Diseño y simulación de circuitos empleando HBTs, orientado a fibra óptica

Presentación del Proyecto Fin de Carrera titulado "Diseño y Simulación de Circuitos empleando HBTs, orientado a Fibra Óptica"

Técnicas de simulación aplicadas en la enseñanza de electrónica.

Obtuvo la quinta mención de la modalidad A en el XII Certamen de Materiales Curriculares de 2004, organizado por la Consejería de Educación de la Comunidad de Madrid.

Electrònica. 'Electrónica'.

Crédito variable tipificado sobre electrónica para Educación Secundaria Obligatoria. Pretende que el alumnado conozca el funcionamiento de circuitos eléctricos, la elaboración de esquemas y cálculos, la simulación de circuitos con ordenador y el montaje de circuitos experimentales. Se especifican los objetivos, contenidos, orientaciones didácticas y recursos didácticos de cada unidad. Ejemplifica el desarrollo de una unidad didáctica del crédito propuesto.

Análisis y diseño de multiplicadores y mezcladores mediante el método de Monte Carlo en la banda de THz = Analysis and design of multipliers and mixers via Monte Carlo modelling at THz bands

La región del espectro electromagnético comprendida entre 100 GHz y 10 THz alberga una gran variedad de aplicaciones en campos tan dispares como la radioastronomía, espectroscopíamolecular, medicina, seguridad, radar, etc. Los principales inconvenientes en el desarrollo de estas aplicaciones son los altos costes de producción de los sistemas trabajando a estas frecuencias, su costoso mantenimiento, gran volumen y baja fiabilidad. Entre las diferentes tecnologías a frecuencias de THz, la tecnología de los diodos Schottky juega un importante papel debido a su madurez y a la sencillez de estos dispositivos. Además, los diodos Schottky pueden operar tanto a temperatura ambiente como a temperaturas criogénicas, con altas eficiencias cuando se usan como multiplicadores y con moderadas temperaturas de ruido en mezcladores. El principal objetivo de esta tesis doctoral es analizar los fenómenos físicos responsables de las características eléctricas y del ruido en los diodos Schottky, así como analizar y diseñar circuitos multiplicadores y mezcladores en bandas milimétricas y submilimétricas. La primera parte de la tesis presenta un análisis de los fenómenos físicos que limitan el comportamiento de los diodos Schottky de GaAs y GaN y de las características del espectro de ruido de estos dispositivos. Para llevar a cabo este análisis, un modelo del diodo basado en la técnica de Monte Carlo se ha considerado como referencia debido a la elevada precisión y fiabilidad de este modelo. Además, el modelo de Monte Carlo permite calcular directamente el espectro de ruido de los diodos sin necesidad de utilizar ningún modelo analítico o empírico. Se han analizado fenómenos físicos como saturación de la velocidad, inercia de los portadores, dependencia de la movilidad electrónica con la longitud de la epicapa, resonancias del plasma y efectos no locales y no estacionarios. También se ha presentado un completo análisis del espectro de ruido para diodos Schottky de GaAs y GaN operando tanto en condiciones estáticas como variables con el tiempo. Los resultados obtenidos en esta parte de la tesis contribuyen a mejorar la comprensión de la respuesta eléctrica y del ruido de los diodos Schottky en condiciones de altas frecuencias y/o altos campos eléctricos. También, estos resultados han ayudado a determinar las limitaciones de modelos numéricos y analíticos usados en el análisis de la respuesta eléctrica y del ruido electrónico en los diodos Schottky. La segunda parte de la tesis está dedicada al análisis de multiplicadores y mezcladores mediante una herramienta de simulación de circuitos basada en la técnica de balance armónico. Diferentes modelos basados en circuitos equivalentes del dispositivo, en las ecuaciones de arrastre-difusión y en la técnica de Monte Carlo se han considerado en este análisis. El modelo de Monte Carlo acoplado a la técnica de balance armónico se ha usado como referencia para evaluar las limitaciones y el rango de validez de modelos basados en circuitos equivalentes y en las ecuaciones de arrastredifusión para el diseño de circuitos multiplicadores y mezcladores. Una notable característica de esta herramienta de simulación es que permite diseñar circuitos Schottky teniendo en cuenta tanto la respuesta eléctrica como el ruido generado en los dispositivos. Los resultados de las simulaciones presentados en esta parte de la tesis, tanto paramultiplicadores comomezcladores, se han comparado con resultados experimentales publicados en la literatura. El simulador que integra el modelo de Monte Carlo con la técnica de balance armónico permite analizar y diseñar circuitos a frecuencias superiores a 1 THz. ABSTRACT The terahertz region of the electromagnetic spectrum(100 GHz-10 THz) presents a wide range of applications such as radio-astronomy, molecular spectroscopy, medicine, security and radar, among others. The main obstacles for the development of these applications are the high production cost of the systems working at these frequencies, highmaintenance, high volume and low reliability. Among the different THz technologies, Schottky technology plays an important rule due to its maturity and the inherent simplicity of these devices. Besides, Schottky diodes can operate at both room and cryogenic temperatures, with high efficiency in multipliers and moderate noise temperature in mixers. This PhD. thesis is mainly concerned with the analysis of the physical processes responsible for the characteristics of the electrical response and noise of Schottky diodes, as well as the analysis and design of frequency multipliers and mixers at millimeter and submillimeter wavelengths. The first part of the thesis deals with the analysis of the physical phenomena limiting the electrical performance of GaAs and GaN Schottky diodes and their noise performance. To carry out this analysis, a Monte Carlo model of the diode has been used as a reference due to the high accuracy and reliability of this diode model at millimeter and submillimter wavelengths. Besides, the Monte Carlo model provides a direct description of the noise spectra of the devices without the necessity of any additional analytical or empirical model. Physical phenomena like velocity saturation, carrier inertia, dependence of the electron mobility on the epilayer length, plasma resonance and nonlocal effects in time and space have been analysed. Also, a complete analysis of the current noise spectra of GaAs and GaN Schottky diodes operating under static and time varying conditions is presented in this part of the thesis. The obtained results provide a better understanding of the electrical and the noise responses of Schottky diodes under high frequency and/or high electric field conditions. Also these results have helped to determine the limitations of numerical and analytical models used in the analysis of the electrical and the noise responses of these devices. The second part of the thesis is devoted to the analysis of frequency multipliers and mixers by means of an in-house circuit simulation tool based on the harmonic balance technique. Different lumped equivalent circuits, drift-diffusion and Monte Carlo models have been considered in this analysis. The Monte Carlo model coupled to the harmonic balance technique has been used as a reference to evaluate the limitations and range of validity of lumped equivalent circuit and driftdiffusion models for the design of frequency multipliers and mixers. A remarkable feature of this reference simulation tool is that it enables the design of Schottky circuits from both electrical and noise considerations. The simulation results presented in this part of the thesis for both multipliers and mixers have been compared with measured results available in the literature. In addition, the Monte Carlo simulation tool allows the analysis and design of circuits above 1 THz.

Análisis, construcción, simulación y sincronización de circuitos electrónicos prototipos de Caos

El proyecto tiene como objetivo el estudio de siete Sistemas Dinámicos, yendo de los que son paradigma de Caos a los más complejos, y sus posibles aplicaciones en comunicaciones privadas, bioingeniería y comunicaciones ópticas. El conjunto de sistemas seleccionados incluye algunos ejemplos paradigmáticos de Dinámicas Caóticas, así como nuevas propuestas, tanto de do sistemas básicos como de un sistema que tiene soluciones más complejas, nunca antes estudiados. Se logrará, de esta manera, realizar un completo recorrido desde los osciladores no-lineales más simples (como el de Van Der Pol), hasta los sistemas de mayor complejidad (como son las dinámicas hipercaóticas). El estudio consiste, en primer lugar, en identificar los métodos de análisis específicos del Caos, que permiten poner de manifiesto su carácter y propiedades (a lo que se dedicará el capítulo 1). Tras ello (Capítulo 2 y 3), se desarrollan, estudian y analizan los sistemas mediante simulaciones numéricas de la dinámica de los citados sistemas utilizando el software matemático MATLAB. En una segunda parte (que abarca la primera mitad del Capítulo 4), se implementan los circuitos electrónicos de los citados sistemas, y se simula su comportamiento mediante un software profesional. En una tercera parte (coincidente con la segunda mitad del Capítulo 4 y el Capítulo 5 completo), se construyen físicamente los sistemas fundamentales y sus extensiones, con el objetivo de caracterizar su comportamiento. Además, se desarrolla una aplicación software con entorno gráfico para el análisis sistemático de las dinámicas objeto de estudio. Finalmente, y con el objetivo de aplicar los Sistemas Dinámicos caóticos tanto a Comunicaciones Seguras como a Bioingeniería, este proyecto presenta un estudio de los citados sistemas para su uso en Comunicaciones Seguras, en el capítulo 6. Por otro lado, el oscilador de Van Der Pol no sólo es un sistema paradigma de Caos por la riqueza de su dinámica caótica, sino también por su interés en la simulación del corazón humano tanto en régimen regular, como en régimen caótico. Este análisis se desarrolla en el Capítulo 3.

Simulación de tráfico en circuitos urbanos para analizar el efecto de diferentes estilos de conducción

Con este proyecto se pretende realizar un programa que permita simular de forma eficaz el movimiento de una serie de vehículos y las interacciones entre ellos y otros elementos del trayecto. Para lograrlo, primero se tomarán datos del tráfico a pie de calle y después se modelizarán para poder tener una visión más general. El código principal pretende servir para simular cualquier circuito posible del que podamos tomar datos. Con él podremos saber cuánto tiempo se tarda en recorrer el circuito, las paradas realizadas o las velocidades en todo momento. La simulación va, por lo tanto, más allá de obtener un solo tiempo como resultado, sino que pretende predecir tantos datos que estos puedan emplearse para comparar distintos estilos de conducción, y también servir como base para poder simular en el futuro variables más complejas como el consumo de combustible.

Proyecto integrado en el Area de Microelectrónica para el Diseño de circuitos integrados (Programa de Modernización Tecnológica III I-P - PAE 2006)

El objetivo general de este proyecto estratégico es incorporar una actividad de alto valor agregado como es el diseño de circuitos integrados dentro del segmento de alta tecnología de la cadena productiva nacional. Para ello resulta necesario cumplimentar los siguientes objetivos específicos:• Fortalecer los grupos de investigación y desarrollo que realizan tareas dentro de este área temática, tanto en infraestructura como en recursos humanos; • Fortalecer y desarrollar la Industria Electrónica mediante la incorporación de estas nuevas tecnologías en sus productos; • Representar y asistir a los grupos de diseño locales en la búsqueda de oportunidades para realizar “outsourcing” de diseño para compañías del exterior; • Establecer una primer masa crítica de diseñadores, que funcione como impulsora de la actividad en el medio; • Generar una red a nivel local, donde convivan empresas, universidades y profesionales. La mejora continua en las prestaciones de los productos y en los procesos productivos ha llevado a que la microelectrónica esté presente en los más diversos ámbitos de la actividad humana, con la perspectiva de ir incrementando constantemente su participación. Por eso mismo, un país que pretenda insertarse en el mundo de manera soberana no puede menospreciar la necesidad de incrementar la capacidad de su industria en el área. Los componentes de la Cadena de valor de la ME son los siguientes: • Diseño del circuito, con valor agregado de conocimientos y experiencia del diseñador; • Herramientas de Software de diseño (CAD) con verificación y simulación; • Prototipeo de circuitos y ensayo (testing); • Fabricación de chip en línea; •Encapsulado y testeo. Salvo el primer eslabón, los restantes requieren de una gran inversión en infraestructura, con una permanente actualización. Sin embargo, el Diseño de circuitos es perfectamente abordable en la Argentina, dado que solo requiere de conocimiento y experiencia, y se puede realizar sobre computadoras estándar.

Proyecto integrado en el área de microelectrónica para el diseño de circuitos integrados (Programa de Modernización Tecnológica III I-P - PAE 2006).

El objetivo general de este proyecto estratégico es incorporar una actividad de alto valor agregado como es el diseño de circuitos integrados dentro del segmento de alta tecnología de la cadena productiva nacional. Para ello resulta necesario cumplimentar los siguientes objetivos específicos: • Fortalecer los grupos de investigación y desarrollo que realizan tareas dentro de este área temática, tanto en infraestructura como en recursos humanos; • Fortalecer y desarrollar la Industria Electrónica mediante la incorporación de estas nuevas tecnologías en sus productos; • Representar y asistir a los grupos de diseño locales en la búsqueda de oportunidades para realizar "outsourcing" de diseño para compañías del exterior; • Establecer una primer masa crítica de diseñadores, que funcione como impulsora de la actividad en el medio; • Generar una red a nivel local, donde convivan empresas, universidades y profesionales. La mejora continua en las prestaciones de los productos y en los procesos productivos ha llevado a que la microelectrónica esté presente en los más diversos ámbitos de la actividad humana, con la perspectiva de ir incrementando constantemente su participación. Por eso mismo, un país que pretenda insertarse en el mundo de manera soberana no puede menospreciar la necesidad de incrementar la capacidad de su industria en el área. Los componentes de la Cadena de valor de la ME son los siguientes: • Diseño del circuito, con valor agregado de conocimientos y experiencia del diseñador; • Herramientas de Software de diseño (CAD) con verificación y simulación; • Prototipeo de circuitos y ensayo (testing); • Fabricación de chip en línea; • Encapsulado y testeo.

Diseño de una infraestructura para la experimentación de circuitos electrónicos

Tesis (Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con Especialidad en Electrónica) U.A.N.L. Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, 1997

Simulación de sistemas automáticos y electrónicos mediante el ordenador.

Trabajo no publicado

Simulación de sistemas mecánicos, eléctricos y electrónicos mediante ordenador.

Se ha realizado en el Instituto Ribera de Castilla, con cuatro implicados, dos profesores del departamento de tecnología, y dos del departamentode física y química. Dentro del aula-taller de Tecnología 3 donde se ha instalado una red local para poder trabajar en grupo con los alumnos de todos los niveles de la enseñanza secundaria obligatoria y de bachillerato tecnológico. Los objetivos han sido realizar ejercicios prácticos de simulación con los alumnos para una mejor asimilación de los conocimientos sobre distintos circuitos eléctricos, electrónicos y mecánicos, así como aplicar el ordenador como herramienta de aprendizaje. El sistema de trabajo ha sido de realizar ejercicios prácticos que antes el profesor haya realizado en clase y preferentemente del libro de texto. En las reuniones semanales se repasaban las dudas del programa Cocodrilo Clips 30 y de los ejercicios. Se ha desarrollado para todos los niveles de la enseñanza secundaria obligatoria y bachillerato. Los resultados han sido una mejor comprensión de la teoría y una mayor motivación de los alumnos.

Integración de la simulación informática no presencial y la enseñanza tradicional : un método de evaluación continua.

Resumen basado en el de la publicación

Modelo de simulación para la liberación de neurotransmisores en la sinapsis.

La utilización de simulaciones por ordenador en el campo de la neurociencia, ofrece una mejora radical en el método científico al proporcionar un medio en el que poder probar hipótesis sobre los complejos modelos biológicos. Hay que tener en cuenta que la calidad de las simulaciones es directamente proporcional a la calidad de los datos y a la exactitud en la abstracción matemática de los procesos biológicos. Las sinapsis son los contactos que permiten el intercambio de información entre neuronas. A través de ellas, las neuronas son capaces de formar circuitos que intervienen en las operaciones funcionales específicas de las distintas regiones del cerebro. Por tanto, puede considerarse a la sinapasis como la estructura elemental y la unidad funcional en la construcción de circuitos neuronales. La inmensa mayoría de las sinapsis del cerebro de los vertebrados son sinapsis químicas. En ellas el elemento presináptico es generalmente un terminal axónico, mientras que el elemento postsináptico puede ser un cuerpo neuronal, el segmento inicial del axón, un tronco dendrítico o una espina dendrítica. Las membranas de los elementos pre y postsináptico no entran en contacto, sino que están separadas por un pequeño espacio denominado hendidura sináptica. En una sinapsis química, el elemento presináptico libera una sustancia química, el neurotransmisor, que difunde por la hendidura sináptica y actúa sobre el elemento postsináptico. Desde un punto de vista operacional, una sinapsis convierte un impulso eléctrico que alcanza el elemento presináptico en una señal química, que a su vez provoca un fenómeno eléctrico en el lado postsináptico. Para que esto ocurra, el neurotransmisor liberado debe difundir por la hendidura sináptica e interactuar con receptores específicos presentes en la membrana postsináptica. Dependiendo del tipo de neurotransmisor utilizado y de los receptores implicados la sinapsis podrá ser excitatoria, si se estimula el elemento postsináptico, o inhibitoria si ocurre lo contrario.La transmisión sináptica ocurre a escala submicroscópica, lo que la hace inaccesible a la observación experimental directa. Sin embargo, tanto la difusión del neurotransmisor como su interacción con los receptores sinápticos pueden simularse dado que dependen de parámetros fisico-químicos conocidos. En este trabajo hemos elegido como objeto de estudio una sinapsis glutamatérgica (que usa glutamato como neurotransmisor excitatorio) debido a que es la sinapsis más común en la corteza cerebral. Si bien se conocen las propiedades de los diferentes tipos de receptores de glutamato, se desconoce la influencia que pueda tener en el comportamiento de la sinapsis la geometría de ésta, es decir, su forma y tamaño. Sabemos por estudios de microscopía electrónica que tanto la forma como el tamaño de las sinapsis son muy variables, y es precisamente esta variabilidad la que pretendemos simular, junto con otros parámetros como el número de receptores de neurotransmisor.

Co-simulación HW/SW en Raspberry Pi

En el mundo de la simulación existen varios tipos de sistemas reales, entre los que se encuentran los sistemas de eventos discretos. Para poder simular estos sistemas se pueden utilizar, entre otras, herramientas basadas en el formalismo DEVS (Discrete EVents system Specification), como la utilizada en este proyecto: xDEVS. La simulación posee una importancia muy elevada en campos como la educación y la ciencia, y en ocasiones es necesario incluir datos del medio físico o sacar información al exterior del simulador. Por ello es necesario contar con herramientas que puedan realizar simulaciones utilizando sensores, actuadores, circuitos externos, etc., o lo que es lo mismo, que puedan realizar co-simulaciones entre software y hardware. De esta forma se puede facilitar el desarrollo de sistemas por medio de modelado y simulación, pudiendo extraer el hardware gradualmente y analizar los resultados en cada etapa. Este proyecto es de carácter incremental, y trata de extender la funcionalidad de la plataforma xDEVS para poder realizar co-simulaciones entre hardware y software sobre una Raspberry Pi. Para ello se van a utilizar circuitos lógicos como hardware externo y se enlazarán al simulador a través de ficheros de dispositivo, gestionados por módulos del kernel de Linux. Como caso de estudio se desarrolla la co-simulación entre hardware y software completa de un ascensor de siete plantas para mostrar el uso y funcionamiento en xDEVS, extrayendo los circuitos integrados de uno en uno.

Circuitos de uso de crack na região central da cidade de São Paulo (SP, Brasil)

Apesar de o uso de drogas ser uma prática presente desde os primórdios da humanidade, atualmente o seu abuso adquiriu dimensões preocupantes, configurando-se como um problema de saúde pública. O surgimento do crack, droga derivada da pasta de coca, agravou esse quadro ao aumentar os danos sociais e à saúde dos usuários. Visando conhecer o impacto de sua inserção no cotidiano dos usuários, foi realizado um estudo etnográfico em locais de venda e uso de crack na região central da cidade de São Paulo (SP, Brasil). Foi utilizado um diário de campo para registrar as observações e os diálogos informais efetuados com as pessoas que circulavam no local estudado. Os resultados apontaram os circuitos percorridos pelos usuários, suas dinâmicas e as relações que estabelecem com outros atores sociais, as quais são permeadas por permanente tensão, envolvendo a prática de atos violentos nos quais os usuários são tanto agressores quanto vítimas. O estudo também sugere a importância de outros fatores como a história da região pesquisada, as políticas públicas, questões econômicas e ausência de investimentos sociais e em saúde pública. Sugere-se que o alto grau de degradação da região pesquisada não seria consequência apenas das pessoas e atividades exercidas no local, mas principalmente do processo urbano que gerou tal quadro social.