Increasing the speed of parallel decoding of turbo codes

Turbo codes experience a significant decoding delay because of the iterative nature of the decoding algorithms, the high number of metric computations and the complexity added by the (de)interleaver. The extrinsic information is exchanged sequentially between two Soft-Input Soft-Output (SISO) decoders. Instead of this sequential process, a received frame can be divided into smaller windows to be processed in parallel. In this paper, a novel parallel processing methodology is proposed based on the previous parallel decoding techniques. A novel Contention-Free (CF) interleaver is proposed as part of the decoding architecture which allows using extrinsic Log-Likelihood Ratios (LLRs) immediately as a-priori LLRs to start the second half of the iterative turbo decoding. The simulation case studies performed in this paper show that our parallel decoding method can provide %80 time saving compared to the standard decoding and %30 time saving compared to the previous parallel decoding methods at the expense of 0.3 dB Bit Error Rate (BER) performance degradation.

Low Complexity All-Pass Based Polyphase Decimation Filters for ECG Monitoring

This paper presents a low complexity high efficiency decimation filter which can be employed in EletroCardioGram (ECG) acquisition systems. The decimation filter with a decimation ratio of 128 works along with a third order sigma delta modulator. It is designed in four stages to reduce cost and power consumption. The work reported here provides an efficient approach for the decimation process for high resolution biomedical data conversion applications by employing low complexity two-path all-pass based decimation filters. The performance of the proposed decimation chain was validated by using the MIT-BIH arrhythmia database and comparative simulations were conducted with the state of the art.

An embedded 1149.4 extension to support mixed-signal debugging

Debugging electronic circuits is traditionally done with bench equipment directly connected to the circuit under debug. In the digital domain, the difficulties associated with the direct physical access to circuit nodes led to the inclusion of resources providing support to that activity, first at the printed circuit level, and then at the integrated circuit level. The experience acquired with those solutions led to the emergence of dedicated infrastructures for debugging cores at the system-on-chip level. However, all these developments had a small impact in the analog and mixed-signal domain, where debugging still depends, to a large extent, on direct physical access to circuit nodes. As a consequence, when analog and mixed-signal circuits are integrated as cores inside a system-on-chip, the difficulties associated with debugging increase, which cause the time-to-market and the prototype verification costs to also increase. The present work considers the IEEE1149.4 infrastructure as a means to support the debugging of mixed-signal circuits, namely to access the circuit nodes and also an embedded debug mechanism named mixed-signal condition detector, necessary for watch-/breakpoints and real-time analysis operations. One of the main advantages associated with the proposed solution is the seamless migration to the system-on-chip level, as the access is done through electronic means, thus easing debugging operations at different hierarchical levels.

Conception et développement d’un environnement d’apprentissage sur les transformations d’énergies et leurs rendements

Le domaine des énergies est au cœur des préoccupations technologiques, politiques et économiques de notre société moderne. Ce domaine nécessite une compréhension minimale du concept scientifique de l’énergie. Elle est selon nous essentielle à toute formation citoyenne. Nous avons dans un premier temps, à partir de considérations théoriques et pratiques, examiné pourquoi ce domaine si important dans notre société technologique est si peu abordé dans le cursus scolaire québécois? Pourquoi se contente-t-on d’un enseignement théorique et discursif de ce concept? Pourquoi, au contraire de tout enseignement scientifique, n’a-t-on pas envisagé de situations d’apprentissages en laboratoire pour l’étude des énergies? Dans un deuxième temps, nous avons proposé une idée de solution concrète et réaliste pour répondre à l’ensemble de ces questions. Une solution qui invite les élèves à s’investir de manière constructive dans des activités de laboratoire afin de s’approprier ces concepts. Pour ce faire, nous avons conçu des variables globales énergies qui ont permis aux élèves de les mesurer et d’expérimenter facilement des transformations énergétiques. Cette recherche de développement technologique en éducation consiste donc à profiter des nouveaux développements technologiques de l’informatique et de la micro-électronique pour concevoir, réaliser et mettre à l’essai un environnement informatisé d’apprentissage en laboratoire pour les sciences et la technologie. Par ce que l’énergie est au confluent de trois domaines, cet environnement a été conçu pour supporter dans une même activité l’apprentissage des mathématiques, des sciences et de la technologie. Cette intégration recommandée par les nouveaux programmes est, selon nous, essentielle à la compréhension des concepts liés à l’énergie et à ses transformations. Par cette activité d’apprentissage multidisciplinaire, nous voulons, via une approche empirique et concrète, aborder ces problèmes de transformations énergétiques afin de donner aux élèves la capacité de perfectionner les prototypes qu’ils construisent en technologie de manière à améliorer leurs performances. Nous avons montré que cette démarche technoscientifique, assimilable à la conception d’un schème expérimental en sciences, favorise la compréhension des concepts liés aux énergies et à leurs transformations. Ce développement, ouvert à l’investigation scientifique, apporte un bénéfice didactique, non seulement, pour des enseignants en exercices et des étudiants-maîtres, mais aussi pour des élèves de 5ème année du niveau secondaire, ce que nous avons démontré dans une mise à l’essai empirique.

Caratérisation de la surface d’énergie potentielle des matériaux complexes et son application sur la cinétique du SiO2/Si

Dans ce rapport de mémoire, nous avons utilisé les méthodes numériques telles que la dynamique moléculaire (code de Lammps) et ART-cinétique. Ce dernier est un algorithme de Monte Carlo cinétique hors réseau avec construction du catalogue d'événements à la volée qui incorpore exactement tous les effets élastiques. Dans la première partie, nous avons comparé et évalué des divers algorithmes de la recherche du minimum global sur une surface d'énergie potentielle des matériaux complexes. Ces divers algorithmes choisis sont essentiellement ceux qui utilisent le principe Bell-Evans-Polanyi pour explorer la surface d'énergie potentielle. Cette étude nous a permis de comprendre d'une part, les étapes nécessaires pour un matériau complexe d'échapper d'un minimum local vers un autre et d'autre part de contrôler les recherches pour vite trouver le minimum global. En plus, ces travaux nous ont amené à comprendre la force de ces méthodes sur la cinétique de l'évolution structurale de ces matériaux complexes. Dans la deuxième partie, nous avons mis en place un outil de simulation (le potentiel ReaxFF couplé avec ART-cinétique) capable d'étudier les étapes et les processus d'oxydation du silicium pendant des temps long comparable expérimentalement. Pour valider le système mis en place, nous avons effectué des tests sur les premières étapes d'oxydation du silicium. Les résultats obtenus sont en accord avec la littérature. Cet outil va être utilisé pour comprendre les vrais processus de l'oxydation et les transitions possibles des atomes d'oxygène à la surface du silicium associée avec les énergies de barrière, des questions qui sont des défis pour l'industrie micro-électronique.

Studies on Electrical and Thermal Properties of Certain Selected Photonic Materials

The present thesis is centered around the study of electrical and thermal properties of certain selected photonic materials.We have studied the electrical conduction mechanism in various phases of certain selected photonic materials and those associated with different phase transitions occurring in them. A phase transition leaves its own impressions on the key parameters like electrical conductivity and dielectric constant. However, the activation energy calculation reveals the dominant factor responsible for conduction process.PA measurements of thermal diffusivity in certain other important photonic materials are included in the remaining part of the research work presented in this thesis. PA technique is a promising tool for studying thermal diffusivities of solid samples in any form. Because of its crucial role and common occurrence in heat flow problems, the thermal diffusivity determination is often necessary and knowledge of thermal diffusivity can intum be used to calculate the thermal conductivity. Especially,knowledge of the thermal diffusivity of semiconductors is important due to its relation to the power dissipation problem in microelectronic and optoelectronic devices which limits their performances. More than that, the thermal properties, especially those of thin films are of growing interest in microelectronics and microsystems because of the heat removal problem involved in highly integrated devices. The prescribed chapter of the present theis demonstrates how direct measurement of thermal diffusivity can be carried out in thin films of interest in a simple and elegant manner using PA techniques. Although results of only representative measurements viz; thermal diffusivity values in Indium, Aluminium, Silver and CdS thin films are given here, evaluation of this quantity for any photonic and / electronic material can be carried out using this technique in a very simple and straight forward manner.

Characterization of Selected Photonic Materials and Systems Using Photoacoustic Technique

The photoacoustic investigations carried out on different photonic materials are presented in this thesis. Photonic materials selected for the investigation are tape cast ceramics, muItilayer dielectric coatings, organic dye doped PVA films and PMMA matrix doped with dye mixtures. The studies are performed by the measurement of photoacoustic signal generated as a result of modulated cw laser irradiation of samples. The gas-microphone scheme is employed for the detection of photoacoustic signal. The different measurements reported here reveal the adaptability and utility of the PA technique for the characterization of photonic materials.Ceramics find applications in the field of microelectronics industry. Tape cast ceramics are the building blocks of many electronic components and certain ceramic tapes are used as thermal barriers. The thermal parameters of these tapes will not be the same as that of thin films of the same materials. Parameters are influenced by the presence of foreign bodies in the matrix and the sample preparation technique. Measurements are done on ceramic tapes of Zirconia, Zirconia-Alumina combination, barium titanate, barium tin titanate, silicon carbide, lead zirconate titanateil'Z'T) and lead magnesium niobate titanate(PMNPT). Various configurations viz. heat reflection geometry and heat transmission geometry of the photoacoustic technique have been used for the evaluation of different thermal parameters of the sample. Heat reflection geometry of the PA cell has been used for the evaluation of thermal effusivity and heat transmission geometry has been made use of in the evaluation of thermal diffusivity. From the thermal diffusivity and thermal effusivity values, thermal conductivity is also calculated. The calculated values are nearly the same as the values reported for pure materials. This shows the feasibility of photoacoustic technique for the thermal characterization of ceramic tapes.Organic dyes find applications as holographic recording medium and as active media for laser operations. Knowledge of the photochemical stability of the material is essential if it has to be used tor any of these applications. Mixing one dye with another can change the properties of the resulting system. Through careful mixing of the dyes in appropriate proportions and incorporating them in polymer matrices, media of required stability can be prepared. Investigations are carried out on Rhodamine 6GRhodamine B mixture doped PMMA samples. Addition of RhB in small amounts is found to stabilize Rh6G against photodegradation and addition of Rh6G into RhB increases the photosensitivity of the latter. The PA technique has been successfully employed for the monitoring of dye mixture doped PMMA sample. The same technique has been used for the monitoring of photodegradation ofa laser dye, cresyl violet doped polyvinyl alcohol also.Another important application of photoacoustic technique is in nondestructive evaluation of layered samples. Depth profiling capability of PA technique has been used for the non-destructive testing of multilayer dielectric films, which are highly reflecting in the wavelength range selected for investigations. Eventhough calculation of thickness of the film is not possible, number of layers present in the system can be found out using PA technique. The phase plot has clear step like discontinuities, the number of which coincides with the number of layers present in the multilayer stack. This shows the sensitivity of PA signal phase to boundaries in a layered structure. This aspect of PA signal can be utilized in non-destructive depth profiling of reflecting samples and for the identification of defects in layered structures.

An Improved Design of Combinational Digital Circuits with Multiplexers using Genetic Algorithm

This paper presents a new approach to the design of combinational digital circuits with multiplexers using Evolutionary techniques. Genetic Algorithm (GA) is used as the optimization tool. Several circuits are synthesized with this method and compared with two design techniques such as standard implementation of logic functions using multiplexers and implementation using Shannon’s decomposition technique using GA. With the proposed method complexity of the circuit and the associated delay can be reduced significantly

Microwave exfoliated reduced graphene oxide epoxy nanocomposites for high performance applications

Graphene has captured the attention of scientific community due to recently emerging high performance applications. Hence, studying its reinforcing effects on epoxy resin is a significant step. In this study, microwave exfoliated reduced graphene oxide (MERGO) was prepared from natural graphite for subsequent fabrication of epoxy nanocomposites using triethylenetetramine (TETA) as a curing agent via insitu polymerization. Thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), C13 NMR spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and ultravioletevisible (UVevis) spectroscopy were employed to confirm the simultaneous reduction and exfoliation of graphene oxide. The reinforcing effect of MERGO on epoxy resin was explored by investigating its static mechanical properties and dynamic mechanical analysis (DMA) at MERGO loadings of 0 to 0.5 phr. The micro-structure of epoxy/MERGO nanocomposites was investigated using scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM) and XRD techniques. The present work reports an enhancement of 32%, 103% and 85% in tensile, impact and flexural strength respectively of epoxy by the addition of even 0.25 phr MERGO. At this loading elastic and flexural moduli also increased by 10% and 65%, respectively. Single-edge-notch three-point-Bending (SEN-TPB) fracture toughness (KIC) measurements were carried out where a 63% increase was observed by the introduction of 0.25 phr MERGO. The interfacial interactions brought about by graphene also benefited the dynamic mechanical properties to a large extent in the form of a significant enhancement in storage modulus and slightly improved glass transition temperature. Considerable improvements were also detected in dielectric properties. The epoxy nanocomposite also attained an ac conductivity of 10 5 S/m and a remarkable increase in dielectric constant. The simple and cost effective way of graphene synthesis for the fabrication of epoxy/MERGO nanocomposites may be extended to the preparation of other MERGO based polymer nanocomposites. This remarkable class of materials has thrown open enormous opportunities for developing conductive adhesives and in microelectronics

Wahrnehmungspsychologische Evaluation eines dreidimensionalen Visualisierungssystems

Diese Arbeit beschreibt den Evaluationsprozess einer dreidimensionalen Visualisierungstechnik, die am Institut für periphere Mikroelektronik der Universität Kassel entwickelt wurde. Hinter der dreidimensionalen Darstellung mittels Linsenrasterscheibe verbirgt sich eine neue Dimension der Interaktion mit dem Computer. Im Vergleich zu gewöhnlichen dreidimensionalen Darstellungen, bei denen ein 3D-Objekt auf einer 2D-Fläche abgebildet wird und somit nach wie vor nicht aus der Bildschirmebene heraus kann, können bei der stereoskopen Darstellung die Objekte dreidimensional visualisiert werden. Die Objekte tauchen vor, beziehungsweise hinter der Darstellungsebene auf. Da die Linsenrasterscheibe bisher noch nicht wahrnehmungspsychologisch untersucht wurde und auch allgemein auf dem Gebiet der Evaluation von 3D-Systemen nur wenige Untersuchungen mit quantitativen Ergebnissen verfügbar sind (Vollbracht, 1997), besteht hier ein zentrales Forschungsinteresse. Um eine Evaluation dieses 3D-Systems durchzuführen, wird im Theorieteil der Arbeit zunächst der Begriff der Evaluation definiert. Des Weiteren werden die wahrnehmungspsychologischen Grundlagen der monokularen und binokularen Raumwahrnehmung erörtert. Anschließend werden Techniken zur Erzeugung von Tiefe in Bildern und auf Bildschirmen erläutert und die Unterschiede zwischen der technisch erzeugten und der natürlichen Tiefenwahrnehmung näher beleuchtet. Nach der Vorstellung verschiedener stereoskoper Systeme wird näher auf die autostereoskope Linsenrasterscheibe eingegangen. Zum Abschluss des theoretischen Teils dieser Arbeit wird die Theorie des eingesetzten Befindlichkeitsfragebogens veranschaulicht. Gegenstand des empirischen Teils dieser Arbeit sind zwei zentrale Fragestellungen. Erstens soll untersucht werden, ob durch den höheren Informationsgehalt grundlegende Wahrnehmungsleistungen in bestimmten Bereichen positiv beeinflusst werden können. Zweitens soll untersucht werden, ob sich die höhere visuelle Natürlichkeit und die Neuartigkeit der Bildpräsentation auch auf die subjektive Befindlichkeit der Probanden auswirkt. Die empirische Überprüfung dieser Hypothesen erfolgt mittels dreier Experimente. Bei den ersten beiden Experimenten stehen grundlegende wahrnehmungspsychologische Leistungen im Vordergrund, während in der dritten Untersuchung der Bereich der subjektiven Befindlichkeit gemessen wird. Abschließend werden die Ergebnisse der Untersuchungen vorgestellt und diskutiert. Des Weiteren werden konkrete Einsatzmöglichkeiten für die Linsenrasterscheibe aufgezeigt und denkbare nachfolgende experimentelle Vorgehensweisen skizziert.

Digitales stochastisches Magnetfeld-Sensorarray

Digitales stochastisches Magnetfeld-Sensorarray Stefan Rohrer Im Rahmen eines mehrjährigen Forschungsprojektes, gefördert von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG), wurden am Institut für Mikroelektronik (IPM) der Universität Kassel digitale Magnetfeldsensoren mit einer Breite bis zu 1 µm entwickelt. Die vorliegende Dissertation stellt ein aus diesem Forschungsprojekt entstandenes Magnetfeld-Sensorarray vor, das speziell dazu entworfen wurde, um digitale Magnetfelder schnell und auf minimaler Fläche mit einer guten räumlichen und zeitlichen Auflösung zu detektieren. Der noch in einem 1,0µm-CMOS-Prozess gefertigte Test-Chip arbeitet bis zu einer Taktfrequenz von 27 MHz bei einem Sensorabstand von 6,75 µm. Damit ist er das derzeit kleinste und schnellste digitale Magnetfeld-Sensorarray in einem Standard-CMOS-Prozess. Konvertiert auf eine 0,09µm-Technologie können Frequenzen bis 1 GHz erreicht werden bei einem Sensorabstand von unter 1 µm. In der Dissertation werden die wichtigsten Ergebnisse des Projekts detailliert beschrieben. Basis des Sensors ist eine rückgekoppelte Inverter-Anordnung. Als magnetfeldsensitives Element dient ein auf dem Hall-Effekt basierender Doppel-Drain-MAGFET, der das Verhalten der Kippschaltung beeinflusst. Aus den digitalen Ausgangsdaten kann die Stärke und die Polarität des Magnetfelds bestimmt werden. Die Gesamtanordnung bildet einen stochastischen Magnetfeld-Sensor. In der Arbeit wird ein Modell für das Kippverhalten der rückgekoppelten Inverter präsentiert. Die Rauscheinflüsse des Sensors werden analysiert und in einem stochastischen Differentialgleichungssystem modelliert. Die Lösung der stochastischen Differentialgleichung zeigt die Entwicklung der Wahrscheinlichkeitsverteilung des Ausgangssignals über die Zeit und welche Einflussfaktoren die Fehlerwahrscheinlichkeit des Sensors beeinflussen. Sie gibt Hinweise darauf, welche Parameter für das Design und Layout eines stochastischen Sensors zu einem optimalen Ergebnis führen. Die auf den theoretischen Berechnungen basierenden Schaltungen und Layout-Komponenten eines digitalen stochastischen Sensors werden in der Arbeit vorgestellt. Aufgrund der technologisch bedingten Prozesstoleranzen ist für jeden Detektor eine eigene kompensierende Kalibrierung erforderlich. Unterschiedliche Realisierungen dafür werden präsentiert und bewertet. Zur genaueren Modellierung wird ein SPICE-Modell aufgestellt und damit für das Kippverhalten des Sensors eine stochastische Differentialgleichung mit SPICE-bestimmten Koeffizienten hergeleitet. Gegenüber den Standard-Magnetfeldsensoren bietet die stochastische digitale Auswertung den Vorteil einer flexiblen Messung. Man kann wählen zwischen schnellen Messungen bei reduzierter Genauigkeit und einer hohen lokalen Auflösung oder einer hohen Genauigkeit bei der Auswertung langsam veränderlicher Magnetfelder im Bereich von unter 1 mT. Die Arbeit präsentiert die Messergebnisse des Testchips. Die gemessene Empfindlichkeit und die Fehlerwahrscheinlichkeit sowie die optimalen Arbeitspunkte und die Kennliniencharakteristik werden dargestellt. Die relative Empfindlichkeit der MAGFETs beträgt 0,0075/T. Die damit erzielbaren Fehlerwahrscheinlichkeiten werden in der Arbeit aufgelistet. Verglichen mit dem theoretischen Modell zeigt das gemessene Kippverhalten der stochastischen Sensoren eine gute Übereinstimmung. Verschiedene Messungen von analogen und digitalen Magnetfeldern bestätigen die Anwendbarkeit des Sensors für schnelle Magnetfeldmessungen bis 27 MHz auch bei kleinen Magnetfeldern unter 1 mT. Die Messungen der Sensorcharakteristik in Abhängigkeit von der Temperatur zeigen, dass die Empfindlichkeit bei sehr tiefen Temperaturen deutlich steigt aufgrund der Abnahme des Rauschens. Eine Zusammenfassung und ein ausführliches Literaturverzeichnis geben einen Überblick über den Stand der Technik.

Nanoscale heat transfer and information technology

The summary from Goodson’s group on their recent work on heat transfer issues in the microelectronics and data storage industries illustrate the critical role of heat transfer for some areas of information technology. In this article, we build on their work and discuss some directions worthy of further research.

3-and 3,4-substituted pyrroles and thiophenes and their corresponding polymers: a review

In the field of conducting polymers, both poly(pyrrole) and poly(thiophene) have been investigated extensively and are used currently in a wide variety of applications including microelectronics, electrode materials, sensors and optoelectronics. Amongst these polymers, 3- and 3,4- substituted poly(pyrroles) and poly(thiophenes) have received significant attention in recent years as demonstrated by the increase in the number of patents and publications that describe their use. This review covers the development in the synthesis of 3- and 3,4- Substituted poly(pyrroles) and poly(thiophenes) over the last 30 years, their polymerisation in addition to describing the material properties and applications of the resulting polymers. In particular, this review focuses upon the variety of methodologies employed for the synthesis of 3- and 3,4-substituted pyrroles and thiophenes as well as upon the broad range of functional groups that can be attached to the heterocyclic ring system in order to tailor the properties of the resulting polymers.