Analysis and design of sinusoidal quadrature RC-oscillators

Modern telecommunication equipment requires components that operate in many different frequency bands and support multiple communication standards, to cope with the growing demand for higher data rate. Also, a growing number of standards are adopting the use of spectrum efficient digital modulations, such as quadrature amplitude modulation (QAM) and orthogonal frequency division multiplexing (OFDM). These modulation schemes require accurate quadrature oscillators, which makes the quadrature oscillator a key block in modern radio frequency (RF) transceivers. The wide tuning range characteristics of inductorless quadrature oscillators make them natural candidates, despite their higher phase noise, in comparison with LC-oscillators. This thesis presents a detailed study of inductorless sinusoidal quadrature oscillators. Three quadrature oscillators are investigated: the active coupling RC-oscillator, the novel capacitive coupling RCoscillator, and the two-integrator oscillator. The thesis includes a detailed analysis of the Van der Pol oscillator (VDPO). This is used as a base model oscillator for the analysis of the coupled oscillators. Hence, the three oscillators are approximated by the VDPO. From the nonlinear Van der Pol equations, the oscillators’ key parameters are obtained. It is analysed first the case without component mismatches and then the case with mismatches. The research is focused on determining the impact of the components’ mismatches on the oscillator key parameters: frequency, amplitude-, and quadrature-errors. Furthermore, the minimization of the errors by adjusting the circuit parameters is addressed. A novel quadrature RC-oscillator using capacitive coupling is proposed. The advantages of using the capacitive coupling are that it is noiseless, requires a small area, and has low power dissipation. The equations of the oscillation amplitude, frequency, quadrature-error, and amplitude mismatch are derived. The theoretical results are confirmed by simulation and by measurement of two prototypes fabricated in 130 nm standard complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology. The measurements reveal that the power increase due to the coupling is marginal, leading to a figure-of-merit of -154.8 dBc/Hz. These results are consistent with the noiseless feature of this coupling and are comparable to those of the best state-of-the-art RC-oscillators, in the GHz range, but with the lowest power consumption (about 9 mW). The results for the three oscillators show that the amplitude- and the quadrature-errors are proportional to the component mismatches and inversely proportional to the coupling strength. Thus, increasing the coupling strength decreases both the amplitude- and quadrature-errors. With proper coupling strength, a quadrature error below 1° and amplitude imbalance below 1% are obtained. Furthermore, the simulations show that increasing the coupling strength reduces the phase noise. Hence, there is no trade-off between phase noise and quadrature error. In the twointegrator oscillator study, it was found that the quadrature error can be eliminated by adjusting the transconductances to compensate the capacitance mismatch. However, to obtain outputs in perfect quadrature one must allow some amplitude error.

Advances and future challenges in printed batteries

There is an increasing interest in thin and flexible energy storage devices to meet modern society needs for applications such as, radio frequency sensing, interactive packaging and other consumer products. Printed batteries comply these requirements and are an excellent alternative to conventional batteries for many applications. Flexible and micro-batteries are also included in the area of printed batteries whenever fabricated by printing technologies. The main characteristics, advantages, disadvantages, developments, and printing techniques of printed batteries are presented and discussed in this review. The state-of-art takes into account both the research and industrial levels. In the academic one, the research progress of printed batteries is summarized divided in lithium-ion battery (Li-ion), zinc-manganese dioxide (Zn-MnO2), and other battery types with emphasis on the different materials for anode, cathode and separator as well as in the battery design. With respect to the industrial state-of-art, materials, device formulations and manufacturing techniques are presented. Finally, the prospects and challenges of printed batteries are discussed.

Energy harvesting device based on a metallic glass/PVDF magnetoelectric laminated composite

A flexible and low cost energy harvester device based on the magnetoelectric (ME) effect has been designed using Fe64Co17Si7B12 as amorphous magnetostrictive ribbons and PVDF as the piezoelectric element. Sandwich-type laminated composite of 3 cm long has been fabricated by gluing these ribbons to the PVDF with the Devcon 5 minute epoxy. Good power output and power density of 6.4 μW and 1.5 mW/cm3, respectively, have been obtained through a multiplier circuit. All values have been measured at the magnetomechanical resonance of the laminate. The effect of the length of the ME laminate on the power output has been also studied, exhibiting a decay as the length of the ME laminate does. Nevertheless, good performance of such device has been obtained for a 0.5 cm long device, working already at 337 KHz, within the low radio frequency (LRF) range.

Desenvolvimento e caracterização de díodos orgânicos emissores de luz

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores

Novas funcionalidades para dispositivos médicos invasivos com imagem

Tese de Doutoramento em Engenharia Eletrónica e de Computadores.

Children's play and leisure : connections with emotional competence

O jogo e o lazer são elementos importantes para o desenvolvimento das crianças. O objetivo geral desta tese foi o de investigar o modo como o jogo e o lazer estão relacionados com diferentes aspetos das competências emocional e social das crianças e jovens. Nesta tese foram investigados três aspetos do jogo: o tempo, a forma e o nível social, diferentes formas de lazer, e vários elementos chave do funcionamento sócio-emocional, através da combinação de observações naturalistas, tarefas, questionários e de um método inovador de mensuração, baseado em Identificação por Rádio-Frequência. O panorama que surge dos estudos incluídos nesta tese é que o jogo e o lazer estão relacionados com o funcionamento sócio-emocional, embora de formas distintas, e por vezes inesperadas. Os estudos no recreio revelaram que as crianças envolvem-se predominantemente no jogo de atividade física. Contudo, enquanto que uma forma de jogo de atividade física, o jogo de exercício, foi associado a melhor competência social, a outra forma, o jogo de luta-e-perseguição, foi associado à agressividade. O facto de o jogo de faz-de-conta, em estudos anteriores, ter sido maioritariamente estudado em espaços interiores, pode explicar o porquê das associações negativas encontradas entre o jogo de faz-de-conta, quer em grupo, quer solitário (nas raparigas) e a competência sócio-emocional, que contrastam com a literatura. De facto, as crianças que não conseguem juntar-se aos seus pares no jogo de exercício podem optar por esta alternativa, o que sugere que crianças socialmente competentes poderão retirar maior vantagem das oportunidades existentes, adaptando melhor os seus comportamentos de jogo. As crianças mais velhas têm geralmente mais liberdade de decisão sobre o seu tempo de lazer. Quando perguntámos às crianças mais velhas e aos adolescentes como passavam a sua semana, as atividades de ecrã destacaram-se. Contudo, as atividades de ecrã e as atividades intelectuais foram relacionadas a mais problemas de saúde mental, enquanto que as atividades desportivas foram associadas a melhor saúde mental. Concluindo, diferentes formas de jogo e de lazer podem ter diferentes funções, de uma forma positiva ou negativa, dependendo da situação em que a criança se encontra.

Métodos de extracción de parámetros de un circuito equivalente de pequeña señal para transistores LDMOS de potencia para aplicaciones de RF

En la actualidad, la gran cantidad de aplicaciones que surgen dentro del ámbito de la radiofrecuencia hacen que el desarrollo de dispositivos dentro de este campo sea constante. Estos dispositivos cada vez requieren mayor potencia para frecuencias de trabajo elevadas, lo que sugiere abrir vías de investigación sobre dispositivos de potencia que ofrezcan los resultados deseados para altas frecuencias de operación (GHz). Dentro de este ámbito, el objetivo principal de este proyecto es el de realizar un estudio sobre este tipo de dispositivos, siendo el transistor LDMOS el candidato elegido para tal efecto, debido a su buen comportamiento en frecuencia para tensiones elevadas de funcionamiento.

Análisis y diseño de filtros apilados basados en resonadores acústicos

Durant els últims anys la demanda de filtres pas banda de ràdio freqüència, de reduïdes dimensions, lleugers i d'elevades prestacions destinats a sistemes de comunicacions inalàmbriques s'ha incrementat de forma significativa. Aquests sistemes principalment són els sistemes de telefonia mòbil de tercera generació UMTS y el sistema de navegació GPS. Els filtres actuals, basats en ressonadors SAW (Surface Acoustic Wave), tenen unes dimensions reduïdes però estan limitats en freqüència (3 GHz) i la seva tecnologia no és compatible amb les tecnologies estàndards de circuits integrats. Per aquestes raons s'espera que els filtres basats en ressonadors BAW (Bulk Acoustic Wave) substitueixin als SAW. Els dos tenen dimensions similars, però els filtres BAW poden funcionar a freqüències superiors a 3 GHz, poden treballar amb nivells de potència majors, i és important destacar el fet que la seva tecnologia és compatible amb les tecnologies estàndards de circuits integrats. La investigació en l'àmbit dels filtres BAW s'ha centrat en millorar els processos tecnològics i la qualitat dels materials, però s'ha treballat poc en l'adaptació de les tècniques sistemàtiques de disseny de filtres a les particularitats d'aquesta tecnologia, per tant el principal objectiu d'aquest treball és presentar mètodes sistemàtics per al disseny de filtres BAW, centrant-se en l'estudi d’estructures apilades.

Disseny i caracterització d'estructures RF amb printed electronics per a RFID

En els últims anys printed electronics està aixecant un gran interès entre la indústria electrònica. Aquest tipus de procés consisteix en imprimir circuits amb tècniques d'impressió convencionals utilitzant tintes conductores, resistives, dielèctriques o semiconductores sobre substrats flexibles de baix cost com paper o plàstic. Fer servir aquestes tècniques s'espera que suposi una reducció dels costos de producció degut a que és un procés totalment additiu el que fa que sigui més senzill i es redueixi la quantitat de material emprat. El disseny de dispositius bàsics com resistències, condensadors i bobines per posteriorment veure la relació entre simulacions i valors obtinguts ha ocupat la primera part del projecte. La segona s’ha centrat en fer prototips d’antenes per a RFID (Radio Frequency IDentification) amb la tecnologia que es disposa a CEPHIS (Centre de Prototips i Solucions Hardwre-Software). Tot això ha servit per caracteritzar la tecnologia de la que es disposa i saber en quins apartats s’ha de seguir treballant per aconseguir millors prestacions.

Especificacions, Anàlisi i Disseny d'un Programari de Gestió de Magatzems

Aquest treball de fi de carrera vol reflectir les necessitats bàsiques per al disseny d'un programari de gestió de magatzems (PGM a partir d'ara). Un PGM té la particularitat d'haver d'establir connexions entre els fluxos físics del treball propi d'un magatzem i els fluxos de dades propis d'un sistema informàtic. Les prestacions del PGM s'hauran de desenvolupar en part en terminals de radiofreqüència, ja que es considera que el treball en línia és bàsic per a gestionar un magatzem.

Practical signal-to-noise ratio quantification for sensitivity encoding: Application to coronary MR angiography.

Purpose: To develop and evaluate a practical method for the quantification of signal-to-noise ratio (SNR) on coronary MR angiograms (MRA) acquired with parallel imaging.Materials and Methods: To quantify the spatially varying noise due to parallel imaging reconstruction, a new method has been implemented incorporating image data acquisition followed by a fast noise scan during which radio-frequency pulses, cardiac triggering and navigator gating are disabled. The performance of this method was evaluated in a phantom study where SNR measurements were compared with those of a reference standard (multiple repetitions). Subsequently, SNR of myocardium and posterior skeletal muscle was determined on in vivo human coronary MRA.Results: In a phantom, the SNR measured using the proposed method deviated less than 10.1% from the reference method for small geometry factors (<= 2). In vivo, the noise scan for a 10 min coronary MRA acquisition was acquired in 30 s. Higher signal and lower SNR, due to spatially varying noise, were found in myocardium compared with posterior skeletal muscle.Conclusion: SNR quantification based on a fast noise scan is a validated and easy-to-use method when applied to three-dimensional coronary MRA obtained with parallel imaging as long as the geometry factor remains low.

RFID per al control de vehicles en àrees de trànsit restringit

En aquest projecte s'ha dissenyat un sistema informàtic per controlar els esdeveniments produïts per vehicles en zones de trànsit restringit i zones de càrrega i descàrrega. La tecnologia utilitzada és RFID (Radio Frequency Identification Vehicles). Pel que fa al maquinari del projecte, s'ha desenvolupat un sistema a partir d'una placa amb un microcontrolador. Amb aquesta placa es simulen els esdeveniments i s'envien a una màquina amb estructura PC via port Sèrie. Finalment, aquesta màquina processa els esdeveniments rebuts, i els envia a través de la xarxa Ethernet a un servidor central. Pel que fa al programari del projecte, s'ha dissenyat una aplicació web amb llenguatge PHP que processarà les dades rebudes des de la màquina via Ethernet. Un cop l'aplicació rep les dades dels esdeveniments, aquesta s'encarrega d'introduir-les a la base de dades, de manera que aquesta es mantingui actualitzada en tot moment. A més, aquesta aplicació ha de permetre consultar totes les dades sobre els esdeveniments produïts, de manera que es guardi un historial d'aquests

Non-invasive RF built-in testing using on-chip temperature sensors

This poster shows how to efficiently observe high-frequency figures of merit in RF circuits by measuring DC temperature with CMOS-compatible built-in sensors.

Sistemes logístics de codificació i identificació, i perspectives de futur

Comptar amb sistemes sofisticats de gestió o programes ERP (Enterprise Resource Planning) no és suficient per a les organitzacions. Per a què aquests recursos donin resultats adequats i actualitzats, la informació d’entrada ha de llegir-se de forma automàtica, per aconseguir estalviar en recursos, eliminació d’errors i assegurar el compliment de la qualitat. Per aquest motiu és important comptar amb eines i serveis d’identificació automàtica i col•lecció de dades. Els principals objectius a assolir (a partir de la introducció al lector de la importància dels sistemes logístics d’identificació en un entorn global d’alta competitivitat), són conèixer i comprendre el funcionament de les tres principals tecnologies existents al mercat (codis de barres lineals, codis de barres bidimensionals i sistemes RFID), veure en quin estat d’implantació es troba cadascuna i les seves principals aplicacions. Un cop realitzat aquest primer estudi es pretén comparar les tres tecnologies per o poder obtenir perspectives de futur en l’àmbit de l’autoidentificació. A partir de la situació actual i de les necessitats de les empreses, juntament amb el meravellós món que sembla obrir la tecnologia RFID (Radio Frequency Identification), la principal conclusió a la que s’arribarà és que malgrat les limitacions tècniques dels codis de barres lineals, aquests es troben completament integrats a tota la cadena logística gràcies a l’estandarització i la utilització d’un llenguatge comú, sota el nom de simbologies GTIN (Global Trade Item Number), durant tota la cadena de subministres que garanteixen total traçabilitat dels productes gràcies en part a la gestió de les bases de dades i del flux d’informació. La tecnologia RFUD amb l’EPC (Electronic Product Code) supera aquestes limitacions, convertint-se en el màxim candidat per a substituir els limitats codis de barres. Tot i això, RFID, amb l’EPC, no serà un adequat identificador logístic fins que es superin importants barreres, com són la falta d’estandarització i l’elevat cost d’implantació.

Point defects and texture of Pd1-xInx sputtered intermetallic thin films

Pd1-xInx thin films (0.4 < x < 0.56) were prepared by radio frequency sputtering from a multi-zone target. The properties of these Hume-Rothery alloys were studied by X-ray diffractometry, electron probe microanalysis and scanning tunneling microscopy. The diffraction spectra were analyzed to obtain the intensity ratio of the (100) superlattice line to the (200) normal line, together with the variations of the lattice constant. The results ape explained quantitatively by a model based on point defects, i.e. Pd vacancies in In-rich films and Pd antisite atoms in Pd-rich films. In-rich films grow preferentially in the [100] direction while Pd-rich films grow preferentially in the [110] direction. The grains in indium-rich sputtered films appear to be enclosed in an atomically thick, indium-rich layer. The role of texture and the influence of point defects on electrical resistivity is also reported. (C) 1996 Elsevier Science Limited.