3,141 research outputs found

    Development of a Low-cost Hybrid Music Synthesizer

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    Until recently, affordable music equipment has always been seen as “budget”, providing a poor user experience. Inexpensive equipment was plagued with audible noise, signal integrity issues, and convoluted user interfaces. Companies like Teenage Engineering have proven that this does not have to be the case, in 2019 introducing their Pocket Operator” series for $89. Due to the modern availability of low cost, high quality, consumer off the shelf [COTS] analog and digital components as well as creative engineering, the quality of inexpensive audio equipment has increased significantly. Despite these industry advances, the market is relatively small and shows a great potential for growth. This senior project capitalizes on this market possibility, providing a low-cost analog/ digital hybrid synthesizer architecture without the aforementioned caveats of poor signal integrity, user interface and sound quality. The synthesizer provides a low latency, simple to use, visual interface to the user. This visual interface allows intuitive and simple-to-learn access to the synthesizer’s parameters. The value of these parameters can also be loaded or saved from non-volatile memory. The power will be provided locally by a battery. Therefore, the synthesizer’s power draw will be low enough to ensure a significant on-time. Physically, the synthesizer provides industry standard audio connectivity to be interfaced with the end user’s existing equipment

    ATLAS SCT Endcap Module Production

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    The challenges for the tracking detector systems at the LHC are unprecedented in terms of the number of channels, the required read-out speed and the expected radiation levels. The ATLAS Semiconductor Tracker (SCT) end-caps have a total of about 3 million electronics channels each reading out every 25 ns into its own on-chip 3.3 ?s buffer. The highest anticipated dose after 10 years operation is 1.4×1014 cm-2 in units of 1 MeV neutron equivalent (assuming the damage factors scale with the non-ionising energy loss). The forward tracker has 1976 double-sided modules, mostly of area ? 70 cm2, each having 2×768 strips read out by 6 ASICs per side. The requirement to achieve an average perpendicular radiation length of 1.5% X0, while coping with up to 7 W dissipation per module (after irradiation), leads to stringent constraints on the thermal design. The additional requirement of 1500 e- equivalent noise charge (ENC) rising to only 1800 e-ENC after irradiation, provides stringent design constraints on both high-density Cu/Polyimide flex read-out circuit and the ABCD3TA read-out ASICs. Finally, the accuracy of module assembly must not compromise the 16 ?m (r-?) resolution perpendicular to the strip directions or 580 ?m radial resolution coming from the 40 mrad front-back stereo angle. 2196 modules were built to the tight tolerances and specifications required for the SCT. This was 220 more than the 1976 required and represents a yield of 93%. The component flow was at times tight, but the module production rate of 40 to 50 per week was maintained despite this. The distributed production was not found to be a major logistical problem and it allowed additional flexibility to take advantage of where the effort was available, including any spare capacity, for building the end-cap modules. The collaboration that produced the ATLAS SCT end-cap modules kept in close contact at all times so that the effects of shortages or stoppages at different sites could be rapidly resolved

    Une odyssée de la communication classique au calcul quantique tolérant aux fautes

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    Cette thèse traite principalement de la protection de l'information. Non pas au sens de protection des renseignements privés dont on entend souvent parler dans les médias, mais plutôt au sens de robustesse à la corruption des données. En effet, lorsque nous utilisons un cellulaire pour envoyer un texto, plusieurs facteurs, comme les particules atmosphériques et l'interférence avec d'autres signaux, peuvent modifier le message initial. Si nous ne faisons rien pour protéger le signal, il est peu probable que le contenu du texto reste inchangé lors de la réception. C'est ce problème qui a motivé le premier projet de recherche de cette thèse. Sous la supervision du professeur David Poulin, j'ai étudié une généralisation des codes polaires, une technologie au coeur du protocole de télécommunication de 5\textsuperscript{ième} génération (5G). Pour cela, j'ai utilisé les réseaux de tenseurs, outils mathématiques initialement développés pour étudier les matériaux quantiques. L'avantage de cette approche est qu'elle permet une représentation graphique intuitive du problème, ce qui facilite grandement le développement des algorithmes. À la suite de cela, j'ai étudié l'impact de deux paramètres clés sur la performance des codes polaires convolutifs. En considérant le temps d'exécution des protocoles, j'ai identifié les valeurs de paramètres qui permettent de mieux protéger l'information à un coût raisonnable. Ce résultat permet ainsi de mieux comprendre comment améliorer les performances des codes polaires, ce qui a un grand potentiel d'application en raison de l'importance de ces derniers. Cette idée d'utiliser des outils mathématiques graphiques pour étudier des problèmes de protection de l'information sera le fil conducteur dans le reste de la thèse. Cependant, pour la suite, les erreurs n'affecteront plus des systèmes de communications classiques, mais plutôt des systèmes de calcul quantique. Comme je le présenterai dans cette thèse, les systèmes quantiques sont naturellement beaucoup plus sensibles aux erreurs. À cet égard, j'ai effectué un stage au sein de l'équipe de Microsoft Research, principalement sous la supervision de Michael Beverland, au cours duquel j'ai conçu des circuits permettant de mesurer un système quantique afin d'identifier les potentielles fautes qui affectent celui-ci. Avec le reste de l'équipe, nous avons prouvé mathématiquement que les circuits que j'ai développés sont optimaux. Ensuite, j'ai proposé une architecture pour implémenter ces circuits de façon plus réaliste en laboratoire et les simulations numériques que j'ai effectuées ont démontré des résultats prometteurs pour cette approche. D'ailleurs, ce résultat a été accueilli avec grand intérêt par la communauté scientifique et a été publié dans la prestigieuse revue \textit{Physical Review Letters}. Pour complémenter ce travail, j'ai collaboré avec l'équipe de Microsoft pour démontrer analytiquement que les architectures actuelles d'ordinateurs quantiques reposant sur des connexions locales entre les qubits ne suffiront pas pour la réalisation d'ordinateurs de grandes tailles protégés des erreurs. L'ensemble de ces résultats sont inspirés de méthodes issues de la théorie des graphes et plus particulièrement des méthodes de représentation des graphes dans un espace en deux dimensions. L'utilisation de telles méthodes pour le design de circuits et d'architectures quantiques est également une approche novatrice. J'ai terminé ma thèse sous la supervision du professeur Stefanos Kourtis. Avec celui-ci, j'ai créé une méthode, fondée sur la théorie des graphes et des méthodes d'informatique théorique, qui permet de concevoir automatiquement de nouveaux protocoles de correction des erreurs dans un système quantique. La méthode que j'ai conçue repose sur la résolution d'un problème de satisfaction de contraintes. Ce type de problème est généralement très difficile à résoudre. Cependant, il existe pour ces derniers un paramètre critique. En variant ce paramètre, le système passe d'une phase où les instances sont facilement résolubles vers une phase où il est facile de montrer qu'il n'y pas de solution. Les problèmes difficiles sont alors concentrés autour de cette transition. À l'aide d'expériences numériques, j'ai montré que la méthode proposée a un comportement similaire. Cela permet de montrer qu'il existe un régime où il est beaucoup plus facile que ce que le croyait la communauté de concevoir des protocoles de corrections des erreurs quantiques. De plus, en autant que je sache,l'article qui a résulté de ce travail est le premier qui met de l'avant ce lien entre la construction de protocoles de corrections des erreurs, les problèmes de satisfaction de contraintes et les transitions de phases

    Design of an Efficient Wall Adapter

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    This report presents a design for an efficient AC adapter that uses 85% less power than conventional adapters when idle, for an additional cost of only 1.21.Thedesignexceedstheteam2˘7sinitialtargetsof751.21. The design exceeds the team\u27s initial targets of 75% increased power efficiency at a cost of 1.30. The team logically derived the final polling design from three initially proposed solutions. This project addresses the inefficiencies of modern AC adapters, whose increased utilization has become an increasing detriment to both economy and environment

    Graph-based representations and coupled verification of VLSI schematics and layouts

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    Includes bibliographical references (p. 199-202).Work supported by the Air Force Office of Scientific Research. AFSOR 86-0164 Work supported by IBM and Analog Devices.Cyrus S. Bamji

    Tailoring three-dimensional topological codes for biased noise

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    Tailored topological stabilizer codes in two dimensions have been shown to exhibit high storage threshold error rates and improved subthreshold performance under biased Pauli noise. Three-dimensional (3D) topological codes can allow for several advantages including a transversal implementation of non-Clifford logical gates, single-shot decoding strategies, parallelized decoding in the case of fracton codes as well as construction of fractal lattice codes. Motivated by this, we tailor 3D topological codes for enhanced storage performance under biased Pauli noise. We present Clifford deformations of various 3D topological codes, such that they exhibit a threshold error rate of 50%50\% under infinitely biased Pauli noise. Our examples include the 3D surface code on the cubic lattice, the 3D surface code on a checkerboard lattice that lends itself to a subsystem code with a single-shot decoder, the 3D color code, as well as fracton models such as the X-cube model, the Sierpinski model and the Haah code. We use the belief propagation with ordered statistics decoder (BP-OSD) to study threshold error rates at finite bias. We also present a rotated layout for the 3D surface code, which uses roughly half the number of physical qubits for the same code distance under appropriate boundary conditions. Imposing coprime periodic dimensions on this rotated layout leads to logical operators of weight O(n)O(n) at infinite bias and a corresponding exp[O(n)]\exp[-O(n)] subthreshold scaling of the logical failure rate, where nn is the number of physical qubits in the code. Even though this scaling is unstable due to the existence of logical representations with O(1)O(1) low-rate Pauli errors, the number of such representations scales only polynomially for the Clifford-deformed code, leading to an enhanced effective distance.Comment: 51 pages, 34 figure

    Synthesis of Translinear Analog Signal Processing Systems

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    Even in the predominantly digital world of today, analog circuits maintain a significant and necessary role in the way electronic signals are generated and processed. A straightforward method for synthesizing analog circuits would greatly improve the way that analog circuits are currently designed. In this dissertation, I build upon a synthesis methodology for translinear circuits originally introduced by Bradley Minch that uses multiple-input translinear elements (MITEs) as its fundamental building block. Introducing a graphical representation for the way that MITEs are connected, the designer can get a feel for how the equations relate to the physical circuit structure and allows for a visual method for reducing the number of transistors in the final circuit. Having refined some of the synthesis steps, I illustrate the methodology with many examples of static and dynamic MITE networks. For static MITE networks, I present a squaring reciprocal circuit and two versions of a vector magnitude circuit. A first-order log-domain filter and an RMS-to-DC converter are synthesized showing two first-order systems, both linear and non-linear. Higher order systems are illustrated with the synthesis of a second-order log-domain filter and a quadrature oscillator. The resulting circuits from several of these examples are combined to form a phase-locked loop (PLL). I present simulated and experimental results from many of these examples. Additionally, I present information related to the process of programming the floating-gate charge for the MITEs through the use of Fowler-Nordheim tunneling and hot-electron injection. I also include code for a Perl program that determines the optimum connections to minimize the total number of MITEs for a given circuit.NSF Career award CCR-998462
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