218 research outputs found

    Una aproximación multinivel para el diseño sistemático de circuitos integrados de radiofrecuencia.

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    Tesis reducida por acuerdo de confidencialidad.En un mercado bien establecido como el de las telecomunicaciones, donde se está evolucionando hacia el 5G, se estima que hoy en día haya más de 2 Mil Millones de usuarios de Smartphones. Solo de por sí, este número es asombroso. Pero nada se compara a lo que va a pasar en un futuro muy próximo. El próximo boom tecnológico está directamente conectado con el mercado emergente del internet of things (IoT). Se estima que, en 2020, habrá 20 Mil Millones de dispositivos físicos conectados y comunicando entre sí, lo que equivale a 4 dispositivos físicos por cada persona del planeta. Debido a este boom tecnológico, van a surgir nuevas e interesantes oportunidades de inversión e investigación. De hecho, se estima que en 2020 se van a invertir cerca de 3 Mil Millones de dólares solo en este mercado, un 50% más que en 2017. Todos estos dispositivos IoT tienen que comunicarse inalámbricamente entre sí, algo en lo que los circuitos de radiofrecuencia (RF) son imprescindibles. El problema es que el diseño de circuitos RF en tecnologías nanométricas se está haciendo extraordinariamente difícil debido a su creciente complejidad. Este hecho, combinado con los críticos compromisos entre las prestaciones de estos circuitos, tales como el consumo de energía, el área de chip, la fiabilidad de los chips, etc., provocan una reducción en la productividad en su diseño, algo que supone un problema debido a las estrictas restricciones time-to-market de las empresas. Es posible concluir, por tanto, que uno de los ámbitos en los que es tremendamente importante centrarse hoy en día, es el desarrollo de nuevas metodologías de diseño de circuitos RF que permitan al diseñador obtener circuitos que cumplan con especificaciones muy exigentes en un tiempo razonable. Debido a las complejas relaciones entre prestaciones de los circuitos RF (por ejemplo, ruido de fase frente a consumo de potencia en un oscilador controlado por tensión), es fácil comprender que el diseño de circuitos RF es una tarea extremadamente complicada y debe ser soportada por herramientas de diseño asistido por ordenador (EDA). En un escenario ideal, los diseñadores tendrían una herramienta EDA que podría generar automáticamente un circuito integrado (IC), algo definido en la literatura como un compilador de silicio. Con esta herramienta ideal, el usuario sólo estipularía las especificaciones deseadas para su sistema y la herramienta generaría automáticamente el diseño del IC listo para fabricar (lo que se denomina diseño físico o layout). Sin embargo, para sistemas complejos tales como circuitos RF, dicha herramienta no existe. La tesis que se presenta, se centra exactamente en el desarrollo de nuevas metodologías de diseño capaces de mejorar el estado del arte y acortar la brecha de productividad existente en el diseño de circuitos RF. Por lo tanto, con el fin de establecer una nueva metodología de diseño para sistemas RF, se han de abordar distintos cuellos de botella del diseño RF con el fin de diseñar con éxito dichos circuitos. El diseño de circuitos RF ha seguido tradicionalmente una estrategia basada en ecuaciones analíticas derivadas específicamente para cada circuito y que exige una gran experiencia del diseñador. Esto significa que el diseñador plantea una estrategia para diseñar el circuito manualmente y, tras varias iteraciones, normalmente logra que el circuito cumpla con las especificaciones deseadas. No obstante, conseguir diseños con prestaciones óptimas puede ser muy difícil utilizando esta metodología, ya que el espacio de diseño (o búsqueda) es enorme (decenas de variables de diseño con cientos de combinaciones diferentes). Aunque el diseñador llegue a una solución que cumpla todas las especificaciones, nunca estará seguro de que el diseño al que ha llegado es el mejor (por ejemplo, el que consuma menos energía). Hoy en día, las técnicas basadas en optimización se están utilizando con el objetivo de ayudar al diseñador a encontrar automáticamente zonas óptimas de diseño. El uso de metodologías basadas en optimización intenta superar las limitaciones de metodologías previas mediante el uso de algoritmos que son capaces de realizar una amplia exploración del espacio de diseño para encontrar diseños de prestaciones óptimas. La filosofía de estas metodologías es que el diseñador elige las especificaciones del circuito, selecciona la topología y ejecuta una optimización que devuelve el valor de cada componente del circuito óptimo (por ejemplo, anchos y longitudes de los transistores) de forma automática. Además, mediante el uso de estos algoritmos, la exploración del espacio de diseño permite estudiar los distintos y complejos compromisos entre prestaciones de los circuitos de RF. Sin embargo, la problemática del diseño de RF es mucho más amplia que la selección del tamaño de cada componente. Con el objetivo de conseguir algo similar a un compilador de silicio para circuitos RF, la metodología desarrollada en la tesis, tiene que ser capaz de asegurar un diseño robusto que permita al diseñador tener éxito frente a medidas experimentales, y, además, las optimizaciones tienen que ser elaboradas en tiempos razonables para que se puedan cumplir las estrictas restricciones time-to-market de las empresas. Para conseguir esto, en esta tesis, hay cuatro aspectos clave que son abordados en la metodología: 1. Los inductores integrados todavía son un cuello de botella en circuitos RF. Los parásitos que aparecen a altas frecuencias hacen que las prestaciones de los inductores sean muy difíciles de modelar. Existe, por tanto, la necesidad de desarrollar nuevos modelos más precisos, pero también muy eficientes computacionalmente que puedan ser incluidos en metodologías que usen algoritmos de optimización. 2. Las variaciones de proceso son fenómenos que afectan mucho las tecnologías nanométricas, así que para obtener un diseño robusto es necesario tener en cuenta estas variaciones durante la optimización. 3. En las metodologías de diseño manual, los parásitos de layout normalmente no se tienen en cuenta en una primera fase de diseño. En ese sentido, cuando el diseñador pasa del diseño topológico al diseño físico, puede que su circuito deje de cumplir con las especificaciones. Estas consideraciones físicas del circuito deben ser tenidas en cuenta en las primeras etapas de diseño. Por lo tanto, con el fin de abordar este problema, la metodología desarrollada tiene que tener en cuenta los parásitos de la realización física desde una primera fase de optimización. 4. Una vez se ha desarrollado la capacidad de generar distintos circuitos RF de forma automática utilizando esta metodología (amplificadores de bajo ruido, osciladores controlados por tensión y mezcladores), en la tesis se aborda también la composición de un sistema RF con una aproximación multinivel, donde el proceso empieza por el diseño de los componentes pasivos y termina componiendo distintos circuitos, construyendo un sistema (por ejemplo, un receptor de radiofrecuencia). La tesis aborda los cuatro problemas descritos anteriormente con éxito, y ha avanzado considerablemente en el estado del arte de metodologías de diseño automáticas/sistemáticas para circuitos RF.Premio Extraordinario de Doctorado U

    Electromagnetic Interference and Compatibility

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    Recent progress in the fields of Electrical and Electronic Engineering has created new application scenarios and new Electromagnetic Compatibility (EMC) challenges, along with novel tools and methodologies to address them. This volume, which collects the contributions published in the “Electromagnetic Interference and Compatibility” Special Issue of MDPI Electronics, provides a vivid picture of current research trends and new developments in the rapidly evolving, broad area of EMC, including contributions on EMC issues in digital communications, power electronics, and analog integrated circuits and sensors, along with signal and power integrity and electromagnetic interference (EMI) suppression properties of materials

    Matlab

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    This book is a collection of 19 excellent works presenting different applications of several MATLAB tools that can be used for educational, scientific and engineering purposes. Chapters include tips and tricks for programming and developing Graphical User Interfaces (GUIs), power system analysis, control systems design, system modelling and simulations, parallel processing, optimization, signal and image processing, finite different solutions, geosciences and portfolio insurance. Thus, readers from a range of professional fields will benefit from its content

    Advanced Modeling, Control, and Optimization Methods in Power Hybrid Systems - 2021

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    The climate changes that are becoming visible today are a challenge for the global research community. In this context, renewable energy sources, fuel cell systems and other energy generating sources must be optimally combined and connected to the grid system using advanced energy transaction methods. As this reprint presents the latest solutions in the implementation of fuel cell and renewable energy in mobile and stationary applications such as hybrid and microgrid power systems based on the Energy Internet, blockchain technology and smart contracts, we hope that they will be of interest to readers working in the related fields mentioned above

    Circuit Design

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    Circuit Design = Science + Art! Designers need a skilled "gut feeling" about circuits and related analytical techniques, plus creativity, to solve all problems and to adhere to the specifications, the written and the unwritten ones. You must anticipate a large number of influences, like temperature effects, supply voltages changes, offset voltages, layout parasitics, and numerous kinds of technology variations to end up with a circuit that works. This is challenging for analog, custom-digital, mixed-signal or RF circuits, and often researching new design methods in relevant journals, conference proceedings and design tools unfortunately gives the impression that just a "wild bunch" of "advanced techniques" exist. On the other hand, state-of-the-art tools nowadays indeed offer a good cockpit to steer the design flow, which include clever statistical methods and optimization techniques.Actually, this almost presents a second breakthrough, like the introduction of circuit simulators 40 years ago! Users can now conveniently analyse all the problems (discover, quantify, verify), and even exploit them, for example for optimization purposes. Most designers are caught up on everyday problems, so we fit that "wild bunch" into a systematic approach for variation-aware design, a designer's field guide and more. That is where this book can help! Circuit Design: Anticipate, Analyze, Exploit Variations starts with best-practise manual methods and links them tightly to up-to-date automation algorithms. We provide many tractable examples and explain key techniques you have to know. We then enable you to select and setup suitable methods for each design task - knowing their prerequisites, advantages and, as too often overlooked, their limitations as well. The good thing with computers is that you yourself can often verify amazing things with little effort, and you can use software not only to your direct advantage in solving a specific problem, but also for becoming a better skilled, more experienced engineer. Unfortunately, EDA design environments are not good at all to learn about advanced numerics. So with this book we also provide two apps for learning about statistic and optimization directly with circuit-related examples, and in real-time so without the long simulation times. This helps to develop a healthy statistical gut feeling for circuit design. The book is written for engineers, students in engineering and CAD / methodology experts. Readers should have some background in standard design techniques like entering a design in a schematic capture and simulating it, and also know about major technology aspects

    Planning and Operation of Hybrid Renewable Energy Systems

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    Integrated Circuit Design for Radiation Sensing and Hardening.

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    Beyond the 1950s, integrated circuits have been widely used in a number of electronic devices surrounding people’s lives. In addition to computing electronics, scientific and medical equipment have also been undergone a metamorphosis, especially in radiation related fields where compact and precision radiation detection systems for nuclear power plants, positron emission tomography (PET), and radiation hardened by design (RHBD) circuits for space applications fabricated in advanced manufacturing technologies are exposed to the non-negligible probability of soft errors by radiation impact events. The integrated circuit design for radiation measurement equipment not only leads to numerous advantages on size and power consumption, but also raises many challenges regarding the speed and noise to replace conventional design modalities. This thesis presents solutions to front-end receiver designs for radiation sensors as well as an error detection and correction method to microprocessor designs under the condition of soft error occurrence. For the first preamplifier design, a novel technique that enhances the bandwidth and suppresses the input current noise by using two inductors is discussed. With the dual-inductor TIA signal processing configuration, one can reduce the fabrication cost, the area overhead, and the power consumption in a fast readout package. The second front-end receiver is a novel detector capacitance compensation technique by using the Miller effect. The fabricated CSA exhibits minimal variation in the pulse shape as the detector capacitance is increased. Lastly, a modified D flip-flop is discussed that is called Razor-Lite using charge-sharing at internal nodes to provide a compact EDAC design for modern well-balanced processors and RHBD against soft errors by SEE.PhDElectrical EngineeringUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/111548/1/iykwon_1.pd
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