Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones

Constraints imposed by passive elements in the design of CMOS low-noise amplifiers

En este trabajo se analizan las restricciones impuestas por los límites tecnológicos de los elementos pasivos en el diseño de un amplificador de bajo ruido (LNA) integrado en tecnología CMOS, de configuración fuente común con degeneración inductiva. A partir del análisis del circuito se establecieron dependencias cualitativas entre los valores de los elementos pasivos y los objetivos de síntesis del LNA (ganancia, corriente de polarización y ancho de los transistores), que permiten prever cómo los parámetros constructivos limitan el desempeño funcional. Estas dependencias fueron comprobadas y enriquecidas a través de simulaciones, realizadas para una tecnología CMOS de 130 nm con 1.2 V de alimentación y una frecuencia de trabajo de 2.45 GHz. Para la topología estudiada, se muestra que la ganancia máxima, la corriente de polarización mínima (y, por tanto, el consumo de potencia mínimo) y las dimensiones de los transistores que pueden ser utilizados en el diseño están determinadas por los valores extremos de inductancia y capacidad disponibles en el proceso tecnológico. Los resultados obtenidos corroboran la necesidad de incluir toda la información tecnológica posible de los elementos pasivos dentro del flujo de diseño de circuitos integrados para aplicaciones de radiofrecuencia.

This paper analyses the impact of technological limits of passive elements on integrated CMOS Low-Noise Amplifiers (LNAs) design. The topology under study is the commonly used inductively degenerated common-source LNA. An equation-based analysis is presented, which is verified and complemented by means of simulation. Simulations were carried out using a 130-nm 1.2-V CMOS technology, working at 2.4 GHz. We obtained that inductance and capacitance values available in the technological process constraint the achievable maximum gain, minimum power consumption and transistor sizing. Results also show that designers must include as much information as possible about passive elements into the design procedure of radiofrequency integrated circuits.

BFSK waveform Demodulator based upon «Early-Late Gate Shynchronizer»

El presente artículo introduce un nuevo algoritmo para la demodulación de señales BFSK con parámetros desconocidos, basado en la técnica Early-Late Gate Synchronizer y en el Receptor de Cuadratura. Para su implementación se utiliza la comparación del grado de correlación cruzada entre una sección de la señal y un tono generado localmente en el receptor para la estimación de las transiciones entre símbolos. El desempeño del algoritmo propuesto es verificado mediante simulaciones con señales.

This paper addresses a new algorithm for blind demodulation of BFSK signals by means of two techniques; the Early-Late Gate Synchronizer and the Quadratic Receiver. In order to implement the system, the cross-correlation factor between sections of the signal is obtained in order to estimate the transition between consecutives symbols. The performance of the proposed algorithm is described through several simulations with BFSK signals.

Mathematical modeling for postcombustion control in a nickel reduction oven

Se realizó la identificación experimental del subproceso de postcombustión de un horno de múltiples hogares, destinado a la reducción de níquel mediante el esquema carbonato-amoniacal. Se realizaron varios experimentos en diferentes puntos de operación del proceso, atendiendo al carácter no lineal del mismo y utilizando como señal de excitación una Secuencia Binaria Pseudoaleatoria de Amplitud Modulada. Se obtuvieron los modelos matemáticos aproximados de la concentración de monóxido de carbono residual, la temperatura en los hogares 4 y 6 ante cambios en el flujo de aire correspondiente a estos hogares y variaciones en el flujo de mineral como variable perturbadora del subproceso. Se realizó la validación de los modelos obtenidos Error de salida, Autorregresivo con entrada exógena; los cuales brindaron ajustes de 63 a 84 % y además se apreció un comportamiento aceptable de los residuos. Los modelos se utilizaron para el diseño de un algoritmo de control de la temperatura en los hogares 4 y 6, lo cual influye decisivamente sobre la estabilidad del perfil de temperatura del horno. Se empleó como herramienta de cálculo el programa MATLAB.

The experimental identification of the postcombustion subprocess in a multiple home furnace, destined for nickel reduction by the carbonate-ammonia was carried out. Several experiments at different operating points of the process were performed, taking into account its nonlinear nature and using a width modulated pseudo random binary sequence as excitation signal. As a result, it was obtained the approximate mathematical models of the concentration of monoxide carbon residual, the temperature in 4 and 6 households before changes in air flow corresponding to these homes and the variations in mineral flow as disturbing variable in the subprocess. The validation of the obtained models Output-Error, Auto Regressive Exogenous with input was made; which provided adjustments from 63 to 84 % and also an acceptable behavior of residues was observed. The models were used to design an algorithm for temperature control in 4 and 6 houses, which have a decisive influence on the stability of the oven temperature profile. MATLAB as tool calculation was used.

Rendezvous algorithms for cognitive radio networks

La radio cognitiva constituye un paradigma prometedor para enfrentar la escasez de espectro radio eléctrico así como para realizar un uso eficiente del mismo. El proceso de rendezovus permite que dos usuarios de la red cognitiva coincidan en un mismo canal y establezcan un enlace de comunicación. Este trabajo se centra en el estudio y comparación de diferentes algoritmos de rendezvous propuestos en la literatura. Son presentados los principales retos del rendezvuos en el contexto de las redes radio cognitivas así como las principales métricas empleadas para su evaluación. Mediante simulación se evalúa el desempeño de un grupo de algoritmos de rendezvous en escenarios prácticos y los resultados obtenidos son contrastados con los resultados teóricos proporcionados por los autores. Los resultados de las simulaciones evidencian que para gran parte de los algoritmos de rendezvous propuestos en la literatura los resultados teóricos brindados por sus autores están distantes de los resultados reales alcanzados por los algoritmos. Adicionalmente, en escenarios simétricos el algoritmo EJS obtiene los mejores resultados tanto en términos de ETTR como de MTTR, mientras que en escenarios asimétricos los algoritmos FRCH y SSB superan al resto de las estrategias de rendezvous.

Cognitive radio is a promising paradigm to address the scarcity of radio spectrum as well as for efficient usage. The rendezovus process allows two cognitive users to meet on the same channel and establish a communication link. This work focuses on the study and comparison of different rendezvous algorithms proposed in the literature. We present the major rendezvuos challenges in the context of cognitive networks as well as the main metrics used for evaluation. Through simulation, we evaluate the performance of a group of rendezvous algorithms in practical scenarios and the results are contrasted with the theoretical results given by the authors. The simulation results show that for most of the rendezvous algorithms proposed in the literature the theoretical results provided by the authors are far from the real results achieved by the algorithms. Additionally, in symmetric scenarios, the EJS algorithm has the better results in terms of ETTR and MTTR, while in asymmetric scenarios the FRCH and SSB algorithms outperform the others rendezvous strategies.

Timing analysis of a SSRAM controller design.

Los sistemas digitales son cada día más rápidos y complejos. Por esta razón, desde la concepción de un diseño hasta la validación de su funcionamiento, es necesario realizar un detallado estudio de la respuesta temporal de los mismos. En ese sentido, este trabajo tiene como objetivo central analizar la respuesta temporal de un sistema digital, desde el diseño hasta la verificación. El sistema desarrollado se implementó en un FPGA EP3C25F324C6 de la familia Cyclone III de Altera y consistió en un controlador para la memoria SSRAM IS61LPS25636A, cuya frecuencia de reloj máxima es 200 MHz. Se emplearon el programa Quartus II y su herramienta TimeQuest Timing Analyzer. Con el método de diseño utilizado, corroborado por los análisis y herramientas empleadas, se garantizó un controlador con un margen de seguridad mínimo en el tiempo de setup de 155 ps a una frecuencia de reloj de 190 MHz.

The digital systems are every day faster and more complex. Therefore, from the conception of a design until the validation of their operation, it is necessary to carry out a detailed time analysis. In that sense, this work has as central objective the analysis of the timing performance of a digital system, from the design until the verification. The memory controller was implemented in the EP3C25F324C6, FPGA of the family Cyclone III from Altera. The memory IS61LPS25636A, manufactured by ISSI (Integrated Silicon Solution, Inc.) was used. The design was focused to work with the greater clock frequency as possible. The analysis of the design was carried out using the simulation tools Modelsim and TimeQuest Timing Analyzer from Quartus II. It was obtained an SSRAM controller with a worst setup slack of 155 ps for a clock frequency of 190 MHz.

Speech quality measures in speaker recognition systems

En este trabajo se realiza un estudio acerca de la relación que existe entre medidas de calidad de la señal de voz y el comportamiento de un sistema de reconocimiento de locutores. Para ello se estudian las medidas de mayor utilidad en estos sistemas seleccionando cuatro de acuerdo con los parámetros que estas analizan en la señal y su importancia en el proceso de reconocimiento de locutores. Adicionalmente se analizan las diferentes variantes que existen para vincular la calidad a los sistemas de reconocimiento por lo que se llevan a cabo un conjunto de experimentos. Estos fueron realizados en una base masculina en varias condiciones de ruido aditivo para evaluar la relación entre el resultado del reconocimiento, la calidad de las muestras y el ruido presente en ellas a partir de la SNR. Fueron obtenidas conclusiones interesantes a partir de 1500 muestras y 20 escenarios de ruido diferentes.

In this work, a study about the relationship between speech quality measuresand speaker recognition performance is presented. To accomplish this, the most significant quality measures for speaker recognition systems were analyzed and four of them (KLPC, KCEP, HD, P563) were selected according to the parameters considered to determine the quality and its relevance in the speaker recognition process. The alternatives for linking quality with speaker recognition performance are described and a set of experiments are conducted. Such experiments were performed in male database on several additive noise conditions to assess the relationship among the recognition result, the quality of the samples and noise present therein from the SNR. Interesting conclusions were obtained for 20 different noise scenarios.

Local and remote access virtual instrument for control engineering laboratory practice

Ingeniería del Control es la primera asignatura que se imparte a los estudiantes de Ingeniería Eléctrica, en el marco de la disciplina de Accionamientos Eléctricos. Ella se concentra en el estudio de la teoría de control continuo y discreto, enfocada fundamentalmente a los accionamientos de velocidad y posición variable. Sirve de base al resto de las asignaturas de la disciplina y se caracteriza por su marcado contenido teórico. En su enseñanza es muy importante el empleo de las herramientas de simulación. En este artículo se expone una experiencia desarrollada en la Universidad de Camagüey y ya aplicada en otras universidades cubanas y extranjeras, mediante la creación y aplicación de un instrumento virtual para realizar prácticas de laboratorio simuladas y reales. Con él, los estudiantes pueden corroborar prácticamente los resultados simulados y comprender las relaciones entre los modelos abstractos y los sistemas de accionamientos de velocidad variable o regulación de coordenadas, que se encontrarán durante su desempeño profesional. Este instrumento ha sido concebido para facilitar el acceso remoto, de forma que los estudiantes puedan probar sus resultados en cualquier momento y desde cualquier computadora con conectividad, con aquella que se encuentre directamente instalada al equipamiento real de laboratorio. Para lograr los objetivos de diseño y la diversidad de variantes en el proyecto presentado a los estudiantes, se introduce en el lazo de control una función de transferencia simulada cuya implementación es descrita.

Control Engineering is the first subject taught to students of Electrical Engineering in the discipline of Electric Drive. It is focused on the study of the theory of continuous and discrete control, mainly for speed and position controlled drives. This subject constitutes the basis for the rest of discipline and it is characterized by a strong theoretical content. Simulation tools are very important for teaching this subject. In this paper, we expose an experience developed at the University of Camaguey and already applied in other Cuban and foreign universities. It consists on the creation and implementation of a virtual instrument for simulated and real laboratory practices. Sing it, students can corroborate simulated results and understand the relationships between abstract models and real controlled drive systems on their professional work. This virtual instrument is designed to facilitate the remote access to students, so they can test their results at any time from any computer with connectivity with the real laboratory equipment. To achieve the design goals and diversity of variants in the project presented to students, a simulated transfer function is introduced into the control loop.

Speed control of and induction motor through MATLAB^®/Simulink^® and an OPC server

En este trabajo se presenta el diseño de un controlador predictivo basado en modelo (MPC) para el control efectivo de la velocidad de un motor de inducción con rotor tipo jaula de ardilla ante una referencia de velocidad variable en el tiempo. Para el diseño del controlador y posteriormente el control de la velocidad del motor se emplea la herramienta MATLAB®/Simulink®. Este control se realiza a través de un servidor OPC (Ole for Process Control, en inglés) el cual funciona como pasarela entre dicha herramienta y el autómata programable encargado de enviar la señal de control al variador de velocidad que maneja el motor. El bus de campo empleado para las comunicaciones entre el ordenador y el autómata es Ethernet. Para llegar a conclusiones sobre el controlador diseñado este es comparado con un controlador PID auto-ajustado en el autómata OMRON®.

This paper shows the design of a model based predictive controller to perform a speed control of an induction motor with squirrel cage rotor with a speed reference changing through the time. To achieve this goal the software MATLAB®/Simulink® were used. The control is performed employing an OPC server which acts like a gateway between MATLAB®/Simulink® and a Programmable Logic Controller (PLC). This PLC sends the control signal to a speed driver which handles the motor. The field bus employed for the communications between the Personal Computer (PC) and the PLC was Ethernet. The designed controller is compared with an auto-tuned PID controller from the PLC OMRON®.