s deep learning suitability and capabilities. Despite the suitability of the hardware, the implementation utilized less than half of the available resources at all times during the execution. The main limitations were identified to be the limited 16-bit element instructions. To enhance the performance and improve the utilization of the available resources, easy-to-implement hardware instructions have been suggested. This work has made the first steps of implementing an efficiently performing CNN implementation on the examined vectorized DSP. / Integreringen av maskininlärning in i alla samhällsområden sker idag i rusande fart, men det sätter stor press på begränsad hårdvara som inbyggda system. Företaget Ericsson integrerar successivt maskininlärning baserad på neurala nätverk, så kallad djupinlärning, i sina radioprodukter. En lovande produkt är deras vektoriserade DSP som är baserade på maskininlärningspasset SIMD-paradigm och VLIW-arkitektur. Men trots lämpligheten av SIMD-paradigmet, är den största utmaningen att utnyttja de begränsade resurserna i inbyggda systemet för att effektivt exekvera en beräkningsintensiv djupinlärningsalgoritm. Därför har vanligt använda metoder för att implementera varje lager av den beräkningsintensiva CNN, en typ av DNN, använts och utvärderats på hårdvaran för att bedöma den vektoriserade DSP:s djupinlärningslämplighet samt förmågor. Trots hårdvarans lämplighet använde alla implementeringar mindre än hälften av de tillgängliga resurserna vid alla tidpunkter under exekveringen. De huvudsakliga begränsningarna identifierades vara den begränsade tillgången på 16-bitars element instruktioner. För att förbättra prestandan för ett närmare fullt utnyttjande av tillgängliga resurser har hårdvaruinstruktioner som är enkla att implementera föreslagits. Detta arbete har tagit de första stegen för att implementera ett effektivt förformande CNN på den undersökta vekotriserade DSP.

Following the rise of Internet of Things (IoT), or just the technological advancements and expectations in a world where the things are or will be connected, new demands are put on Integrated Circuit (IC) for wireless connectivity. The use cases seem endless; smart home, healthcare, entertainment, and science are all areas that can benefit from connectivity of low power electronics. But there are obstacles to overcome. Meeting the specifications, especially the phase noise requirements of modern high-speed wireless standards can be a challenge for devices that run on low supply voltages and are allowed only very limited power consumption. The focus of this thesis is the exploration of modern LC-oscillator architectures for RF-transceivers, and the design and post-layout evaluation of a Digitally Controlled Oscillator (DCO) intended to be used in an All-Digital Phase Locked Loop (ADPLL) in a 22 nm FD-SOI process. The DCO specifications are set by an ADPLL for the Wi-Fi 6 (MCS 11) standard. The ADPLL is replacing the blocks that are usually implemented as noise-sensitive analog components with more robust digital blocks that are easier to integrate with baseband- and digital-circuitry. A dual-core class-C oscillator with a dynamic-biasing circuit is proposed and designed to meet the specification of -121 dBc/Hz phase noise at a 1 MHz offset from 7.8 GHz, a –7.18.6 GHz tuning range, and a frequency resolution of at most 35 kHz around 7.8 GHz. The phase noise specification is met; a phase noise of -121 dBc/Hz at the 1 MHz offset from 7.8 GHz is achieved in post-layout simulation along with a Figure of Merit (FoM) of 189.9, and an average tracking frequency step of 5.8 MHz. The tuning range specification was not met, but it is reasonable to believe that the specified range can be met after some redesign of the capacitor banks. Further work will be required. / Till följd av tillväxten inom Internet of Things (IoT), eller bara de teknologiska framgångar och förväntningar på en värld där dem flesta saker är eller kommer att bli uppkopplade, ställs nya krav på Integrated Circuit (IC)-komponenter för trådlös uppkoppling. Tillämningsområdena är oändliga; smart home, sjukvård och hälsa, underhållning och forskning är områden som som kan dra nytta av nya uppkopplingsmöjligheter med extremt strömsnål elektronik. Att leva upp till specifikationerna för moderna trådlösa höghastighetsuppkopplingar, speciellt när det kommer till fasbrus, kan dock vara en utmaning för enheter som måste klara sig med en väldigt begränsad effektåtgång. Fokus för denna avhandling är design och utvärdering på schematik och layout-nivå av en Digitally Controlled Oscillator (DCO) för en 22 nm Fully Depleted Silicon-On-Insulator (FD-SOI)-process avsedd att klara specifikationen satt av en given All-Digital Phase Locked Loop (ADPLL) för Wi-Fi 6 (MCS 11) standarden. En DCO och ADPLL ersätter block som tidigare tillämpats som analoga bruskänsliga komponenter med robustare digitala komponenter som är enklare att integrera med bas-band och digital logik-kretsar. En dubbelkärnig klass-C DCO med en dynamisk biaskrets föreslås för att nå kravet på fasbrus på maximalt -121 dBc/Hz mätt vid 1 MHz från en frekvens på 7.8 GHz, med ett frekvensomfång 7.1-8.6 GHz och en frekvensupplösning under 35 kHz. Fasbruset vid denna 1 MHz från 7.8 GHz uppmättes i simulering till -121 dBc/Hz, och en Figure of Merit (FoM) på 189.9 har uppnåtts, samt en genomsnittlig frekvensupplösning på 5.8 MHz nära 7.8 GHz. Designen klarar inte av att möta kraven på frekvensomfång, men det är sannolikt att en liknande design kan möta specifikationen efter ytterligare revision. Ytterligare arbete krävs.