Implémentation de la répartition de charge et du mode TOT pour la simulation d’un détecteur Timepix à pixels

Les détecteurs à pixels Medipix ont été développés par la collaboration Medipix et permettent de faire de l'imagerie en temps réel. Leur surface active de près de $2\cm^2$ est divisée en 65536~pixels de $55\times 55\um^2$ chacun. Seize de ces détecteurs, les Medipix2, sont installés dans l'expérience ATLAS au CERN afin de mesurer en temps réel les champs de radiation produits par les collisions de hadrons au LHC. Ils seront prochainement remplacés par des Timepix, la plus récente version de ces détecteurs, qui permettent de mesurer directement l'énergie déposée dans chaque pixel en mode \textit{time-over-threshold} (TOT) lors du passage d'une particule dans le semi-conducteur. En vue d'améliorer l'analyse des données recueillies avec ces détecteurs Timepix dans ATLAS, un projet de simulation Geant4 a été amorcé par John Id\'{a}rraga à l'Université de Montréal. Dans le cadre de l'expérience ATLAS, cette simulation pourra être utilisée conjointement avec Athena, le programme d'analyse d'ATLAS, et la simulation complète du détecteur ATLAS. Sous l'effet de leur propre répulsion, les porteurs de charge créés dans le semi-conducteur sont diffusés vers les pixels adjacents causant un dépôt d'énergie dans plusieurs pixels sous l'effet du partage de charges. Un modèle effectif de cette diffusion latérale a été développé pour reproduire ce phénomène sans résoudre d'équation différentielle de transport de charge. Ce modèle, ainsi que le mode TOT du Timepix, qui permet de mesurer l'énergie déposée dans le détecteur, ont été inclus dans la simulation afin de reproduire adéquatement les traces laissées par les particules dans le semi-conducteur. On a d'abord étalonné le détecteur pixel par pixel à l'aide d'une source de $\Am$ et de $\Ba$. Ensuite, on a validé la simulation à l'aide de mesures d'interactions de protons et de particules $\alpha$ produits au générateur Tandem van de Graaff du Laboratoire René-J.-A.-Lévesque de l'Université de Montréal.

A CMOS micro power switched-capacitor DC-DC step-up converter for indoor light energy harvesting applications

This paper presents a micro power light energy harvesting system for indoor environments. Light energy is collected by amorphous silicon photovoltaic (a-Si:H PV) cells, processed by a switched capacitor (SC) voltage doubler circuit with maximum power point tracking (MPPT), and finally stored in a large capacitor. The MPPT fractional open circuit voltage (V-OC) technique is implemented by an asynchronous state machine (ASM) that creates and dynamically adjusts the clock frequency of the step-up SC circuit, matching the input impedance of the SC circuit to the maximum power point condition of the PV cells. The ASM has a separate local power supply to make it robust against load variations. In order to reduce the area occupied by the SC circuit, while maintaining an acceptable efficiency value, the SC circuit uses MOSFET capacitors with a charge sharing scheme for the bottom plate parasitic capacitors. The circuit occupies an area of 0.31 mm(2) in a 130 nm CMOS technology. The system was designed in order to work under realistic indoor light intensities. Experimental results show that the proposed system, using PV cells with an area of 14 cm(2), is capable of starting-up from a 0 V condition, with an irradiance of only 0.32 W/m(2). After starting-up, the system requires an irradiance of only 0.18 W/m(2) (18 mu W/cm(2)) to remain operating. The ASM circuit can operate correctly using a local power supply voltage of 453 mV, dissipating only 0.085 mu W. These values are, to the best of the authors' knowledge, the lowest reported in the literature. The maximum efficiency of the SC converter is 70.3 % for an input power of 48 mu W, which is comparable with reported values from circuits operating at similar power levels.

Mesure des champs de radiation dans le détecteur ATLAS et sa caverne avec les détecteurs au silicium à pixels ATLAS-MPX

Les collisions proton-proton produites par le LHC imposent un environnement radiatif hostile au détecteur ATLAS. Afin de quantifier les effets de cet environnement sur la performance du détecteur et la sécurité du personnel, plusieurs simulations Monte Carlo ont été réalisées. Toutefois, la mesure directe est indispensable pour suivre les taux de radiation dans ATLAS et aussi pour vérifier les prédictions des simulations. À cette fin, seize détecteurs ATLAS-MPX ont été installés à différents endroits dans les zones expérimentale et technique d'ATLAS. Ils sont composés d'un détecteur au silicium à pixels appelé MPX dont la surface active est partiellement recouverte de convertisseurs de neutrons thermiques, lents et rapides. Les détecteurs ATLAS-MPX mesurent en temps réel les champs de radiation en enregistrant les traces des particules détectées sous forme d'images matricielles. L'analyse des images acquises permet d'identifier les types des particules détectées à partir des formes de leurs traces. Dans ce but, un logiciel de reconnaissance de formes appelé MAFalda a été conçu. Étant donné que les traces des particules fortement ionisantes sont influencées par le partage de charge entre pixels adjacents, un modèle semi-empirique décrivant cet effet a été développé. Grâce à ce modèle, l'énergie des particules fortement ionisantes peut être estimée à partir de la taille de leurs traces. Les convertisseurs de neutrons qui couvrent chaque détecteur ATLAS-MPX forment six régions différentes. L'efficacité de chaque région à détecter les neutrons thermiques, lents et rapides a été déterminée par des mesures d'étalonnage avec des sources connues. L'étude de la réponse des détecteurs ATLAS-MPX à la radiation produite par les collisions frontales de protons à 7TeV dans le centre de masse a montré que le nombre de traces enregistrées est proportionnel à la luminosité du LHC. Ce résultat permet d'utiliser les détecteurs ATLAS-MPX comme moniteurs de luminosité. La méthode proposée pour mesurer et étalonner la luminosité absolue avec ces détecteurs est celle de van der Meer qui est basée sur les paramètres des faisceaux du LHC. Vu la corrélation entre la réponse des détecteurs ATLAS-MPX et la luminosité, les taux de radiation mesurés sont exprimés en termes de fluences de différents types de particules par unité de luminosité intégrée. Un écart significatif a été obtenu en comparant ces fluences avec celles prédites par GCALOR qui est l'une des simulations Monte Carlo du détecteur ATLAS. Par ailleurs, les mesures effectuées après l'arrêt des collisions proton-proton ont montré que les détecteurs ATLAS-MPX permettent d'observer la désintégration des isotopes radioactifs générés au cours des collisions. L'activation résiduelle des matériaux d'ATLAS peut être mesurée avec ces détecteurs grâce à un étalonnage en équivalent de dose ambiant.

Formal Multilevel Hierarchical Verification of Synchronous MOS Circuits

I have designed and implemented a system for the multilevel verification of synchronous MOS VLSI circuits. The system, called Silica Pithecus, accepts the schematic of an MOS circuit and a specification of the circuit's intended digital behavior. Silica Pithecus determines if the circuit meets its specification. If the circuit fails to meet its specification Silica Pithecus returns to the designer the reason for the failure. Unlike earlier verifiers which modelled primitives (e.g., transistors) as unidirectional digital devices, Silica Pithecus models primitives more realistically. Transistors are modelled as bidirectional devices of varying resistances, and nodes are modelled as capacitors. Silica Pithecus operates hierarchically, interactively, and incrementally. Major contributions of this research include a formal understanding of the relationship between different behavioral descriptions (e.g., signal, boolean, and arithmetic descriptions) of the same device, and a formalization of the relationship between the structure, behavior, and context of device. Given these formal structures my methods find sufficient conditions on the inputs of circuits which guarantee the correct operation of the circuit in the desired descriptive domain. These methods are algorithmic and complete. They also handle complex phenomena such as races and charge sharing. Informal notions such as races and hazards are shown to be derivable from the correctness conditions used by my methods.

Average-case analysis of power consumption in embedded systems

Power efficiency is one of the most important constraints in the design of embedded systems since such systems are generally driven by batteries with limited energy budget or restricted power supply. In every embedded system, there are one or more processor cores to run the software and interact with the other hardware components of the system. The power consumption of the processor core(s) has an important impact on the total power dissipated in the system. Hence, the processor power optimization is crucial in satisfying the power consumption constraints, and developing low-power embedded systems. A key aspect of research in processor power optimization and management is “power estimation”. Having a fast and accurate method for processor power estimation at design time helps the designer to explore a large space of design possibilities, to make the optimal choices for developing a power efficient processor. Likewise, understanding the processor power dissipation behaviour of a specific software/application is the key for choosing appropriate algorithms in order to write power efficient software. Simulation-based methods for measuring the processor power achieve very high accuracy, but are available only late in the design process, and are often quite slow. Therefore, the need has arisen for faster, higher-level power prediction methods that allow the system designer to explore many alternatives for developing powerefficient hardware and software. The aim of this thesis is to present fast and high-level power models for the prediction of processor power consumption. Power predictability in this work is achieved in two ways: first, using a design method to develop power predictable circuits; second, analysing the power of the functions in the code which repeat during execution, then building the power model based on average number of repetitions. In the first case, a design method called Asynchronous Charge Sharing Logic (ACSL) is used to implement the Arithmetic Logic Unit (ALU) for the 8051 microcontroller. The ACSL circuits are power predictable due to the independency of their power consumption to the input data. Based on this property, a fast prediction method is presented to estimate the power of ALU by analysing the software program, and extracting the number of ALU-related instructions. This method achieves less than 1% error in power estimation and more than 100 times speedup in comparison to conventional simulation-based methods. In the second case, an average-case processor energy model is developed for the Insertion sort algorithm based on the number of comparisons that take place in the execution of the algorithm. The average number of comparisons is calculated using a high level methodology called MOdular Quantitative Analysis (MOQA). The parameters of the energy model are measured for the LEON3 processor core, but the model is general and can be used for any processor. The model has been validated through the power measurement experiments, and offers high accuracy and orders of magnitude speedup over the simulation-based method.

Améliorer la prise en charge de l'hypertension arterielle en favorisant la collaboration avec les pharmaciens et les infirmières [Team-based care involving pharmacists and nurses to improve the management of hypertension].

Only half of hypertensive patients has controlled blood pressure. Chronic kidney disease (CKD) is also associated with low blood pressure control, 25-30% of CKD patients achieving adequate blood pressure. The Community Preventive Services Task Force has recently recommended team-based care to improve blood pressure control. Team-based care of hypertension involves facilitating coordination of care among physician, pharmacist and nurse and requires sharing clinical data, laboratory results, and medications, e.g., electronically or by fax. Based on recent studies, development and evaluation of team-based care of hypertensive patients should be done in the Swiss healthcare system.

Web2.0, knowledge sharing and privacy in E-learning

Quand le E-learning a émergé il ya 20 ans, cela consistait simplement en un texte affiché sur un écran d'ordinateur, comme un livre. Avec les changements et les progrès dans la technologie, le E-learning a parcouru un long chemin, maintenant offrant un matériel éducatif personnalisé, interactif et riche en contenu. Aujourd'hui, le E-learning se transforme de nouveau. En effet, avec la prolifération des systèmes d'apprentissage électronique et des outils d'édition de contenu éducatif, ainsi que les normes établies, c’est devenu plus facile de partager et de réutiliser le contenu d'apprentissage. En outre, avec le passage à des méthodes d'enseignement centrées sur l'apprenant, en plus de l'effet des techniques et technologies Web2.0, les apprenants ne sont plus seulement les récipiendaires du contenu d'apprentissage, mais peuvent jouer un rôle plus actif dans l'enrichissement de ce contenu. Par ailleurs, avec la quantité d'informations que les systèmes E-learning peuvent accumuler sur les apprenants, et l'impact que cela peut avoir sur leur vie privée, des préoccupations sont soulevées afin de protéger la vie privée des apprenants. Au meilleur de nos connaissances, il n'existe pas de solutions existantes qui prennent en charge les différents problèmes soulevés par ces changements. Dans ce travail, nous abordons ces questions en présentant Cadmus, SHAREK, et le E-learning préservant la vie privée. Plus précisément, Cadmus est une plateforme web, conforme au standard IMS QTI, offrant un cadre et des outils adéquats pour permettre à des tuteurs de créer et partager des questions de tests et des examens. Plus précisément, Cadmus fournit des modules telles que EQRS (Exam Question Recommender System) pour aider les tuteurs à localiser des questions appropriées pour leur examens, ICE (Identification of Conflits in Exams) pour aider à résoudre les conflits entre les questions contenu dans un même examen, et le Topic Tree, conçu pour aider les tuteurs à mieux organiser leurs questions d'examen et à assurer facilement la couverture des différent sujets contenus dans les examens. D'autre part, SHAREK (Sharing REsources and Knowledge) fournit un cadre pour pouvoir profiter du meilleur des deux mondes : la solidité des systèmes E-learning et la flexibilité de PLE (Personal Learning Environment) tout en permettant aux apprenants d'enrichir le contenu d'apprentissage, et les aider à localiser nouvelles ressources d'apprentissage. Plus précisément, SHAREK combine un système recommandation multicritères, ainsi que des techniques et des technologies Web2.0, tels que le RSS et le web social, pour promouvoir de nouvelles ressources d'apprentissage et aider les apprenants à localiser du contenu adapté. Finalement, afin de répondre aux divers besoins de la vie privée dans le E-learning, nous proposons un cadre avec quatre niveaux de vie privée, ainsi que quatre niveaux de traçabilité. De plus, nous présentons ACES (Anonymous Credentials for E-learning Systems), un ensemble de protocoles, basés sur des techniques cryptographiques bien établies, afin d'aider les apprenants à atteindre leur niveau de vie privée désiré.

STATE OF CHARGE BALANCING DROOP CONTROL

This thesis presents a load sharing method applied in a distributed micro grid system. The goal of this method is to balance the state-of-charge (SoC) of each parallel connected battery and make it possible to detect the average SoC of the system by measuring bus voltage for all connected modules. In this method the reference voltage for each battery converter is adjusted by adding a proportional SoC factor. Under such setting the battery with a higher SoC will output more power, whereas the one with lower SoC gives out less. Therefore the higher SoC battery will use its energy faster than the lower ones, and eventually the SoC and output power of each battery will converge. And because the reference voltage is related to SoC status, the information of the average SoC in this system could be shared for all modules by measuring bus voltage. The SoC balancing speed is related to the SoC droop factors. This SoC-based load sharing control system is analyzed in feasibility and stability. Simulations in MATLAB/Simulink are presented, which indicate that this control scheme could balance the battery SoCs as predicted. The observation of SoC sharing through bus voltage was validated in both software simulation and hardware experiments. It could be of use to non-communicated distributed power system in load shedding and power planning.

Beam-energy Dependence Of Charge Separation Along The Magnetic Field In Au+au Collisions At Rhic.

Local parity-odd domains are theorized to form inside a quark-gluon plasma which has been produced in high-energy heavy-ion collisions. The local parity-odd domains manifest themselves as charge separation along the magnetic field axis via the chiral magnetic effect. The experimental observation of charge separation has previously been reported for heavy-ion collisions at the top RHIC energies. In this Letter, we present the results of the beam-energy dependence of the charge correlations in Au+Au collisions at midrapidity for center-of-mass energies of 7.7, 11.5, 19.6, 27, 39, and 62.4 GeV from the STAR experiment. After background subtraction, the signal gradually reduces with decreased beam energy and tends to vanish by 7.7 GeV. This implies the dominance of hadronic interactions over partonic ones at lower collision energies.

Beam Energy Dependence Of Moments Of The Net-charge Multiplicity Distributions In Au+au Collisions At Rhic.

We report the first measurements of the moments--mean (M), variance (σ(2)), skewness (S), and kurtosis (κ)--of the net-charge multiplicity distributions at midrapidity in Au+Au collisions at seven energies, ranging from sqrt[sNN]=7.7 to 200 GeV, as a part of the Beam Energy Scan program at RHIC. The moments are related to the thermodynamic susceptibilities of net charge, and are sensitive to the location of the QCD critical point. We compare the products of the moments, σ(2)/M, Sσ, and κσ(2), with the expectations from Poisson and negative binomial distributions (NBDs). The Sσ values deviate from the Poisson baseline and are close to the NBD baseline, while the κσ(2) values tend to lie between the two. Within the present uncertainties, our data do not show nonmonotonic behavior as a function of collision energy. These measurements provide a valuable tool to extract the freeze-out parameters in heavy-ion collisions by comparing with theoretical models.

Atomic Charge Transfer-counter Polarization Effects Determine Infrared Ch Intensities Of Hydrocarbons: A Quantum Theory Of Atoms In Molecules Model.

Atomic charge transfer-counter polarization effects determine most of the infrared fundamental CH intensities of simple hydrocarbons, methane, ethylene, ethane, propyne, cyclopropane and allene. The quantum theory of atoms in molecules/charge-charge flux-dipole flux model predicted the values of 30 CH intensities ranging from 0 to 123 km mol(-1) with a root mean square (rms) error of only 4.2 km mol(-1) without including a specific equilibrium atomic charge term. Sums of the contributions from terms involving charge flux and/or dipole flux averaged 20.3 km mol(-1), about ten times larger than the average charge contribution of 2.0 km mol(-1). The only notable exceptions are the CH stretching and bending intensities of acetylene and two of the propyne vibrations for hydrogens bound to sp hybridized carbon atoms. Calculations were carried out at four quantum levels, MP2/6-311++G(3d,3p), MP2/cc-pVTZ, QCISD/6-311++G(3d,3p) and QCISD/cc-pVTZ. The results calculated at the QCISD level are the most accurate among the four with root mean square errors of 4.7 and 5.0 km mol(-1) for the 6-311++G(3d,3p) and cc-pVTZ basis sets. These values are close to the estimated aggregate experimental error of the hydrocarbon intensities, 4.0 km mol(-1). The atomic charge transfer-counter polarization effect is much larger than the charge effect for the results of all four quantum levels. Charge transfer-counter polarization effects are expected to also be important in vibrations of more polar molecules for which equilibrium charge contributions can be large.

Spectroscopic characterization and investigation of the dynamic of charge compensation process of supramolecular films derived from tetra-2-pyridyl-1,4-pyrazine ligand

This work describes the infrared spectroscopy characterization and the charge compensation dynamics in supramolecular film FeTPPZFeCN derived from tetra-2-pyridyl-1,4-pyrazine (TPPZ) with hexacyanoferrate, as well as the hybrid film formed by FeTPPZFeCN and polypyrrole (PPy). For supramolecular film, it was found that anion flux is greater in a K+ containing solution than in Li+ solution, which seems to be due to the larger crystalline ionic radius of K+. The electroneutralization process is discussed in terms of electrostatic interactions between cations and metallic centers in the hosting matrix. The nature of the charge compensation process differs from others modified electrodes based on Prussian blue films, where only cations such as K+ participate in the electroneutralization process. In the case of FeTPPZFeCN/PPy hybrid film, the magnitude of the anions’s flux is also dependent on the identity of the anion of the supporting electrolyte.

Polyelectrolyte-protein complexation driven by charge regulation

The interplay between the biocolloidal characteristics (especially size and charge), pH, salt concentration and the thermal energy results in a unique collection of mesoscopic forces of importance to the molecular organization and function in biological systems. By means of Monte Carlo simulations and semi-quantitative analysis in terms of perturbation theory, we describe a general electrostatic mechanism that gives attraction at low electrolyte concentrations. This charge regulation mechanism due to titrating amino acid residues is discussed in a purely electrostatic framework. The complexation data reported here for interaction between a polyelectrolyte chain and the proteins albumin, goat and bovine alpha-lactalbumin, beta-lactoglobulin, insulin, k-casein, lysozyme and pectin methylesterase illustrate the importance of the charge regulation mechanism. Special attention is given to pH congruent to pI where ion-dipole and charge regulation interactions could overcome the repulsive ion-ion interaction. By means of protein mutations, we confirm the importance of the charge regulation mechanism, and quantify when the complexation is dominated either by charge regulation or by the ion-dipole term.

Beam-energy and system-size dependence of dynamical net charge fluctuations

We present measurements of net charge fluctuations in Au+Au collisions at s(NN)=19.6, 62.4, 130, and 200 GeV, Cu+Cu collisions at s(NN)=62.4 and 200 GeV, and p+p collisions at s=200 GeV using the dynamical net charge fluctuations measure nu(+-,dyn). We observe that the dynamical fluctuations are nonzero at all energies and exhibit a modest dependence on beam energy. A weak system size dependence is also observed. We examine the collision centrality dependence of the net charge fluctuations and find that dynamical net charge fluctuations violate 1/N(ch) scaling but display approximate 1/N(part) scaling. We also study the azimuthal and rapidity dependence of the net charge correlation strength and observe strong dependence on the azimuthal angular range and pseudorapidity widths integrated to measure the correlation.

Measurement of the underground atmospheric muon charge ratio using the MINOS Near Detector

The magnetized MINOS Near Detector, at a depth of 225 mwe, is used to measure the atmospheric muon charge ratio. The ratio of observed positive to negative atmospheric muon rates, using 301 days of data, is measured to be 1.266 +/- 0.001(stat)(-0.014)(+0.015)(syst). This measurement is consistent with previous results from other shallow underground detectors and is 0.108 +/- 0.019(stat + syst) lower than the measurement at the functionally identical MINOS Far Detector at a depth of 2070 mwe. This increase in charge ratio as a function of depth is consistent with an increase in the fraction of muons arising from kaon decay for increasing muon surface energies.