Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones

Variability-aware design of integrated low-noise amplifiers

En este artículo se presenta el análisis estadístico del comportamiento de diferentes amplificadores de bajo ruido (LNA) ante las variaciones de proceso presentes en una tecnología de fabricación de circuitos integrados CMOS, así como el impacto de las variaciones que ocurren en el LNA sobre el desempeño del receptor. Los LNA fueron diseñados utilizando una tecnología CMOS de 130 nm y 1.2 V de alimentación, siguiendo las especificaciones requeridas para receptores ZigBee® (estándar IEEE 802.15.4), en la banda de 2.4 GHz. Fueron estudiados circuitos con transistores de distintos valores de largo del canal y de corriente de polarización. De las simulaciones de Monte Carlo realizadas se obtuvo que la utilización de transistores de canal más largo y con mayor consumo de potencia disminuyen la dispersión de los parámetros de RF de los LNA, lo que aumenta el número de circuitos que cumplen con las especificaciones trazadas. Se observó que las variaciones de los parámetros de los amplificadores afectan en mayor medida el ruido del receptor que la linealidad, asociado a la caída de la ganancia del LNA por debajo del límite establecido. Los resultados presentados confirman la necesidad agregar el análisis de variabilidad a las metodologías de diseño convencionales de este tipo de circuito, con el objetivo de balancear el consumo de potencia y el costo de producción (asociado a la relación entre el número de circuitos útiles y el total fabricado).

This work analyzes the statistical behavior under process and mismatch variations of various 130-nm/1.2-V CMOS low-noise amplifiers (LNAs). The effects of LNAs’ parameters degradation on receiver’s performance are also analyzed. Amplifiers using different channel-length transistors and biasing-current values are studied. Monte Carlo simulations show that using longer-channel transistors and increasing power consumption enhance receiver’s yield. Gain drop arises as the LNA parameter with highest impact on receiver failure. These results confirm the necessity of including variability analysis into conventional design methodologies, in order to trade power consumption and production cost.

Optimal parameters selection for obstacle detection algorithms based on monocular vision

Una de las tareas más importantes en el campo de la robótica móvil autónoma es la detección de obstáculos. Para la ejecución de esta tarea ha sido empleada con frecuencia la visión computacional, particularmente la visión monocular. Esto se debe a la complejidad inherente a los sistemas de visión estereoscópica y el creciente desarrollo de investigaciones que utilizan una sola cámara para detectar obstáculos. Los algoritmos de procesamiento de imágenes y visión computacional para la detección de obstáculos presentan múltiples parámetros que necesitan ser ajustados para un funcionamiento eficiente según las condiciones del entorno donde opera el robot. En este trabajo se propone un método desarrollado para la selección óptima de los parámetros de este tipo de algoritmos para un ambiente determinado. Para ello se modeló el problema de la detección de obstáculos como un problema de optimización. Además se explica el funcionamiento de dos de estos algoritmos de detección de obstáculos basados en visión monocular que son usados para la validación del método. Para la solución del problema modelado, se incluyen los resultados obtenidos mediante varias metaheurísticas. Finalmente se comparan los resultados del uso de esta técnica en diferentes entornos.

One of the most important task in the field of mobile robotics is obstacle detection. To solve this task, computer vision has been used often, especially monocular vision. This is due to the inherently complexity of stereo vision systems and the increasing development of the research that uses a single camera to detect obstacles. Computer vision and image processing algorithms for obstacles detection require multiple parameters that need to be adjusted to work efficiently according to the characteristics of the robot and the conditions of the environment in which it operates. In the present work, a method for the optimum selection of the parameters of this kind of algorithm for a certain environment is proposed. To achieve that, the obstacle detection problem was modeled as an optimization problem. Besides, an explanation of two of these algorithms based on monocular vision are given. These are used for the validation of the given method. For the solution of the given problem, obtained results with different metaheuristics are included. Finally, the obtained results from using these techniques in different environments are compared.

SCADA SYSTEMS FOR THE AUTOMATION OF PRODUCTION PROCESSES OF CIGB

En este trabajo se presenta el diseño e implementación de dos sistemas de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) para la automatización de los procesos productivos del Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología (CIGB), aplicables al monitoreo de los parámetros tecnológicos de locales, equipos y sistemas auxiliares de algunas áreas del CIGB y al monitoreo de los parámetros de un banco de fermentadores y zarandas en algunas áreas de procesos de fermentación del CIGB. Los dos sistemas están diseñados en la plataforma SIMATIC WinCC de Siemens, sobre el sistema operativo Windows, y basados en tecnología OPC y tecnología ActiveX de Microsoft. El sistema, dedicado al monitoreo de parámetros tecnológicos, tiene integrado, además, los siguientes sistemas: a) Sistema contra incendios (SADI) b) Sistema de interbloqueo c) Sistema de distribución de parámetros eléctricos.

Two Supervisory Control and Data Acquisition Systems (SCADA) have been designed and implemented for the technological parameters monitoring of rooms, equipment and auxiliary systems of some areas of CIGB and for the parameters monitoring of a bank of fermenters and shakers implemented in areas of fermentation processes of CIGB. The two systems are designed in Siemens WinCC platform using the Windows operating system, OPC technology and Microsoft technology Active X. The system for monitoring technological parameters has also integrated the following systems: a) Fire Systems (SADI) b) Interlock systems c) General electric distribution settings.

Active design of mixer with low noise figure for applications in the ISM 2.4 GHz band

En el presente trabajo se propone el diseño de un mezclador activo por puerta para que trabaje a la frecuencia central de la banda ISM de 2.4 GHz, además de la implementación del mismo para validar los resultados obtenidos mediante el proceso de simulación. El sustrato empleado para la implementación del circuito es FR-4 con permitividad dieléctrica de 4.5 y tangente de pérdida de 0.022. Las herramientas utilizadas para este diseño fueron el programa AWR Microwave Office v.9, APPCAD y para la construcción el CAM 350. El tamaño del circuito es de 8 cm X 5.6 cm. Para el prototipo implementado se logró una ganancia de conversión de 6.7 dB una figura de ruido de 3.9 dB.

In this paper the design of an active gate mixer is proposed to work at the center frequency of 2.4 GHz in the ISM band, in addition to its implementation to validate the results obtained by the simulation process. The substrate used for the circuit implementation is FR-4 with dielectric permittivity 4.5 and loss tangent of 0.022. The tools used for this design were the AWR Microwave Office v.9, APPCAD and building the CAM 350 software. The circuit size is 8 cm X 5.6 cm. Built circuit for converting a gain of 6.7 dB is achieved a noise figure of 3.9 dB.

Design and analysis of three ECG acquisition channel for Neuroethology applications

El presente trabajo surge de las investigaciones realizadas entre el Centro de Investigaciones en Microelectrónica (CIME) y la Facultad de Biología de la Universidad de la Habana (FBIO-UH) para el estudio del comportamiento conductual de pequeños mamíferos. Se realiza el diseño y análisis de tres canales de adquisición de la señal de electrocardiografía (ECG) a utilizarse en aplicaciones de Neuroetología. Los canales pertenecen al bloque acondicionador de un sistema de adquisición de datos encargado de registrar, almacenar y procesar las señales en tiempo real. Se comparan los cálculos teóricos realizados de las tres topologías diseñadas con los resultados obtenidos de las simulaciones utilizando la herramienta ProSPICE de PROTEUS 7.10 SP0 con el objetivo de mostrar las ventajas y desventajas de una topología respecto a las restantes.

The present paper emerges from the research conducted between the Microelectronics Research Center (CIME) and the Faculty of Biology of Universidad de la Habana in order to studying the behavior of small mammals. The design and analysis of three ECG acquisition channels is made, which are going to be used in applications of Neuroethology. These measurement channels belong to the higher system that manages to record, store and process the signal in real time. The theoretical computations are compared with the results of simulations using PROTEUS ProSPICE 7.10 SP0; showing the advantages and disadvantages between each topology.

Automated system for controlling percent of dissolved oxygen in a fermenter

En el presente trabajo el objeto tecnológico lo constituye el fermentador R1 de la planta de EPOVAC del Centro de Inmunología Molecular; en el cual se realiza la fermentación continua de células de animales por técnicas de perfusión. El objetivo general de la investigación es solucionar los problemas de desajustes del controlador PID del lazo del porciento de oxígeno disuelto a través del diseño de un sistema automatizado para el control de esta variable. Mediante técnicas de identificación experimental de sistemas se obtiene el modelo matemático de la dinámica del porciento de oxígeno disuelto y para los fines de control fue propuesto un algoritmo PID.

In this paper the technology object constitutes the fermenter R1 of the EPOVAC production plant of the Molecular Immunology Center; in which continuous fermentation of animal cells by perfusion techniques is performed. The overall objective of the research is to solve the problems of PID loop controller of the percent of dissolved oxygen through the design of automatic control system for this variable. Using experimental techniques by identifying the mathematical model of dynamics percent of dissolved oxygen is obtained. It was decided to use PID algorithms to resolve the problems in this loop.

System for measurement of deformation using metallic strain gauges

La forma usual de evaluar partes estructurales de máquinas, construcciones, vehículos, aeronaves, y otras estructuras está basada en el cálculo de la fortaleza de los materiales ante fuerzas externas. Una propiedad que representa la resistencia de los sólidos es la deformación mecánica. Es indispensable el registro y análisis de esta propiedad para caracterizar los materiales que los constituyen. En este trabajo se exponen el diseño de hardware y la implementación del firmware del prototipo de un sistema que tiene como objetivo medir la deformación mecánica en la superficie de una viga de acero en flexión mediante galgas extensiométricas metálicas. Para reducir los errores de medición se implementó un nuevo método de compensación mediante el uso de un DSSP (Digital Sensor SignalProcessor). Se realizó además una instalación mecánica cuyo modelado matemático permitió poner a punto el sistema diseñado. En la evaluación del desempeño del prototipo se obtuvo un error del orden de 1% de la amplitud nominal.

The common way of assessing structural parts of machines, buildings, vehicles, aircraft and other structures is based on the calculation of the strength of materials to external forces. A property representing the resistance of the solid is the mechanical deformation. The recording and analysis of this property to characterize solid materials are very important. This paper exposes the design made of hardware and firmware implementation of a prototype system that aims to measure the mechanical deformation on the surface of a steel beam in bending using metallic strain gauges. In order to reduce measurement errors a new compensation method was implemented via DSSP (Digital Sensor Signal Processor). A mechanical system which is modeled mathematically to tune the designed system was also carried out. From evaluation of prototype performance an error of about 1% over the span of measurement was obtained.