In situ diagnostics and prognostics of solder fatigue in IGBT modules for electric vehicle drives

This paper proposes an in situ diagnostic and prognostic (D&P) technology to monitor the health condition of insulated gate bipolar transistors (IGBTs) used in EVs with a focus on the IGBTs' solder layer fatigue. IGBTs' thermal impedance and the junction temperature can be used as health indicators for through-life condition monitoring (CM) where the terminal characteristics are measured and the devices' internal temperature-sensitive parameters are employed as temperature sensors to estimate the junction temperature. An auxiliary power supply unit, which can be converted from the battery's 12-V dc supply, provides power to the in situ test circuits and CM data can be stored in the on-board data-logger for further offline analysis. The proposed method is experimentally validated on the developed test circuitry and also compared with finite-element thermoelectrical simulation. The test results from thermal cycling are also compared with acoustic microscope and thermal images. The developed circuitry is proved to be effective to detect solder fatigue while each IGBT in the converter can be examined sequentially during red-light stopping or services. The D&P circuitry can utilize existing on-board hardware and be embedded in the IGBT's gate drive unit.

An ultra-short-term wind power prediction method using “offline classification and optimization, online model matching” based on time series features

The applicability of ultra-short-term wind power prediction (USTWPP) models is reviewed. The USTWPP method proposed extracts featrues from historical data of wind power time series (WPTS), and classifies every short WPTS into one of several different subsets well defined by stationary patterns. All the WPTS that cannot match any one of the stationary patterns are sorted into the subset of nonstationary pattern. Every above WPTS subset needs a USTWPP model specially optimized for it offline. For on-line application, the pattern of the last short WPTS is recognized, then the corresponding prediction model is called for USTWPP. The validity of the proposed method is verified by simulations.

Extreme learning machines for virtual metrology and etch rate prediction

Virtual metrology (VM) aims to predict metrology values using sensor data from production equipment and physical metrology values of preceding samples. VM is a promising technology for the semiconductor manufacturing industry as it can reduce the frequency of in-line metrology operations and provide supportive information for other operations such as fault detection, predictive maintenance and run-to-run control. Methods with minimal user intervention are required to perform VM in a real-time industrial process. In this paper we propose extreme learning machines (ELM) as a competitive alternative to popular methods like lasso and ridge regression for developing VM models. In addition, we propose a new way to choose the hidden layer weights of ELMs that leads to an improvement in its prediction performance.

Computing probable maximum loss in catastrophe reinsurance portfolios on multi-core and many-core architectures

In the reinsurance market, the risks natural catastrophes pose to portfolios of properties must be quantified, so that they can be priced, and insurance offered. The analysis of such risks at a portfolio level requires a simulation of up to 800 000 trials with an average of 1000 catastrophic events per trial. This is sufficient to capture risk for a global multi-peril reinsurance portfolio covering a range of perils including earthquake, hurricane, tornado, hail, severe thunderstorm, wind storm, storm surge and riverine flooding, and wildfire. Such simulations are both computation and data intensive, making the application of high-performance computing techniques desirable.

In this paper, we explore the design and implementation of portfolio risk analysis on both multi-core and many-core computing platforms. Given a portfolio of property catastrophe insurance treaties, key risk measures, such as probable maximum loss, are computed by taking both primary and secondary uncertainties into account. Primary uncertainty is associated with whether or not an event occurs in a simulated year, while secondary uncertainty captures the uncertainty in the level of loss due to the use of simplified physical models and limitations in the available data. A combination of fast lookup structures, multi-threading and careful hand tuning of numerical operations is required to achieve good performance. Experimental results are reported for multi-core processors and systems using NVIDIA graphics processing unit and Intel Phi many-core accelerators.

Passive Intermodulation in Distributed Circuits with Cascaded Discrete Nonlinearities

The principle aspects of passive intermodulation (PIM) characterisation in distributed printed circuits with cascaded lumped nonlinearities are presented. Mechanisms of PIM generations have been investigated experimentally and modelled using the formalism of X-parameters. The devised equivalent circuit models are applied to the analysis of microstrip lines with distributed and cascaded lumped sources of nonlinearity. The dynamic measurements have revealed that PIM generation rates in straight and meandered microstrip lines differ and significantly deviate from those expected for the respective discrete sources of nonlinearity. The obtained results indicate that multiple physical sources of nonlinearity contribute to PIM generation in printed circuits. Finally, it is demonstrated that the electrical discontinuities can have significant effect on the overall PIM response of the distributed passive circuits and cause PIM product leakage and parasitic coupling between isolated circuit elements.

Heterogeneous error-resilient scheme for spectral analysis in ultra-low power wearable electrocardiogram devices

Wearable devices performing advanced bio-signal analysis algorithms are aimed to foster a revolution in healthcare provision of chronic cardiac diseases. In this context, energy efficiency is of paramount importance, as long-term monitoring must be ensured while relying on a tiny power source. Operating at a scaled supply voltage, just above the threshold voltage, effectively helps in saving substantial energy, but it makes circuits, and especially memories, more prone to errors, threatening the correct execution of algorithms. The use of error detection and correction codes may help to protect the entire memory content, however it incurs in large area and energy overheads which may not be compatible with the tight energy budgets of wearable systems. To cope with this challenge, in this paper we propose to limit the overhead of traditional schemes by selectively detecting and correcting errors only in data highly impacting the end-to-end quality of service of ultra-low power wearable electrocardiogram (ECG) devices. This partition adopts the protection of either significant words or significant bits of each data element, according to the application characteristics (statistical properties of the data in the application buffers), and its impact in determining the output. The proposed heterogeneous error protection scheme in real ECG signals allows substantial energy savings (11% in wearable devices) compared to state-of-the-art approaches, like ECC, in which the whole memory is protected against errors. At the same time, it also results in negligible output quality degradation in the evaluated power spectrum analysis application of ECG signals.

Projecto de receptores integrados de banda larga

O presente trabalho tem como objectivo o estudo e projecto de receptores optimizados para sistemas de comunicações por fibra óptica de muito alto débito (10Gb/s e 40Gb/s), com a capacidade integrada de compensação adaptativa pós-detecção da distorção originada pela característica de dispersão cromática e de polarização do canal óptico. O capítulo 1 detalha o âmbito de aplicabilidade destes receptores em sistemas de comunicações ópticas com multiplexagem no comprimento de onda (WDM) actuais. O capítulo apresenta ainda os objectivos e principais contribuições desta tese. O capítulo 2 detalha o projecto de um amplificador pós-detecção adequado para sistemas de comunicação ópticos com taxa de transmissão de 10Gb/s. São discutidas as topologias mais adequadas para amplificadores pós detecção e apresentados os critérios que ditaram a escolha da topologia de transimpedância bem como as condições que permitem optimizar o seu desempenho em termos de largura de banda, ganho e ruído. Para além disso são abordados aspectos relacionados com a implementação física em tecnologia monolítica de microondas (MMIC), focando em particular o impacto destes no desempenho do circuito, como é o caso do efeito dos componentes extrínsecos ao circuito monolítico, em particular as ligações por fio condutor do monólito ao circuito externo. Este amplificador foi projectado e produzido em tecnologia pHEMT de Arsenieto de Gálio e implementado em tecnologia MMIC. O protótipo produzido foi caracterizado na fábrica, ainda na bolacha em que foi produzido (on-wafer) tendo sido obtidos dados de caracterização de 80 circuitos protótipo. Estes foram comparados com resultados de simulação e com desempenho do protótipo montado num veículo de teste. O capítulo 3 apresenta o projecto de dois compensadores eléctricos ajustáveis com a capacidade de mitigar os efeitos da dispersão cromática e da dispersão de polarização em sistemas ópticos com débito binário de 10Gb/s e 40Gb/s, com modulação em banda lateral dupla e banda lateral única. Duas topologias possíveis para este tipo de compensadores (a topologia Feed-Forward Equalizer e a topologia Decision Feedback Equaliser) são apresentadas e comparadas. A topologia Feed-Forward Equaliser que serviu de base para a implementação dos compensadores apresentados é analisada com mais detalhe sendo propostas alterações que permitem a sua implementação prática. O capítulo apresenta em detalhe a forma como estes compensadores foram implementados como circuitos distribuídos em tecnologia MMIC sendo propostas duas formas de implementar as células de ganho variável: com recurso à configuração cascode ou com recurso à configuração célula de Gilbert. São ainda apresentados resultados de simulação e experimentais (dos protótipos produzidos) que permitem tirar algumas conclusões sobre o desempenho das células de ganho com as duas configurações distintas. Por fim, o capítulo inclui ainda resultados de desempenho dos compensadores testados como compensadores de um sinal eléctrico afectado de distorção. No capítulo 4 é feita uma análise do impacto da modulação em banda lateral dupla (BLD) em comparação com a modulação em banda lateral única (BLU) num sistema óptico afectado de dispersão cromática e de polarização. Mostra-se que com modulação em BLU, como não há batimento entre portadoras das duas bandas laterais em consequência do processo quadrático de detecção e há preservação da informação da distorção cromática do canal (na fase do sinal), o uso deste tipo de modulação em sistemas de comunicação óptica permite maior tolerância à dispersão cromática e os compensadores eléctricos são muito mais eficientes. O capítulo apresenta ainda resultados de teste dos compensadores desenvolvidos em cenários experimentais de laboratório representativos de sistemas ópticos a 10Gb/s e 40Gb/s. Os resultados permitem comparar o desempenho destes cenários sem e com compensação eléctrica optimizada, para os casos de modulação em BLU e em BLD, e considerando ainda os efeitos da dispersão na velocidade de grupo e do atraso de grupo diferencial. Mostra-se que a modulação BLU em conjunto com compensação adaptativa eléctrica permite um desempenho muito superior á modulação em BLD largamente utilizada nos sistemas de comunicações actuais. Por fim o capítulo 5 sintetiza e apresenta as principais conclusões deste trabalho.

Electronic health records for mobile citizens: a secure and collaborative architecture

Durante as ultimas décadas, os registos de saúde eletrónicos (EHR) têm evoluído para se adaptar a novos requisitos. O cidadão tem-se envolvido cada vez mais na prestação dos cuidados médicos, sendo mais pró ativo e desejando potenciar a utilização do seu registo. A mobilidade do cidadão trouxe mais desafios, a existência de dados dispersos, heterogeneidade de sistemas e formatos e grande dificuldade de partilha e comunicação entre os prestadores de serviços. Para responder a estes requisitos, diversas soluções apareceram, maioritariamente baseadas em acordos entre instituições, regiões e países. Estas abordagens são usualmente assentes em cenários federativos muito complexos e fora do controlo do paciente. Abordagens mais recentes, como os registos pessoais de saúde (PHR), permitem o controlo do paciente, mas levantam duvidas da integridade clinica da informação aos profissionais clínicos. Neste cenário os dados saem de redes e sistemas controlados, aumentando o risco de segurança da informação. Assim sendo, são necessárias novas soluções que permitam uma colaboração confiável entre os diversos atores e sistemas. Esta tese apresenta uma solução que permite a colaboração aberta e segura entre todos os atores envolvidos nos cuidados de saúde. Baseia-se numa arquitetura orientada ao serviço, que lida com a informação clínica usando o conceito de envelope fechado. Foi modelada recorrendo aos princípios de funcionalidade e privilégios mínimos, com o propósito de fornecer proteção dos dados durante a transmissão, processamento e armazenamento. O controlo de acesso _e estabelecido por políticas definidas pelo paciente. Cartões de identificação eletrónicos, ou certificados similares são utilizados para a autenticação, permitindo uma inscrição automática. Todos os componentes requerem autenticação mútua e fazem uso de algoritmos de cifragem para garantir a privacidade dos dados. Apresenta-se também um modelo de ameaça para a arquitetura, por forma a analisar se as ameaças possíveis foram mitigadas ou se são necessários mais refinamentos. A solução proposta resolve o problema da mobilidade do paciente e a dispersão de dados, capacitando o cidadão a gerir e a colaborar na criação e manutenção da sua informação de saúde. A arquitetura permite uma colaboração aberta e segura, possibilitando que o paciente tenha registos mais ricos, atualizados e permitindo o surgimento de novas formas de criar e usar informação clínica ou complementar.

Nanofluids development and characterization for heat exchanging intensification

A desmaterialização da economia é um dos caminhos para a promoção do desenvolvimento sustentável na medida em que elimina ou reduz a utilização de recursos naturais, fazendo mais com menos. A intensificação dos processos tecnológicos é uma forma de desmaterializar a economia. Sistemas mais compactos e mais eficientes consomem menos recursos. No caso concreto dos sistemas envolvendo processo de troca de calor, a intensificação resulta na redução da área de permuta e da quantidade de fluido de trabalho, o que para além de outra vantagem que possa apresentar decorrentes da miniaturização, é um contributo inegável para a sustentabilidade da sociedade através do desenvolvimento científico e tecnológico. O desenvolvimento de nanofluidos surge no sentido de dar resposta a estes tipo de desafios da sociedade moderna, contribuindo para a inovação de produtos e sistemas, dando resposta a problemas colocados ao nível das ciências de base. A literatura é unânime na identificação do seu potencial como fluidos de permuta, dada a sua elevada condutividade, no entanto a falta de rigor subjacente às técnicas de preparação dos mesmos, assim como de um conhecimento sistemático das suas propriedades físicas suportado por modelos físico-matemáticos devidamente validados levam a que a operacionalização industrial esteja longe de ser concretizável. Neste trabalho, estudou-se de forma sistemática a condutividade térmica de nanofluidos de base aquosa aditivados com nanotubos de carbono, tendo em vista a identificação dos mecanismos físicos responsáveis pela condução de calor no fluido e o desenvolvimento de um modelo geral que permita com segurança determinar esta propriedade com o rigor requerido ao nível da engenharia. Para o efeito apresentam-se métodos para uma preparação rigorosa e reprodutível deste tipo de nanofluido assim como das metodologias consideradas mais importantes para a aferição da sua estabilidade, assegurando deste modo o rigor da técnica da sua produção. A estabilidade coloidal é estabelecida de forma rigorosa tendo em conta parâmetros quantificáveis como a ausência de aglomeração, a separação de fases e a deterioração da morfologia das nanopartículas. Uma vez assegurado o método de preparação dos nanofluídos, realizou-se uma análise paramétrica conducente a uma base de dados obtidos experimentalmente que inclui a visão central e globalizante da influência relativa dos diferentes fatores de controlo com impacto nas propriedades termofísicas. De entre as propriedades termofísicas, este estudo deu particular ênfase à condutividade térmica, sendo os fatores de controlo selecionados os seguintes: fluido base, temperatura, tamanho da partícula e concentração de nanopartículas. Experimentalmente, verificou-se que de entre os fatores de controlo estudados, os que maior influência detêm sobre a condutividade térmica do nanofluido, são o tamanho e concentração das nanopartículas. Com a segurança conferida por uma base de dados sólida e com o conhecimento acerca da contribuição relativa de cada fator de controlo no processo de transferência de calor, desenvolveu-se e validou-se um modelo físico-matemático com um caracter generalista, que permitirá determinar com segurança a condutividade térmica de nanofluidos.

Multi-scale cortical keypoints for realtime hand tracking and gesture recognition

Human-robot interaction is an interdisciplinary research area which aims at integrating human factors, cognitive psychology and robot technology. The ultimate goal is the development of social robots. These robots are expected to work in human environments, and to understand behavior of persons through gestures and body movements. In this paper we present a biological and realtime framework for detecting and tracking hands. This framework is based on keypoints extracted from cortical V1 end-stopped cells. Detected keypoints and the cells’ responses are used to classify the junction type. By combining annotated keypoints in a hierarchical, multi-scale tree structure, moving and deformable hands can be segregated, their movements can be obtained, and they can be tracked over time. By using hand templates with keypoints at only two scales, a hand’s gestures can be recognized.

South Carolina/general sessions court circuits meeting benchmark : 80% of pending docket 365 days or less as of February 28, 2015

This document provides statistics on criminal and general sessions courts meeting the benchmark of 80% of pending dockets broken down by circuits and counties.

Broadband Green's Function and Applications to Fast Electromagnetic Analysis of High-Speed Interconnects

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2015

Object transportation by multiple mobile robots controlled by attractor dynamics: theory and implementation

Dynamical systems theory is used as a theoretical language and tool to design a distributed control architecture for teams of mobile robots, that must transport a large object and simultaneously avoid collisions with (either static or dynamic) obstacles. Here we demonstrate in simulations and implementations in real robots that it is possible to simplify the architectures presented in previous work and to extend the approach to teams of n robots. The robots have no prior knowledge of the environment. The motion of each robot is controlled by a time series of asymptotical stable states. The attractor dynamics permits the integration of information from various sources in a graded manner. As a result, the robots show a strikingly smooth an stable team behaviour.

From design-for-test to design-for-debug-and-test: analysis of requirements and limitations for 1149.1

The increasing complexity of VLSI circuits and the reduced accessibility of modern packaging and mounting technologies restrict the usefulness of conventional in-circuit debugging tools, such as in-circuit emulators for microprocessors and microcontrollers. However, this same trend enables the development of more complex products, which in turn require more powerful debugging tools. These conflicting demands could be met if the standard scan test infrastructures now common in most complex components were able to match the debugging requirements of design verification and prototype validation. This paper analyses the main debug requirements in the design of microprocessor-based applications and the feasibility of their implementation using the mandatory, optional and additional operating modes of the standard IEEE 1149.1 test infrastructure.

ALS-Sence: sistema de aquisição e processamento de electromiogramas para pacientes com ALS

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Eletrónica e Computadores