Nonlinear/electromagnetic co-simulation of microwaves and millimeter-waves links

The Ph.D. thesis describes the simulations of different microwave links from the transmitter to the receiver intermediate-frequency ports, by means of a rigorous circuit-level nonlinear analysis approach coupled with the electromagnetic characterization of the transmitter and receiver front ends. This includes a full electromagnetic computation of the radiated far field which is used to establish the connection between transmitter and receiver. Digitally modulated radio-frequency drive is treated by a modulation-oriented harmonic-balance method based on Krylov-subspace model-order reduction to allow the handling of large-size front ends. Different examples of links have been presented: an End-to-End link simulated by making use of an artificial neural network model; the latter allows a fast computation of the link itself when driven by long sequences of the order of millions of samples. In this way a meaningful evaluation of such link performance aspects as the bit error rate becomes possible at the circuit level. Subsequently, a work focused on the co-simulation an entire link including a realistic simulation of the radio channel has been presented. The channel has been characterized by means of a deterministic approach, such as Ray Tracing technique. Then, a 2x2 multiple-input multiple-output antenna link has been simulated; in this work near-field and far-field coupling between radiating elements, as well as the environment factors, has been rigorously taken into account. Finally, within the scope to simulate an entire ultra-wideband link, the transmitting side of an ultrawideband link has been designed, and an interesting Front-End co-design technique application has been setup.

PTA e stenting carotideo: valutazione morfologica ed evolutiva, a breve e medio termine

In un periodo di tre anni è stato svolto un lavoro mirato alla valutazione delle complicanze correlate all’utilizzo dello stenting carotideo. Dopo la preparazione di un protocollo con definizione di tutti i fattori di rischio sono stati individuati i criteri di inclusione ed esclusione attraverso i quali arruolare i pazienti. Da Luglio 2004 a Marzo 2007 sono stati inclusi 298 pazienti e sono state valutate le caratteristiche della placca carotidea, con particolare riferimento alla presenza di ulcerazione e/o di stenosi serrata, la tortuosità dei vasi e il tipo di arco aortico oltre a tutti i fattori di rischio demografici e metabolici. E’ stato valutato quanto e se questi fattori di rischio incrementino la percentuale di complicanze della procedura di stenting carotideo. I pazienti arruolati sono stati suddivisi in due gruppi a seconda della morfologia della placca: placca complicata (placca con ulcera del diametro > di 2 mm e placca con stenosi sub occlusiva 99%) e placca non complicata. I due gruppi sono stati comparati in termini di epidemiologia, sintomatologia neurologica preoperatoria, tipo di arco, presenza di stenosi o ostruzione della carotide controlaterale, tipo di stent e di protezione cerebrale utilizzati, evoluzione clinica e risultati tecnici. I dati sono stati valutati mediante analisi statistica di regressione logistica multipla per evidenziare le variabili correlate con l’insuccesso. Dei 298 pazienti consecutivi sottoposti a stenting, 77 hanno mostrato una placca complicata (25,8%) e 221 una placca non complicata (74,2%). I due gruppi non hanno avuto sostanziali differenze epidemiologiche o di sintomatologia preoperatoria. Il successo tecnico si è avuto in 272 casi (91,2%) e sintomi neurologici post-operatosi si sono verificati in 23 casi (23.3%). Tutti i sintomi sono stati temporanei. Non si sono avute differenze statisticamente significative tra i due gruppi in relazione alle complicanze neurologiche e ai fallimenti tecnici. L’età avanzata è correlata ad un incremento dei fallimenti tecnici. I risultati dello studio portano alla conclusione che la morfologia della placca non porta ad un incremento significativo dei rischi correlati alla procedura di stenting carotideo e che l’indicazione alla CAS può essere posta indipendentemente dalla caratteristica della placca.

Il passato nell’epoca della sua (ri)producibilità digitale. Torino 1943 - 45. Metodologia della ricerca con tecnologie informatiche. Sistema storico-territoriale di informazione multimediale

Se il lavoro dello storico è capire il passato come è stato compreso dalla gente che lo ha vissuto, allora forse non è azzardato pensare che sia anche necessario comunicare i risultati delle ricerche con strumenti propri che appartengono a un'epoca e che influenzano la mentalità di chi in quell'epoca vive. Emergenti tecnologie, specialmente nell’area della multimedialità come la realtà virtuale, permettono agli storici di comunicare l’esperienza del passato in più sensi. In che modo la storia collabora con le tecnologie informatiche soffermandosi sulla possibilità di fare ricostruzioni storiche virtuali, con relativi esempi e recensioni? Quello che maggiormente preoccupa gli storici è se una ricostruzione di un fatto passato vissuto attraverso la sua ricreazione in pixels sia un metodo di conoscenza della storia che possa essere considerato valido. Ovvero l'emozione che la navigazione in una realtà 3D può suscitare, è un mezzo in grado di trasmettere conoscenza? O forse l'idea che abbiamo del passato e del suo studio viene sottilmente cambiato nel momento in cui lo si divulga attraverso la grafica 3D? Da tempo però la disciplina ha cominciato a fare i conti con questa situazione, costretta soprattutto dall'invasività di questo tipo di media, dalla spettacolarizzazione del passato e da una divulgazione del passato parziale e antiscientifica. In un mondo post letterario bisogna cominciare a pensare che la cultura visuale nella quale siamo immersi sta cambiando il nostro rapporto con il passato: non per questo le conoscenze maturate fino ad oggi sono false, ma è necessario riconoscere che esiste più di una verità storica, a volte scritta a volte visuale. Il computer è diventato una piattaforma onnipresente per la rappresentazione e diffusione dell’informazione. I metodi di interazione e rappresentazione stanno evolvendo di continuo. Ed è su questi due binari che è si muove l’offerta delle tecnologie informatiche al servizio della storia. Lo scopo di questa tesi è proprio quello di esplorare, attraverso l’utilizzo e la sperimentazione di diversi strumenti e tecnologie informatiche, come si può raccontare efficacemente il passato attraverso oggetti tridimensionali e gli ambienti virtuali, e come, nel loro essere elementi caratterizzanti di comunicazione, in che modo possono collaborare, in questo caso particolare, con la disciplina storica. La presente ricerca ricostruisce alcune linee di storia delle principali fabbriche attive a Torino durante la seconda guerra mondiale, ricordando stretta relazione che esiste tra strutture ed individui e in questa città in particolare tra fabbrica e movimento operaio, è inevitabile addentrarsi nelle vicende del movimento operaio torinese che nel periodo della lotta di Liberazione in città fu un soggetto politico e sociale di primo rilievo. Nella città, intesa come entità biologica coinvolta nella guerra, la fabbrica (o le fabbriche) diventa il nucleo concettuale attraverso il quale leggere la città: sono le fabbriche gli obiettivi principali dei bombardamenti ed è nelle fabbriche che si combatte una guerra di liberazione tra classe operaia e autorità, di fabbrica e cittadine. La fabbrica diventa il luogo di "usurpazione del potere" di cui parla Weber, il palcoscenico in cui si tengono i diversi episodi della guerra: scioperi, deportazioni, occupazioni .... Il modello della città qui rappresentata non è una semplice visualizzazione ma un sistema informativo dove la realtà modellata è rappresentata da oggetti, che fanno da teatro allo svolgimento di avvenimenti con una precisa collocazione cronologica, al cui interno è possibile effettuare operazioni di selezione di render statici (immagini), di filmati precalcolati (animazioni) e di scenari navigabili interattivamente oltre ad attività di ricerca di fonti bibliografiche e commenti di studiosi segnatamente legati all'evento in oggetto. Obiettivo di questo lavoro è far interagire, attraverso diversi progetti, le discipline storiche e l’informatica, nelle diverse opportunità tecnologiche che questa presenta. Le possibilità di ricostruzione offerte dal 3D vengono così messe a servizio della ricerca, offrendo una visione integrale in grado di avvicinarci alla realtà dell’epoca presa in considerazione e convogliando in un’unica piattaforma espositiva tutti i risultati. Divulgazione Progetto Mappa Informativa Multimediale Torino 1945 Sul piano pratico il progetto prevede una interfaccia navigabile (tecnologia Flash) che rappresenti la pianta della città dell’epoca, attraverso la quale sia possibile avere una visione dei luoghi e dei tempi in cui la Liberazione prese forma, sia a livello concettuale, sia a livello pratico. Questo intreccio di coordinate nello spazio e nel tempo non solo migliora la comprensione dei fenomeni, ma crea un maggiore interesse sull’argomento attraverso l’utilizzo di strumenti divulgativi di grande efficacia (e appeal) senza perdere di vista la necessità di valicare le tesi storiche proponendosi come piattaforma didattica. Un tale contesto richiede uno studio approfondito degli eventi storici al fine di ricostruire con chiarezza una mappa della città che sia precisa sia topograficamente sia a livello di navigazione multimediale. La preparazione della cartina deve seguire gli standard del momento, perciò le soluzioni informatiche utilizzate sono quelle fornite da Adobe Illustrator per la realizzazione della topografia, e da Macromedia Flash per la creazione di un’interfaccia di navigazione. La base dei dati descrittivi è ovviamente consultabile essendo contenuta nel supporto media e totalmente annotata nella bibliografia. È il continuo evolvere delle tecnologie d'informazione e la massiccia diffusione dell’uso dei computer che ci porta a un cambiamento sostanziale nello studio e nell’apprendimento storico; le strutture accademiche e gli operatori economici hanno fatto propria la richiesta che giunge dall'utenza (insegnanti, studenti, operatori dei Beni Culturali) di una maggiore diffusione della conoscenza storica attraverso la sua rappresentazione informatizzata. Sul fronte didattico la ricostruzione di una realtà storica attraverso strumenti informatici consente anche ai non-storici di toccare con mano quelle che sono le problematiche della ricerca quali fonti mancanti, buchi della cronologia e valutazione della veridicità dei fatti attraverso prove. Le tecnologie informatiche permettono una visione completa, unitaria ed esauriente del passato, convogliando tutte le informazioni su un'unica piattaforma, permettendo anche a chi non è specializzato di comprendere immediatamente di cosa si parla. Il miglior libro di storia, per sua natura, non può farlo in quanto divide e organizza le notizie in modo diverso. In questo modo agli studenti viene data l'opportunità di apprendere tramite una rappresentazione diversa rispetto a quelle a cui sono abituati. La premessa centrale del progetto è che i risultati nell'apprendimento degli studenti possono essere migliorati se un concetto o un contenuto viene comunicato attraverso più canali di espressione, nel nostro caso attraverso un testo, immagini e un oggetto multimediale. Didattica La Conceria Fiorio è uno dei luoghi-simbolo della Resistenza torinese. Il progetto è una ricostruzione in realtà virtuale della Conceria Fiorio di Torino. La ricostruzione serve a arricchire la cultura storica sia a chi la produce, attraverso una ricerca accurata delle fonti, sia a chi può poi usufruirne, soprattutto i giovani, che, attratti dall’aspetto ludico della ricostruzione, apprendono con più facilità. La costruzione di un manufatto in 3D fornisce agli studenti le basi per riconoscere ed esprimere la giusta relazione fra il modello e l’oggetto storico. Le fasi di lavoro attraverso cui si è giunti alla ricostruzione in 3D della Conceria: . una ricerca storica approfondita, basata sulle fonti, che possono essere documenti degli archivi o scavi archeologici, fonti iconografiche, cartografiche, ecc.; . La modellazione degli edifici sulla base delle ricerche storiche, per fornire la struttura geometrica poligonale che permetta la navigazione tridimensionale; . La realizzazione, attraverso gli strumenti della computer graphic della navigazione in 3D. Unreal Technology è il nome dato al motore grafico utilizzato in numerosi videogiochi commerciali. Una delle caratteristiche fondamentali di tale prodotto è quella di avere uno strumento chiamato Unreal editor con cui è possibile costruire mondi virtuali, e che è quello utilizzato per questo progetto. UnrealEd (Ued) è il software per creare livelli per Unreal e i giochi basati sul motore di Unreal. E’ stata utilizzata la versione gratuita dell’editor. Il risultato finale del progetto è un ambiente virtuale navigabile raffigurante una ricostruzione accurata della Conceria Fiorio ai tempi della Resistenza. L’utente può visitare l’edificio e visualizzare informazioni specifiche su alcuni punti di interesse. La navigazione viene effettuata in prima persona, un processo di “spettacolarizzazione” degli ambienti visitati attraverso un arredamento consono permette all'utente una maggiore immersività rendendo l’ambiente più credibile e immediatamente codificabile. L’architettura Unreal Technology ha permesso di ottenere un buon risultato in un tempo brevissimo, senza che fossero necessari interventi di programmazione. Questo motore è, quindi, particolarmente adatto alla realizzazione rapida di prototipi di una discreta qualità, La presenza di un certo numero di bug lo rende, però, in parte inaffidabile. Utilizzare un editor da videogame per questa ricostruzione auspica la possibilità di un suo impiego nella didattica, quello che le simulazioni in 3D permettono nel caso specifico è di permettere agli studenti di sperimentare il lavoro della ricostruzione storica, con tutti i problemi che lo storico deve affrontare nel ricreare il passato. Questo lavoro vuole essere per gli storici una esperienza nella direzione della creazione di un repertorio espressivo più ampio, che includa gli ambienti tridimensionali. Il rischio di impiegare del tempo per imparare come funziona questa tecnologia per generare spazi virtuali rende scettici quanti si impegnano nell'insegnamento, ma le esperienze di progetti sviluppati, soprattutto all’estero, servono a capire che sono un buon investimento. Il fatto che una software house, che crea un videogame di grande successo di pubblico, includa nel suo prodotto, una serie di strumenti che consentano all'utente la creazione di mondi propri in cui giocare, è sintomatico che l'alfabetizzazione informatica degli utenti medi sta crescendo sempre più rapidamente e che l'utilizzo di un editor come Unreal Engine sarà in futuro una attività alla portata di un pubblico sempre più vasto. Questo ci mette nelle condizioni di progettare moduli di insegnamento più immersivi, in cui l'esperienza della ricerca e della ricostruzione del passato si intreccino con lo studio più tradizionale degli avvenimenti di una certa epoca. I mondi virtuali interattivi vengono spesso definiti come la forma culturale chiave del XXI secolo, come il cinema lo è stato per il XX. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di suggerire che vi sono grosse opportunità per gli storici impiegando gli oggetti e le ambientazioni in 3D, e che essi devono coglierle. Si consideri il fatto che l’estetica abbia un effetto sull’epistemologia. O almeno sulla forma che i risultati delle ricerche storiche assumono nel momento in cui devono essere diffuse. Un’analisi storica fatta in maniera superficiale o con presupposti errati può comunque essere diffusa e avere credito in numerosi ambienti se diffusa con mezzi accattivanti e moderni. Ecco perchè non conviene seppellire un buon lavoro in qualche biblioteca, in attesa che qualcuno lo scopra. Ecco perchè gli storici non devono ignorare il 3D. La nostra capacità, come studiosi e studenti, di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio che il 3D porta con sè, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Una ricostruzione storica può essere molto utile dal punto di vista educativo non sono da chi la visita ma, anche da chi la realizza. La fase di ricerca necessaria per la ricostruzione non può fare altro che aumentare il background culturale dello sviluppatore. Conclusioni La cosa più importante è stata la possibilità di fare esperienze nell’uso di mezzi di comunicazione di questo genere per raccontare e far conoscere il passato. Rovesciando il paradigma conoscitivo che avevo appreso negli studi umanistici, ho cercato di desumere quelle che potremo chiamare “leggi universali” dai dati oggettivi emersi da questi esperimenti. Da punto di vista epistemologico l’informatica, con la sua capacità di gestire masse impressionanti di dati, dà agli studiosi la possibilità di formulare delle ipotesi e poi accertarle o smentirle tramite ricostruzioni e simulazioni. Il mio lavoro è andato in questa direzione, cercando conoscere e usare strumenti attuali che nel futuro avranno sempre maggiore presenza nella comunicazione (anche scientifica) e che sono i mezzi di comunicazione d’eccellenza per determinate fasce d’età (adolescenti). Volendo spingere all’estremo i termini possiamo dire che la sfida che oggi la cultura visuale pone ai metodi tradizionali del fare storia è la stessa che Erodoto e Tucidide contrapposero ai narratori di miti e leggende. Prima di Erodoto esisteva il mito, che era un mezzo perfettamente adeguato per raccontare e dare significato al passato di una tribù o di una città. In un mondo post letterario la nostra conoscenza del passato sta sottilmente mutando nel momento in cui lo vediamo rappresentato da pixel o quando le informazioni scaturiscono non da sole, ma grazie all’interattività con il mezzo. La nostra capacità come studiosi e studenti di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio sottinteso al 3D, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Le esperienze raccolte nelle pagine precedenti ci portano a pensare che in un futuro non troppo lontano uno strumento come il computer sarà l’unico mezzo attraverso cui trasmettere conoscenze, e dal punto di vista didattico la sua interattività consente coinvolgimento negli studenti come nessun altro mezzo di comunicazione moderno.

Adaptive multiscale biological signal processing

Biological processes are very complex mechanisms, most of them being accompanied by or manifested as signals that reflect their essential characteristics and qualities. The development of diagnostic techniques based on signal and image acquisition from the human body is commonly retained as one of the propelling factors in the advancements in medicine and biosciences recorded in the recent past. It is a fact that the instruments used for biological signal and image recording, like any other acquisition system, are affected by non-idealities which, by different degrees, negatively impact on the accuracy of the recording. This work discusses how it is possible to attenuate, and ideally to remove, these effects, with a particular attention toward ultrasound imaging and extracellular recordings. Original algorithms developed during the Ph.D. research activity will be examined and compared to ones in literature tackling the same problems; results will be drawn on the base of comparative tests on both synthetic and in-vivo acquisitions, evaluating standard metrics in the respective field of application. All the developed algorithms share an adaptive approach to signal analysis, meaning that their behavior is not dependent only on designer choices, but driven by input signal characteristics too. Performance comparisons following the state of the art concerning image quality assessment, contrast gain estimation and resolution gain quantification as well as visual inspection highlighted very good results featured by the proposed ultrasound image deconvolution and restoring algorithms: axial resolution up to 5 times better than algorithms in literature are possible. Concerning extracellular recordings, the results of the proposed denoising technique compared to other signal processing algorithms pointed out an improvement of the state of the art of almost 4 dB.

TCAD approaches to multidimensional simulation of advanced semiconductor devices

Technology scaling increasingly emphasizes complexity and non-ideality of the electrical behavior of semiconductor devices and boosts interest on alternatives to the conventional planar MOSFET architecture. TCAD simulation tools are fundamental to the analysis and development of new technology generations. However, the increasing device complexity is reflected in an augmented dimensionality of the problems to be solved. The trade-off between accuracy and computational cost of the simulation is especially influenced by domain discretization: mesh generation is therefore one of the most critical steps and automatic approaches are sought. Moreover, the problem size is further increased by process variations, calling for a statistical representation of the single device through an ensemble of microscopically different instances. The aim of this thesis is to present multi-disciplinary approaches to handle this increasing problem dimensionality in a numerical simulation perspective. The topic of mesh generation is tackled by presenting a new Wavelet-based Adaptive Method (WAM) for the automatic refinement of 2D and 3D domain discretizations. Multiresolution techniques and efficient signal processing algorithms are exploited to increase grid resolution in the domain regions where relevant physical phenomena take place. Moreover, the grid is dynamically adapted to follow solution changes produced by bias variations and quality criteria are imposed on the produced meshes. The further dimensionality increase due to variability in extremely scaled devices is considered with reference to two increasingly critical phenomena, namely line-edge roughness (LER) and random dopant fluctuations (RD). The impact of such phenomena on FinFET devices, which represent a promising alternative to planar CMOS technology, is estimated through 2D and 3D TCAD simulations and statistical tools, taking into account matching performance of single devices as well as basic circuit blocks such as SRAMs. Several process options are compared, including resist- and spacer-defined fin patterning as well as different doping profile definitions. Combining statistical simulations with experimental data, potentialities and shortcomings of the FinFET architecture are analyzed and useful design guidelines are provided, which boost feasibility of this technology for mainstream applications in sub-45 nm generation integrated circuits.

Analysis of ion channel stochastic signals for biosensing

In biological world, life of cells is guaranteed by their ability to sense and to respond to a large variety of internal and external stimuli. In particular, excitable cells, like muscle or nerve cells, produce quick depolarizations in response to electrical, mechanical or chemical stimuli: this means that they can change their internal potential through a quick exchange of ions between cytoplasm and the external environment. This can be done thanks to the presence of ion channels, proteins that span the lipid bilayer and act like switches, allowing ionic current to flow opening and shutting in a stochastic way. For a particular class of ion channels, ligand-gated ion channels, the gating processes is strongly influenced by binding between receptive sites located on the channel surface and specific target molecules. These channels, inserted in biomimetic membranes and in presence of a proper electronic system for acquiring and elaborating the electrical signal, could give us the possibility of detecting and quantifying concentrations of specific molecules in complex mixtures from ionic currents across the membrane; in this thesis work, this possibility is investigated. In particular, it reports a description of experiments focused on the creation and the characterization of artificial lipid membranes, the reconstitution of ion channels and the analysis of their electrical and statistical properties. Moreover, after a chapter about the basis of the modelling of the kinetic behaviour of ligand gated ion channels, a possible approach for the estimation of the target molecule concentration, based on a statistical analysis of the ion channel open probability, is proposed. The fifth chapter contains a description of the kinetic characterisation of a ligand gated ion channel: the homomeric α2 isoform of the glycine receptor. It involved both experimental acquisitions and signal analysis. The last chapter represents the conclusions of this thesis, with some remark on the effective performance that may be achieved using ligand gated ion channels as sensing elements.

Spectrum shaping and its application: spread-spectrum clock generator and circuits for ultra wide band

Electromagnetic spectrum can be identified as a resource for the designer, as well as for the manufacturer, from two complementary points of view: first, because it is a good in great demand by many different kind of applications; second, because despite its scarce availability, it may be advantageous to use more spectrum than necessary. This is the case of Spread-Spectrum Systems, those systems in which the transmitted signal is spread over a wide frequency band, much wider, in fact, than the minimum bandwidth required to transmit the information being sent. Part I of this dissertation deals with Spread-Spectrum Clock Generators (SSCG) aiming at reducing Electro Magnetic Interference (EMI) of clock signals in integrated circuits (IC) design. In particular, the modulation of the clock and the consequent spreading of its spectrum are obtained through a random modulating signal outputted by a chaotic map, i.e. a discrete-time dynamical system showing chaotic behavior. The advantages offered by this kind of modulation are highlighted. Three different prototypes of chaos-based SSCG are presented in all their aspects: design, simulation, and post-fabrication measurements. The third one, operating at a frequency equal to 3GHz, aims at being applied to Serial ATA, standard de facto for fast data transmission to and from Hard Disk Drives. The most extreme example of spread-spectrum signalling is the emerging ultra-wideband (UWB) technology, which proposes the use of large sections of the radio spectrum at low amplitudes to transmit high-bandwidth digital data. In part II of the dissertation, two UWB applications are presented, both dealing with the advantages as well as with the challenges of a wide-band system, namely: a chaos-based sequence generation method for reducing Multiple Access Interference (MAI) in Direct Sequence UWB Wireless-Sensor-Networks (WSNs), and design and simulations of a Low-Noise Amplifier (LNA) for impulse radio UWB. This latter topic was studied during a study-abroad period in collaboration with Delft University of Technology, Delft, Netherlands.

Memory hierarchy and data communication in heterogeneous reconfigurable SoCs

The miniaturization race in the hardware industry aiming at continuous increasing of transistor density on a die does not bring respective application performance improvements any more. One of the most promising alternatives is to exploit a heterogeneous nature of common applications in hardware. Supported by reconfigurable computation, which has already proved its efficiency in accelerating data intensive applications, this concept promises a breakthrough in contemporary technology development. Memory organization in such heterogeneous reconfigurable architectures becomes very critical. Two primary aspects introduce a sophisticated trade-off. On the one hand, a memory subsystem should provide well organized distributed data structure and guarantee the required data bandwidth. On the other hand, it should hide the heterogeneous hardware structure from the end-user, in order to support feasible high-level programmability of the system. This thesis work explores the heterogeneous reconfigurable hardware architectures and presents possible solutions to cope the problem of memory organization and data structure. By the example of the MORPHEUS heterogeneous platform, the discussion follows the complete design cycle, starting from decision making and justification, until hardware realization. Particular emphasis is made on the methods to support high system performance, meet application requirements, and provide a user-friendly programmer interface. As a result, the research introduces a complete heterogeneous platform enhanced with a hierarchical memory organization, which copes with its task by means of separating computation from communication, providing reconfigurable engines with computation and configuration data, and unification of heterogeneous computational devices using local storage buffers. It is distinguished from the related solutions by distributed data-flow organization, specifically engineered mechanisms to operate with data on local domains, particular communication infrastructure based on Network-on-Chip, and thorough methods to prevent computation and communication stalls. In addition, a novel advanced technique to accelerate memory access was developed and implemented.

A skin surface characterization system based on capacitive image analysis

During the last few years, several methods have been proposed in order to study and to evaluate characteristic properties of the human skin by using non-invasive approaches. Mostly, these methods cover aspects related to either dermatology, to analyze skin physiology and to evaluate the effectiveness of medical treatments in skin diseases, or dermocosmetics and cosmetic science to evaluate, for example, the effectiveness of anti-aging treatments. To these purposes a routine approach must be followed. Although very accurate and high resolution measurements can be achieved by using conventional methods, such as optical or mechanical profilometry for example, their use is quite limited primarily to the high cost of the instrumentation required, which in turn is usually cumbersome, highlighting some of the limitations for a routine based analysis. This thesis aims to investigate the feasibility of a noninvasive skin characterization system based on the analysis of capacitive images of the skin surface. The system relies on a CMOS portable capacitive device which gives 50 micron/pixel resolution capacitance map of the skin micro-relief. In order to extract characteristic features of the skin topography, image analysis techniques, such as watershed segmentation and wavelet analysis, have been used to detect the main structures of interest: wrinkles and plateau of the typical micro-relief pattern. In order to validate the method, the features extracted from a dataset of skin capacitive images acquired during dermatological examinations of a healthy group of volunteers have been compared with the age of the subjects involved, showing good correlation with the skin ageing effect. Detailed analysis of the output of the capacitive sensor compared with optical profilometry of silicone replica of the same skin area has revealed potentiality and some limitations of this technology. Also, applications to follow-up studies, as needed to objectively evaluate the effectiveness of treatments in a routine manner, are discussed.

Il Sistema Gateway nello sviluppo della rete del trasporto combinato in Europa: il caso del terminal di Verona Quadrante Europa

Il trasporto intermodale ha acquisito un ruolo sempre più importante nello scenario dei trasporti comunitari merci durante gli ultimi quindici anni. La sfida che si era posta a inizi anni novanta in Europa consisteva nello sviluppo di una rete europea di trasporto combinato strada-ferrovia. A questo fine è stata fondamentale la cooperazione tra gli operatori del settore e le istituzioni (comunitarie e nazionali), nonché l’impulso dato dalla liberalizzazione del trasporto ferroviario, che fortemente influenza il trasporto combinato. Questa tesi, in particolare, intende studiare il ruolo del Sistema Gateway come strumento innovativo e di nuovo impulso per lo sviluppo della rete di trasporto combinato strada-rotaia in ambito europeo. Grazie a questo sistema, le unità di carico, dirette in una determinata regione, giungono ad un "Terminal Gateway", dove secondo un sistema di tipo “hub-and-spoke” vengono trasbordate a mezzo gru su treni “Shuttle” verso la destinazione finale. Tutto ciò avviene con operazioni fortemente automatizzate e veloci con sensibile vantaggio in termini di tempo e costi. La tesi parte da una descrizione del trasporto intermodale, facendo un focus sugli aspetti strutturali, tecnici e organizzativi del trasporto combinato strada – rotaia e del suo funzionamento. Passando attraverso l’analisi delle reti di trasporto merci in Europa, nel secondo capitolo. Il terzo capitolo entra nel vivo della Tesi introducendo l’oggetto dell’indagine: il Sistema Gateway nell’ambito dello sviluppo della rete europea del traffico combinato strada-ferrovia. Nella seconda parte della tesi è voluto studiare il Sistema Gateway con l’ausilio dei metodi d’analisi che vengono applicati per la scelta fra progetti alternativi nel campo della pianificazione dei trasporti, pertanto sono stati presi in rassegna e descritti i metodi più utilizzati: l’Analisi Benefici-Costi e l’Analisi Multicriteria. Nel caso applicativo è stata utilizzata l’Analisi Benefici-Costi. Infine nel capitolo sesto è stato presentato dettagliatamente il caso reale di studio che riguarda il progetto per la trasformazione del terminal di Verona Quadrante Europa in un terminal gateway.

Characterization and modeling of low-frequency noise in MOSFETs

For many years, RF and analog integrated circuits have been mainly developed using bipolar and compound semiconductor technologies due to their better performance. In the last years, the advance made in CMOS technology allowed analog and RF circuits to be built with such a technology, but the use of CMOS technology in RF application instead of bipolar technology has brought more issues in terms of noise. The noise cannot be completely eliminated and will therefore ultimately limit the accuracy of measurements and set a lower limit on how small signals can be detected and processed in an electronic circuit. One kind of noise which affects MOS transistors much more than bipolar ones is the low-frequency noise. In MOSFETs, low-frequency noise is mainly of two kinds: flicker or 1/f noise and random telegraph signal noise (RTS). The objective of this thesis is to characterize and to model the low-frequency noise by studying RTS and flicker noise under both constant and switched bias conditions. The effect of different biasing schemes on both RTS and flicker noise in time and frequency domain has been investigated.