Reference-free high-speed cmos pipeline analog-to-digital converters

Submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Electrical and Computer Engineering of the Faculdade de Ciências e Tecnologia of Universidade Nova de Lisboa

Comparison of different techniques for mouse transgenesis

RESUMO: O uso de ratinhos transgénicos em neurociências aumentou consideravelmente nos últimos anos devido ao crescente interesse em compreender o cérebro e a necessidade de solucionar situações clínicas do foro neurológico e psiquiátrico. Para esse efeito, diferentes métodos de produção de animais transgénicos têm sido testados. O objectivo desta tese foi comparar métodos de integração aleatória de um transgene no genoma de ratinhos em termos de eficiência, estabilidade da integração do transgene, número de animais e de horas de trabalho necessárias para cada método. Assim, foi comparado o método mais utilizado - microinjecção pronuclear (PNMI) - com duas outras técnicas cujo desempenho foi considerado promissor – a transferência génica através dos testículos por electroporação e transfecção por lentivírus in vivo. As três técnicas foram realizadas usando um gene repórter sob o controlo de um promotor constitutivo, e depois reproduzidas usando um gene de interesse de modo a permitir obtenção de um animal capaz de ser usado em experimentação laboratorial. O transgene de interesse utilizado codifica uma proteína de fusão correspondendo a uma variante da rodopsina (channelrhodopsin) fundida à proteína enhanced yellow fluorescente protein ((EYFP) resultando num produto designado ChR2-EYFP. Este animal transgénico apresentaria expressão deste canal iónico apenas em células dopaminergicas, o que, com manipulação optogenética, tornaria possivel a activação especifica deste grupo de neurónios e, simultaneamente, a observação do impacto desta manipulação no comportamento num animal em livre movimento. Estas ferramentas são importantes na investigação básica em neurociências pois ajudam a esclarecer o papel de grupos específicos de neurónios e compreender doenças como a doença de Parkinson ou a esquizofrenia onde a função de certos tipos de neurónios de encontra alterada. Quando comparados os três métodos realizados verifica-se que usando um gene repórter PMNI resulta em 31,3% de, a de animais transgénicos obtidos, a electroporação de testículos em 0% e a injecção de lentivírus em 0%. Quando usado o gene de interesse, os resultados obtidos são, respectivamente, 18,8%, 63,9% e 0%.--------------ABSTRACT: The use of transgenic mice is increasing in all fields of research, particularly in neuroscience, due to the widespread need of animal models to solve neurological and psychiatric medical conditions. Different methodologies have been tested in the last decades in order to produce such transgenic animals. The ultimate goal of this thesis is to compare different methods of random integration of a transgene in the genome of mice in terms of efficiency, stability of the transgene integration, number of animals required and the labour intensity of each technique. We compared the most used method – pronuclear microinjection (PNMI) – with two other promising techniques – Testis Mediated Gene Transfer (TMGT) by electroporation and in vivo lentiviral transfection. The three techniques were performed using a reporter gene – green fluorescent protein (GFP), whose transcription was driven by the constitutive cytomegalovirus (CMV) promoter. These three techniques were later reproduced using the tyrosine hydroxylase promoter (TH) and the neuronal manipulator, channelrhodopsin-2 fused to the enhanced yellow fluorescent reporter protein (ChR2-EYFP). The transgenic animal we sough to produce would express the light driven channel only in dopaminergic cells, making possible to specifically activate this group of neurons, while simultaneously observe the behaviour in a freely moving animal. This is a very important tool in basic neuroscience research since it helps to clarify the role of specific groups of neurons, map circuits in the brain, and consequently understand neurological diseases such as Parkinson’s disease or schizophrenia, where the function of certain types of neurons is affected. When comparing the three methods, it was verified that using a reporter gene PNMI resulted in 31.3% of transgenic mice obtained, testis electroporation in 0% and lentiviral injection in 0%. When using the gene of interest, the results obtained were, respectively, 18.8%, 63.9% and 0%.

Optimization of ring oscillators

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Avaliação clínica na disfunção fronto-estriatal : movimento e cognição

RESUMO: Os circuitos fronto-estriatais constituem um sistema em ansa fechada que une diversas regiões do lobo frontal aos gânglios da base, participando, com outras áreas cerebrais, no controlo do movimento, cognição e comportamento. As Distonias Primárias, a Doença de Parkinson e a Hidrocefalia de Pressão Normal, são doenças do movimento caracterizadas por disfunção do circuito fronto-estriatal motor. A conectividade funcional entre as diversas ansas do sistema fronto-estriatal, permite prever que as doenças do movimento possam também acompanhar-se de sintomas da esfera cognitiva e comportamental, cuja avaliação seria importante no manejo diagnóstico e terapêutico dos doentes. Objectivos Os nossos objectivos foram avaliar, por estudos clínicos, a relação entre sintomas motores, cognitivos e comportamentais em três doenças do movimento com fisiopatologias diversas - distonias Primárias, Doença de Parkinson e Hidrocefalia de Pressão Normal - analisando os dados sob a perspectiva teórica fornecida pelo conhecimentos dos vários circuitos frontoestriatais. Os nossos objectivos específicos para cada doença foram: a) Distonias Primárias: avaliação de disfunção executiva em doentes com Distonia Primária e relação com a gravidade dos sintomas motores b) Doença de Parkinson: 1. avaliação breve das funções mentais nas fases iniciais da doença, incluindo análise longitudinal para determinação de factores preditivos para declínio cognitivo; 2. relação entre a função motora e cognitiva e a Perturbação do Comportamento do sono REM, incluindo análise longitudinal; 3.avaliação de sintomas psiquiátricos, de um ponto de vista global e especificamente com incidência sobre as Perturbações do Controlo do Impulso (PCI). c) Hidrocefalia de Pressão Normal: 1. caracterização das alterações da marcha, incluindo comparação com a Doença de Parkinson; 2. caracterização das alterações cognitivas e da relação entre estas e a disfunção da marcha; 3. estudo evolutivo das alterações da marcha e cognitiva em doentes submetido a cirurgia e doentes não submetidos a cirurgia. Métodos: A Distonia Primária, a Doença de Parkinson e a Hidrocefalia de Pressão Normal foram diagnosticadas segundo critérios clínicos validados. Sempre que justificado, foram recrutados grupos de controlo, com indivíduos sem doença, emparelhados para idade, sexo e grau de escolaridade. Os doentes foram avaliados com instrumentos de aplicação clinica directa, incluindo escalas de função motora, testes neuropsicológicos globais e dirigidos às funções executivas e escalas de avaliação psiquiátrica. Testes aplicados nas Distonias Primárias: Unified Dystonia Rating Scale, Wisconsin Card Sorting Test, teste de Stroop, teste de cubos da WAIS, Teste de Retenção Visual de Benton; na Doença de Parkinson: Unified Parkinson's Disease Rating Scale, Frontal Assessment Battery (FAB), Mini-Mental State Examination (MMSE), REM-sleep behaviour disorder Questionnaire; Symptom Chek-list 90-R, Brief Psychiatric Rating Scale, FAS (fluência verbal lexical) Nomeação de Animais (Fluência verbal semântica), prova de repetição de dígitos (WAIS), Rey auditory verbal learning test, teste de Stroop, matrizes progressivas de Raven, Questionnaire for Impulsive-Compulsive Disorders; na HPN: prova cronometrada de marcha,MMSE, prova de memória imediata da WAIS, prova de repetição de dígitos (WAIS), FAB, desenho complexo de Rey, teste de Stroop, cancelamento de letras, teste Grooved Pegboard. Os doentes com HPN foram também submetidos a estudo imagiológico. A avaliação estatística foi adaptada às características de cada um dos estudos.Resultados Distonias Primárias: encontrámos défices de função executiva, envolvendo dificuldade na mudança entre sets cognitivos, bem como correlação significativa entre as pontuações nos testes cronometrados e a gravidade dos sintomas motores. Doença de Parkinson: os doentes com DP obtiveram pontuações significativamente inferiores na FAB e em sub-testes do MMSE (memória e função visuo-espacial). A pontuação no MMSE encontrava-se significativamente correlacionada com itens da função motora não relacionados com o tremor. A disfunção da marcha, a disartria, o fenótipo não tremorígeno, a presença de alucinações e pontuação abaixo do ponto de corte na MMSE, foram factores preditivos de demência na avaliação longitudinal. A rigidez e a disartria foram factores preditivos de declínio nas funções frontais. A disfunção frontal foi factor preditivo de declínio na pontuação do MMSE. Encontrámos uma prevalência elevada de RBD nas fases iniciais da DP, que o estudo longitudinal mostrou ser factor preditivo de declínio motor, nomeadamente por agravamento da bradicinésia. Encontrámos também uma prevalência elevada de sintomas psiquiátricos, nomeadamente psicose, depressão, ansiedade, somatização e sintomas obsessivo-compulsivos. As PCI não se encontravam relacionadas com o fenótipo motor, com as complicações motoras do tratamento dopaminérgico ou com a disfunção cognitiva. HPN: os doentes com HPN e os DP apresentaram um padrão disfunção da marcha semelhante, caraterizado por passos curtos, lentidão e dificuldades de equilíbrio, sendo os sintomas mais graves na HPN. Os doentes de Parkinson com maior duração de doença, maior dose de dopaminérgicos e fenótipo motor acinético-rígido apresentaram um padrão de disfunção da marcha de gravidade semelhante ao encontrado na HPN. As alterações vasculares da substância branca, em particular as encontradas na região frontal, encontravam-se negativamente correlacionadas com a melhoria da marcha após PL. O estudo das funções cognitivas mostrou um padrão de atingimento global, com valores mais baixos na cópia do desenho complexo de Rey. Os resultados nas provas de função cognitiva não se encontravam significativamente correlacionados com os resultados na prova da marcha. A progressão na disfunção da marcha encontrava-se relacionada com o tratamento não cirúrgico, idade superior na primeira avaliação, presença de lesões da substância branca, e presença de factores de risco vascular, ao passo que não foram encontrados factores que predissessem de modo significativo o agravamento da função cognitiva. Conclusões: Os resultados dos diversos estudos, evidenciam a presença de alterações cognitivas e comportamentais nas três doenças de movimento. O padrão destas alterações e o modo como estas se relacionaram com os sintomas motores variou de doença para doença. Nas Distonias primárias, a perseveração cognitiva poderá ser o sintoma correspondente à perseveração motora própria da doença, sugerindo disfunção no circuito dorso-lateral frontoestriatal. A correlação entre a gravidade motora da doença e o resultado nos testes cognitivos cronometrados, poderá ser o efeito da relação entre bradicinésia e bradifrenia. Na Doença de Parkinson, o espectro de alterações é mais acentuado, espelhando a disseminação do processo degenerativo no SNC. Para além dos sintomas de disfunção executiva, sugerindo disfunção das tês ansas não motoras, existem sinais de disfunção cognitiva global, estas com uma influência mais significativa no desenvolvimento da demência. A relação entre os diferentes sintomas motores e cognitivos é também complexa, embora se evidencie uma dissociação significativa entre o tremor, sem relação com os sintomas não motores, e os sintomas motores não tremorígenos, relacionados com o declínio cognitivo. Enquanto que a presença de RBD parece ser um factor preditivo de agravamento motor, os sintomas psiquiátricos, também muito frequentes, apresentam uma relação menos clara com a função motora. Destes, os sintomas obsessivo-compulsivos são aqueles que com mais frequência se atribuem a disfunção do sistema fronto-estriatal, nomeadamente da ansa orbito-frontal. As PCI também não mostraram ter relação com os sintomas motores ou cognitivos. Na HPN, é patente o carácter fronto-estriatal das alterações da marcha, demonstrado tanto na sua caracterização quanto no efeito deletério das lesões vasculares da substância branca do lobo frontal na recuperação da marcha após PL. As alterações cognitivas parecem ter um padrão mais difuso, o que talvez explique a falta de correlação com os sintomas motores - esta dissociação pode ser causada quer por diferença nos mecanismos fisiopatológicos quer por presença de comorbilidades cognitivas. --------- ABSTRACT: Fronto-striatal circuits constitute a closed loop system which connects different parts of the frontal lobes to the basal ganglia. They are engaged in motor, cognitive and behavioural control. Primary Dystonia, Parkinson's Disease and Normal-Pressure Hydrocephalus are movement disorders caused by disturbance of the motor fronto-striatal circuit. The existence of cognitive and behavioural dysfunction in these movement disorders is predictable, given the functional connectivity between the several distinct loops of the circuit. Evaluation of cognitive and behavioural dysfunction in these three disorders is thus both of clinical and theoretical relevance. Objectives Our objectives were to evaluate, by clinical means, the relation between motor, cognitive and behavioural symptoms in three movement disorders with different pathophysiological backgrounds - Primary Dystonia, Parkinson's Disease and Normal-Pressure Hydrocephalus - and to analyse the study results under the theoretical framework formed by present knowledge of the fronto-estriatal system. Specific objectives: a) Primary Dystonia: executive dysfunction assessment and correlation analysis with motor dysfunction severity; b) Parkinson's Disease: 1. brief cognitive assessment in the early stages of disease, including a longitudinal analysis for determination of predictive factors for cognitive decline; 2. to investigate the relation between RBD and cognitive and motor dysfunction, including a longitudinal analysis; 3. psychiatric symptom assessment, with particular incidence on Impulse Control Disorders; c) Normal-Pressure Hydrocephalus: 1. gait dysfunction characterization and comparison with Parkinson's Disease patients; 2. determination of cognitive dysfunction profile and its relation with gait dysfunction; 3. follow-up study of cognitive and motor outcome in patients submitted and not submitted to shunt surgery. Methods: Primary Dystonia, Parkinson's Disease and Normal Pressure Hydrocephalus were diagnosed according to clinically validate criteria. Where warranted, we recruited control groups formed by healthy individuals, matched for age, sex and educational level. Patients were evaluated with instruments of direct clinical application, including motor function scales, neuropsychological tests aimed at global and executive functions and psychiatric rating scales. Tests used in Primary Dystonia: Unified Dystonia Rating Scale, Wisconsin Card Sorting Test, Stroop Test, Cube Assembly test (WAIS), Benton’s Visual Retention Test; in Parkinson's Disease: Unified Parkinson's Disease Rating Scale, Frontal Assessment Battery (FAB) , Mini-mental State Examination (MMSE), REM-sleep behavior disorder Questionnaire, Symptom Check-list 90- R, Brief Psychiatric Rating Scale, FAS (phonetic verbal fluency), semantic verbal fluency test, digit span test (WAIS), auditory verbal learning test,Stroop test, Raven's progressive Matrices, Questionnaire for Impulsive-Compulsive Disorders; in NPH: timed walking test, MMSE, immediate memory task (WAIS), digit span test (WAIS), FAB, Rey’s Complex Figure test, Stroop test, letter cancellation test, Perdue Pegboard test. NPH patients were also subjected to an imaging study. Statistics were adapted to the characteristics of each study.Results: Primary Dystonia: we found set-shifting deficits as well as significant correlation between timed neuropsychological tests and dystonia severity. Parkinson's Disease: PD patients had significantly lower scores on the FAB and on the memory and visuo-spatial tests of the MMSE; MMSE scores were significantly correlated to non-tremor motor scores; gait dysfunction and speech scores, non-tremor motor phenotype, hallucinations and scores bellow cut-off on the MMSE were predictive of dementia at follow-up; speech and rigidity scores were predictive of frontal type decline; frontal dysfunction was predictivy of decline in MMSE scores; RBD bradykinesia worsening; psychiatric symptoms were prevalent, particularly Psychosis, Depression, Anxiety, Somatisation and Obsessive-Compulsive Symptoms; Impulse Control Disorders were unrelated to motor phenotype,motor side effects of dopamine treatment and executive function; NPH: gait dysfunction was worse in NPH when compared to PD patients, although the pattern was similarly characterized by slowness, short steps and disequilibrium; PD patients whose gait disturbance was as severe as that of NPH patients were characterized by longer disease duration, predominance of non-tremor motor scores, more advanced disease stage and higher dopamine dose; frontal white matter lesions correlated negatively with improvement after LP; cognitive function assessment revealed wide spread deficits, with lower results on the drawing of the complex figure of Rey, which were not significantly correlated to gait dysfunction; older age, white matter lesions and the presence of vascular risk factors were predictive factors for motor but not cognitive function worsening. Conclusion: Results from our studies highlight the presence of cognitive and behavioural dysfunction in all three movement disorders. Symptom pattern and the relation with ovement derangement varied according to the disease. In Primary Dystonia, set-shifting difficulties could be the cognitive counterpart of motor perseveration characteristic of this disorder, suggesting dysfunction of the dorso-lateral circuit. The relation between timed tests and dystonia severity could suggest a relation between bradyphrenia and bradykinesia in Primary Dystonia. In Parkinson's Disease patients, the spectrum of non-motor symptoms is wider, probably reflecting the spread of neurodegeneration beyond the fronto-striatal circuits. While frontal type deficits predominate, suggestive of dorso-lateral and orbito-frontal dysfunction, non-frontal deficits were also apparent in the initial stages of disease, and were predictive of dementia at follow-up. The relationship between cognitive and motor symptoms is complex, although the results strongly suggest a dissociation between tremor symptoms, which bore no relation with non-motor symptoms, and non-tremor symptoms,whichwas frequent, and a predictive factor for which were related with cognitive decline. While RBD was found to be a predictive factor for bradykinesia worsening, psychiatric symptoms, which were also frequent, showed no apparent relation with motor dysfunction. Relevant to our theoretical consideration was the high prevalence of OCS, which have been attributed to orbito-frontal dysfunction. As to the particular case of ICD, we found no relation either with motor or cognitive dysfunction. The fronto-striatal nature of gait dysfunction in NPH is suggest by the clinical characterization study and by the effects of frontal white matter lesions on gait recovery after LP, whereas cognitive dysfunction presented a more diffuse pattern, which could explain the lack or relation with gait assessment results and also the different outcome on the longitudinal study - this dissociation could be caused by a real difference in pathophysiological mechanisms or, in alternative, be due to the existence of cognitive comorbidities.

Optimização do processo de devolução de medicamentos fora do prazo de validade

RESUMO - Durante todo o seu ciclo de vida, o medicamento está sujeito a padrões de qualidade, segurança e eficácia, alicerçados numa atuação conjunta dos responsáveis pela sua colocação no mercado, das autoridades competentes nacionais e comunitárias. Os diferentes intervenientes estão sujeitos a um conjunto de obrigações e procedimentos que englobam também a sua fase final de retirada do mercado, devolução, recolha e valorização ou reciclagem. Neste trabalho é caracterizada a cadeia de distribuição do medicamento assim como o seu fluxo físico no sentido inverso, ou seja, o processo de devolução e de tratamento ambientalmente adequado para os resíduos de medicamentos. A maioria da literatura a respeito das devoluções de medicamentos enfatiza a vertente ecológica do sistema de logística inversa. Neste trabalho, as questões ambientais são discutidas , mas o objectivo primário focaliza questões económicas relacionadas com o processo de devoluções. São apresentadas as possíveis vantagens teóricas da criação de um sistema centralizado de gestão de devoluções, por oposição ao atual sistema de circuitos dispersos. Com a aplicação de um inquérito a armazenistas com larga responsabilidade no processo de devoluções, pretendeu-se avaliar os custos inerentes ao atual modelo. Os resultados obtidos indicam que existe margem potencial para reduzir custos neste processo, para a grande maioria dos armazenistas. Na área específica dos medicamentos fora de prazo de validade, o crescente desenvolvimento e aperfeiçoamento dos processos de devolução poderá direcionar-se no sentido da criação de centrais de devolução centralizadas.

CMOS indoor light energy harvesting system for wireless sensing applications

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Transimpedance amplifier for early detection of breast cancer

Breast cancer is the most common type of cancer worldwide. The effectiveness of its treatment depends on early stage detection, as well as on the accuracy of its diagnosis. Recently, diagnosis techniques have been submitted to relevant breakthroughs with the upcoming of Magnetic Resonance Imaging, Ultrasound Sonograms and Positron Emission Tomography (PET) scans, among others. The work presented here is focused on studying the application of a PET system to a Positron Emission Mammography (PEM) system. A PET/PEM system works under the principle that a scintillating crystal will detect a gamma-ray pulse, originated at the cancerous cells, converting it into a correspondent visible light pulse. The latter must then be converted into an electrical current pulse by means of a Photo- -Sensitive Device (PSD). After the PSD there must be a Transimpedance Amplifier (TIA) in order to convert the current pulse into a suitable output voltage, in a time period lower than 40 ns. In this Thesis, the PSD considered is a Silicon Photo-Multiplier (SiPM). The usage of this recently developed type of PSD is impracticable with the conventional TIA topologies, as it will be proven. Therefore, the usage of the Regulated Common-Gate (RCG) topology will be studied in the design of the amplifier. There will be also presented two RCG variations, comprising a noise response improvement and differential operation of the circuit. The mentioned topology will also be tested in a Radio-Frequency front-end, showing the versatility of the RCG. A study comprising a low-voltage self-biasing feedback TIA will also be shown. The proposed circuits will be simulated with standard CMOS technology (UMC 130 nm), using a 1.2 V power supply. A power consumption of 0.34 mW with a signal-to-noise ratio of 43 dB was achieved.

Control system for actuation and sensing in digital microfluidics devices

Digital Microfluidics (DMF) is a second generation technique, derived from the conventional microfluidics that instead of using continuous liquid fluxes, it uses only individual droplets driven by external electric signals. In this thesis a new DMF control/sensing system for visualization, droplet control (movement, dispensing, merging and splitting) and real time impedance measurement have been developed. The software for the proposed system was implemented in MATLAB with a graphical user interface. An Arduino was used as control board and dedicated circuits for voltage switching and contacts were designed and implemented in printed circuit boards. A high resolution camera was integrated for visualization. In our new approach, the DMF chips are driven by a dual-tone signal where the sum of two independent ac signals (one for droplet operations and the other for impedance sensing) is applied to the electrodes, and afterwards independently evaluated by a lock-in amplifier. With this new approach we were able to choose the appropriated amplitudes and frequencies for the different proposes (actuation and sensing). The measurements made were used to evaluate the real time droplet impedance enabling the knowledge of its position and velocity. This new approach opens new possibilities for impedance sensing and feedback control in DMF devices.

Learning new tricks: Corticostriatal dynamics during novel skill learning

Learning novel actions and skills is a prevalent ability across multiple species and a critical feature for survival and competence in a constantly changing world. Novel actions are generated and learned through a process of trial and error, where an animal explores the environment around itself, generates multiple patterns of behavior and selects the ones that increase the likelihood of positive outcomes. Proper adaptation and execution of the selected behavior requires the coordination of several biomechanical features by the animal. Cortico-basal ganglia circuits and loops are critically involved in the acquisition, learning and consolidation of motor skills.(...)

Desenvolvimento de aplicações de Sistemas de Informação Geográfica WEB para gestão de resíduos urbanos.

A gestão do território contribui para o desenvolvimento socioeconómico e para o alcance de necessidades coletivas. A gestão de recursos, por sua vez, é uma das vias para atingir tais propósitos, convocando agentes, entidades e serviços para a administração de um território. O crescimento social e económico e a expansão urbana das últimas décadas tiveram um impacto significativo no consumo de recursos e na decorrente produção de resíduos, fazendo da gestão dos mesmos um importante meio para a gestão de recursos, com contributo para a gestão do território. Neste contexto, surgem serviços de gestão de resíduos urbanos, que dependem de informação geográfica referente ao seu sistema e ao do ambiente territorial em que o mesmo se insere. Face ao dinamismo e às relações entre diversos fenómenos e elementos presentes no referido ambiente, o processo de gestão de resíduos urbanos torna-se um desafio cada vez mais exigente e heterogéneo, em matéria de decisão espacial. Por esse motivo, é indispensável possuir ferramentas que integrem vários dados e que possibilitem abordagens metodológicas orientadas para uma intervenção territorial mais realista. Para tal, existem diversos métodos e técnicas, assentes em Tecnologias de Informação e Comunicação, com uma considerável adesão a soluções de Sistemas de Informação Geográfica, dada a necessidade de manipular informação com carácter espacial referente à gestão de resíduos urbanos. No quadro atual da produção e da prestação de serviços através de rede digital, as plataformas Web desses Sistemas de Informação Geográfica constituem-se como um instrumento para gestão de resíduos. Considerando o exemplo do Gabinete de Estudos, Planeamento e Controlo, dos Serviços Intermunicipalizados de Águas e Resíduos dos Municípios de Loures e Odivelas, no presente Trabalho de Projeto, pretende-se avaliar a situação atual das metodologias e dos recursos tecnológicos que um serviço deste tipo possui, percebendo o contributo que aplicações de Sistemas de Informação Geográfica Web podem ter para a concretização da sua missão, na conjuntura atual da tecnologia, da informação e da comunicação na Administração Pública. Assim, o presente Trabalho de Projeto propõe também um modelo de desenvolvimento das referidas aplicações, assentes em Sistemas de Informação Geográfica Desktop e Web de código aberto, livres e gratuitos. As aplicações abarcam informação interna, referente ao sistema de resíduos urbanos, dos Serviços Intermunicipalizados de Águas e Resíduos dos Municípios de Loures e Odivelas, e informação externa diversa, referente ao seu território de intervenção. A integração e relação da informação interna e externa, com resultados nas aplicações, são apresentadas como possíveis meios de assistência aos procedimentos efetuados no Gabinete de Estudos, Planeamento e Controlo e à prestação efetiva do serviço de gestão de resíduos urbanos. Igualmente, é possível inferir a versatilidade, a aplicabilidade e o potencial de aplicações de Sistemas de Informação Geográfica, em diversas vertentes e escalas de gestão do território.

Non-gyrator type active inductors

Modern CMOS radio frequency (RF) Receivers have enabled efficient and increasing applications. The main requirement is to have system in a single chip, in order to minimize area and cost. For the purpose it is required the development of inductorless circuits for the key blocks of an RF receiver. Examples of this key blocks are RC oscillators, RF band pass filters, and Low Noise Amplifiers. The present dissertation presents an inductorless wideband MOSFET-only RF Non-Gyrator Type of Active Inductors with low area, low cost, and very low power, capable of covering the whole WMTS, and ISM, band and intended for biomedical applications. The proposed circuit is based on a floating capacitor connected between two controlled current sources. The first current source, which is controlled by the circuit input voltage, has two objectives: supply current to the capacitor (

Using an LED as a sensor and visible light communication device in a smart illumination system

The need for more efficient illumination systems has led to the proliferation of Solid-State Lighting (SSL) systems, which offer optimized power consumption. SSL systems are comprised of LED devices which are intrinsically fast devices and permit very fast light modulation. This, along with the congestion of the radio frequency spectrum has paved the path for the emergence of Visible Light Communication (VLC) systems. VLC uses free space to convey information by using light modulation. Notwithstanding, as VLC systems proliferate and cost competitiveness ensues, there are two important aspects to be considered. State-of-the-art VLC implementations use power demanding PAs, and thus it is important to investigate if regular, existent Switched-Mode Power Supply (SMPS) circuits can be adapted for VLC use. A 28 W buck regulator was implemented using a off-the-shelf LED Driver integrated circuit, using both series and parallel dimming techniques. Results show that optical clock frequencies up to 500 kHz are achievable without any major modification besides adequate component sizing. The use of an LED as a sensor was investigated, in a short-range, low-data-rate perspective. Results show successful communication in an LED-to-LED configuration, with enhanced range when using LED strings as sensors. Besides, LEDs present spectral selective sensitivity, which makes them good contenders for a multi-colour LED-to-LED system, such as in the use of RGB displays and lamps. Ultimately, the present work shows evidence that LEDs can be used as a dual-purpose device, enabling not only illumination, but also bi-directional data communication.

Analysis and implementation of a multi-ratio switched capacitor DC-DC converter for a supercapacitor power supply

An energy harvesting system requires an energy storing device to store the energy retrieved from the surrounding environment. This can either be a rechargeable battery or a supercapcitor. Due to the limited lifetime of rechargeable batteries, they need to be periodically replaced. Therefore, a supercapacitor, which has ideally a limitless number of charge/discharge cycles can be used to store the energy; however, a voltage regulator is required to obtain a constant output voltage as the supercapacitor discharges. This can be implemented by a Switched-Capacitor DC-DC converter which allows a complete integration in CMOS technology, although it requires several topologies in order to obtain a high efficiency. This thesis presents the complete analysis of four different topologies in order to determine expressions that allow to design and determine the optimum input voltage ranges for each topology. To better understand the parasitic effects, the implementation of the capacitors and the non-ideal effect of the switches, in 130 nm technology, were carefully studied. With these two analysis a multi-ratio SC DC-DC converter was designed with an output power of 2 mW, maximum efficiency of 77%, and a maximum output ripple, in the steady state, of 23 mV; for an input voltage swing of 2.3 V to 0.85 V. This proposed converter has four operation states that perform the conversion ratios of 1/2, 2/3, 1/1 and 3/2 and its clock frequency is automatically adjusted to produce a stable output voltage of 1 V. These features are implemented through two distinct controller circuits that use asynchronous time machines (ASM) to dynamically adjust the clock frequency and to select the active state of the converter. All the theoretical expressions as well as the behaviour of the whole system was verified using electrical simulations.

Quadrature generators based on ring oscillators and shift registers

Quadrature oscillators are key elements in modern radio frequency (RF) transceivers and very useful nowadays in wireless communications, since they can provide: low quadrature error, low phase-noise, and wide tuning range (useful to cover several bands). RC oscillators can be fully integrated without the need of external components (external high Q-inductors), optimizing area, cost, and power consumption. The conventional structure of ring oscillator offers poor frequency stability and phasenoise, low quality factor (Q), and besides being vulnerable to process, voltage and temperature (PVT) variations, its performance degrades as the frequency of operation increases. This thesis is devoted to quadrature oscillators and presents a detailed comparative study of ring oscillator and shift register (SR) approaches. It is shown that in SRs both phase-noise and phase error are reduced, while ring oscillators have the advantage of occupying less area and less consumption due to the reduced number of components in the circuit. Thus, although ring oscillators are more suitable for biomedical applications, SRs are more appropriate for wireless applications, especially when specification requirements are more stringent and demanding. The first architecture studied consists in a simple CMOS ring oscillator employing an odd number of static single-ended inverters as delay cells. Subsequently, the quadrature 4-stage ring oscillator concept is shown and post-layout simulations are presented. The 3 and 4-phase single-frequency local oscillator (LO) generators employing SRs are presented, the latter with 50% and 25% duty-cycles. The circuits operate at 600 MHz and 900 MHz, and were designed in a 130 nm standard CMOS technology with a voltage supply of 1.2 V.

Switching mode power amplifier for bluetooth applications

Modern fully integrated transceivers architectures, require circuits with low area, low cost, low power, and high efficiency. A key block in modern transceivers is the power amplifier, which is deeply studied in this thesis. First, we study the implementation of a classical Class-A amplifier, describing the basic operation of an RF power amplifier, and analysing the influence of the real models of the reactive components in its operation. Secondly, the Class-E amplifier is deeply studied. The different types of implementations are reviewed and theoretical equations are derived and compared with simulations. There were selected four modes of operation for the Class-E amplifier, in order to perform the implementation of the output stage, and the subsequent comparison of results. This led to the selection of the mode with the best trade-off between efficiency and harmonics distortion, lower power consumption and higher output power. The optimal choice was a parallel circuit containing an inductor with a finite value. To complete the implementation of the PA in switching mode, a driver was implemented. The final block (output stage together with the driver) got 20 % total efficiency (PAE) transmitting 8 dBm output power to a 50 W load with a total harmonic distortion (THD) of 3 % and a total consumption of 28 mW. All implementations are designed using standard 130 nm CMOS technology. The operating frequency is 2.4 GHz and it was considered an 1.2 V DC power supply. The proposed circuit is intended to be used in a Bluetooth transmitter, however, it has a wider range of applications.