INANOE Repositorio (Inst- Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
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Estructuras del Transistor MOS con Robustez al Ambiente Espacial para su Aplicación en Nano-Satélites
Full text linkLos circuitos electrónicos utilizados en aplicaciones espaciales son cada día más sofisticados, además de requerir un mayor nivel de robustez al ambiente espacial (Radiación y Temperatura) para alargar el tiempo de vida de los sistemas electrónicos que los utilizan. Existen diversos métodos de robustez al ambiente espacial en todos los niveles de desarrollo del sistema electrónico, desde modificaciones al proceso de fabricación, diseño geométrico y topología (layout) generando redundancia en los circuitos críticos, y hasta el uso de materiales que sirvan de escudo externo y aíslen el circuito del ambiente. Cada método tiene sus ventajas y desventajas, y es común utilizar dos o más de estos métodos al momento de diseñar un sistema electrónico completo. En este trabajo de investigación se presenta el desarrollo de un método de robustez a radiación por medio de modificaciones a la geometría (layout) del transistor MOS (Metal-Oxido-Semiconductor), dispositivo básico de toda la electrónica MOS existente. Este método permite la fabricación de nuevos dispositivos en tecnologías comerciales sin necesidad de modificar el proceso de fabricación, lo cual permite reducir el costo de desarrollo del circuito y/o sistema electrónico que lo utiliza a valores comerciales de producción. Específicamente, en este trabajo se desarrolló una nueva técnica de modificación geométrica (layout) de la compuerta del transistor MOS que mejora la robustez a radiación ionizante y sus características eléctricas tanto en temperatura ambiente como en baja temperatura. Se simuló el funcionamiento del nuevo transistor utilizando modelos físicos de transporte de cargas en el software Sentaurus, así como simulación utilizando el modelo compacto BSIM3v3 del fabricante con el software SPICE. Para validar su funcionamiento se diseñó y fabricó un chip de pruebas utilizando una tecnología comercial CMOS de 180nm utilizando el software Cadence Virtuoso y Calibre. Con las estructuras del chip de pruebas se realizaron experimentos a muy bajas temperaturas (3 Kelvin), mostrando una reducción del coeficiente cero de temperatura de 0.125V en la nueva técnica en comparación con el valor del coeficiente en el transistor rectangular. Como resultado de utilizar esta nueva técnica en un circuito inversor, se obtuvo una reducción de la corriente de fuga del 7.27 % y una mejora de la señal de salida post-radiación del 21.66 % en comparación con el inversor utilizando la técnica de transistor rectangular.The electronic circuits used in space applications are becoming increasingly sophisticated while also requiring a higher level of robustness against the space environment (radiation and temperature) to extend the lifespan of the electronic systems that use them. Various methods exist to enhance robustness against the space environment at all levels of electronic system development, ranging from modifications to the manufacturing process, geometric design, and topology (layout) to create redundancy in critical circuits, to the use of shielding materials that isolate the circuit from the environment. Each method has its advantages and disadvantages, and it is common to use two or more of these methods when designing a complete electronic system. This research work presents the development of a radiation-hardening method through modifications to the geometry (layout) of the MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) transistor, the fundamental device of all existing MOS electronics. This method enables the fabrication of new devices using commercial technologies without the need to modify the manufacturing process, thereby reducing the development cost of the circuit and/or electronic system to commercially viable production values. Specifically, this study developed a novel geometric modification technique (layout) for the MOS transistor gate, improving its robustness against ionizing radiation and its electrical characteristics at both room temperature and low temperatures. The operation of the new transistor was simulated using charge transport physical models in Sentaurus software, as well as simulations using the BSIM3v3 compact model from the manufacturer with SPICE software. To validate its performance, a test chip was designed and fabricated using a commercial 180nm CMOS technology with Cadence Virtuoso and Calibre software. Experiments were conducted on the test chip at extremely low temperatures (3 Kelvin), showing a reduction in the zero temperature coefficient of 0.125V in the new technique compared to the coefficient value in the rectangular transistor. As a result of applying this new technique in an inverter circuit, a leakage current reduction of 7.27 % and a post-radiation output signal improvement of 21.66 % were achieved compared to the inverter using the rectangular transistor technique
Computational Analysis of the Evolution of Atypical Language Caused by a Head Injury
Full text linkSequelae of language disorder as a result of head injuries is a problem that, beyond remaining stable, tends to increase, according to evidence reported in different studies. Therefore, language impairments require interdisciplinary attention. From the perspective of Computational Science, aimed at providing information for a more precise characterization of these alterations, a solution involves different aspects. In particular, the limited data available due to the complexity in the collection of samples, the involved costs, or the insufficient availability of specialists. When alterations in language competences are the subject of study, data extension or augmentation techniques are not applicable. So with scarce data, prevailing data mining techniques are not appropriate to examine it. Therefore, in the present investigation an approach with alternative methods to study the data is proposed. We propose a trajectory representation of the narrative sample, after having identified the need to track the variability of the relationship among features over time. The aforementioned with the purpose of evaluating their contribution in the discrimination of language disorders analyzed, in addition to the aim of generating knowledge to comprehend language development.. The hypothesis that guides us is that, based on the study of the internal evolution of narrative instances, we can monitor this variability. The analysis of features as a path also leads us to develop a comparison process in terms of proximity. This as part of the formulation of a complete technique for tracking this variation in the relationship among features, which comprise the recovery period primarily for instances of the narrative task of retelling a story
Implementación de estrategia didáctica apoyada en el uso del mapa mental para la enseñanza de temas en Ciencia y Tecnología en el nivel Secundaria
No full textEl aprendizaje de los adolescentes es un proceso complejo que se ve influenciado por una serie de factores, entre ellos su desarrollo cognitivo, por lo que en ocasiones es necesario que el docente, en su proceso de enseñanza, adopte estrategias específicas al nivel de los alumnos para mejorarla, una de ellas son los mapas mentales. Bajo esta línea, el presente trabajo se centró en evaluar la eficacia de los mapas mentales como estrategia de enseñanza para mejorar el aprendizaje de los estudiantes de secundaria en el curso de ciencias física, en tópicos de cinemática y dinámica. Para esto, se realizó un estudio experimental con una muestra de 50 estudiantes de secundaria divididos en dos grupos: un grupo de intervención que utilizó mapas mentales para aprender el contenido del curso, y un grupo de control que no empleó esta estrategia. Los resultados mostraron que los estudiantes del grupo de intervención obtuvieron mejores resultados en el examen final del curso que los estudiantes del grupo de control, estos resultados sugieren que los mapas mentales pueden ser una herramienta funcional para mejorar el aprendizaje de los estudiantes de secundaria en el curso de ciencias.Adolescent learning is a complex process influenced by a series of factors, including their cognitive development. Therefore, it is sometimes necessary for teachers to adopt specific strategies tailored to the students' level to improve it. One of these strategies is mind mapping. Along these lines, this study focused on evaluating the effectiveness of mind maps as a teaching strategy to improve the learning of high school students in the science course of physics, specifically in the topics of kinematics and dynamics. In this context, this study aimed to assess the effectiveness of mind maps as a teaching strategy to enhance learning among high school students in the physics course, specifically in the areas of kinematics and dynamics. For this, an experimental study was carried out with a sample of fifty high school students which were divided into two groups: an intervention group that used mental maps to learn the course content, and a control group that did not use mental maps. The results showed that the students in the intervention group obtained better results in the final exam of the course than the students in the control group. These results suggest that mind maps can be a functional tool to improve the learning of high school students in the science course
Diseño Embebido de Sistemas Caóticos de Orden Fraccional
No full textEste trabajo presenta el desarrollo y la implementación de sistemas caóticos de orden fraccional utilizando un método de descomposición por tramos lineales (PWL-DM) y una plataforma embebida basada en la arquitectura RISC-V. La investigación parte de una revisión detallada de los operadores fraccionales de clase F1, con énfasis en los operadores de Caputo y Gr ̈unwald-Letnikov, que permiten modelar sistemas dinámicos de orden fraccional preservando propiedades críticas como la memoria y la herencia. A lo largo del proyecto, se analizaron métodos de solución como FDA, GL y ADM, identificando sus limitaciones en aplicaciones prácticas. Esto condujo al desarrollo del método PWL-DM, diseñado para resolver sistemas PWL de orden fraccional que presentan atractores caóticos de múltiples enrollamientos. El método PWL-DM ofrece una estructura eficiente basada en operadores lineales y vectores constantes, lo que facilita su aplicación en sistemas caóticos complejos al permitir una representación precisa de los atractores caóticos mediante una partición estructurada del espacio fase. El trabajo experimental incluyó la implementación de estos sistemas caóticos en una FPGA mediante la síntesis estándar, y posteriormente en un sistema embebido basado en RISC-V. La implementación en FPGA aprovechó las capacidades de cómputo paralelo y reconfiguración de hardware para alcanzar un rendimiento computacional elevado, aunque cada sistema caótico requirió de un diseño de arquitectura específica. En contraste, el sistema embebido basado en RISC-V se caracteriza por su flexibilidad, permitiendo manejar diferentes sistemas caóticos sin necesidad de modificar el hardware, siempre y cuando estos puedan ser representados en una palabra de 32 bits. Además, el sistema embebido demostró una eficiencia energética superior, optimizando el uso de recursos mediante un protocolo de comunicación interno. Los resultados obtenidos confirman que el diseño embebido basado en RISC-V, en combinación con el método PWL-DM, proporciona una solución escalable y adaptable para la implementación de sistemas caóticos de orden fraccional. Este enfoque presenta un balance entre eficiencia energética, rendimiento computacional y flexibilidad, lo cual lo convierte en una opción viable para aplicaciones en modelado de sistemas dinámicos y seguridad
Técnicas de detección de espectro de banda estrecha y banda ancha basadas en detección de energía y bancos de filtros
No full textLa mayoría de los sistemas de comunicación inalámbrica se basan en una asignación de frecuencia fija (o estática). Están diseñados para operar en bandas de frecuencia preseleccionadas. Durante las últimas décadas, el rápido crecimiento en el campo de la comunicación inalámbrica ha aumentado la demanda de espectro recursos y creó una escasez de espectro radioeléctrico disponible. La tecnología de radio cognitiva (CR) es una de las tecnologías prometedoras para hacer frente a la escasez de recursos de espectro, al explotar las bandas de frecuencia libres que también se denominan agujeros de espectro. Esta operación se denomina detección de espectro (SS). Al ser capaz de identificar estas oportunidades espectrales, CR clasifica a los usuarios en dos categorías: con licencia, es decir, los usuarios primarios (PU) y sin licencia, es decir, los usuarios secundarios (SU). Si bien las PU pueden acceder al espectro cuando lo deseen, las SU están restringidas por las actividades de las PU. En otras palabras, las SU deben respetar la calidad de servicio de las PU y se prohíben las interferencias perjudiciales de la transmisión de las SU a las PU. La detección de espectro se clasifica en dos tipos: detección de espectro de banda estrecha (NB) y detección de espectro de banda ancha (WB). En el primer caso, se escanea una banda de frecuencia a la vez; en el último caso, se escanean varios canales de frecuencia a la vez. La detección de espectro de banda estrecha se utiliza para averiguar el estado del usuario principal, es decir, si el usuario está presente o ausente para que el usuario secundario pueda acceder a ese canal de frecuencia en particular. Las diferentes técnicas de detección son para averiguar la probabilidad de falsa alarma y la probabilidad de detección. La probabilidad de detección se utiliza para averiguar la actividad de un usuario principal, es decir, si está presente o no. La probabilidad de falsa alarma indica que la técnica de detección detecta incorrectamente la actividad de un usuario principal y detecta al usuario principal como presente en realidad cuando está ausente. El aumento de la probabilidad de falsa alarma indica que el usuario secundario transmite en un intervalo de espectro ocupado. En el caso de la técnica de detección de energía, cada muestra de energía recibida se calcula y se compara con el valor umbral predefinido.Most wireless communication systems are based on a fixed (or static) frequency allocation. They are designed to operate in pre-selected frequency bands. Over the past few decades, the rapid growth in the field of wireless communication has increased the demand for spectrum resources and created a scarcity of available radio spectrum. Cognitive radio (CR) technology is one of the promising technologies to address the scarcity of spectrum resources by exploiting the free frequency bands, also called spectrum holes. This operation is called spectrum sensing (SS). By being able to identify these spectral opportunities, CR classifies users into two categories: licensed, i.e., primary users (PUs), and unlicensed, i.e., secondary users (SUs). While PUs can access the spectrum whenever they want, SUs are restricted by the activities of the PUs. In other words, SUs must respect the quality of service of PUs, and harmful interference from SU transmission to PUs is prohibited. Spectrum sensing is classified into two types: narrowband (NB) spectrum sensing and wideband (WB) spectrum sensing. In the former case, one frequency band is scanned at a time; in the latter case, multiple frequency channels are scanned at a time. Narrowband spectrum sensing is used to find out the status of the primary user, i.e., whether the user is present or absent so that the secondary user can access that particular frequency channel. Narrowband spectrum sensing uses different detection techniques to find out the probability of false alarm and the probability of detection. The probability of detection is used to find out the activity of a primary user, i.e., whether it is present or not. The probability of false alarm indicates that the detection technique incorrectly detects the activity of a primary user and detects the primary user as present actually when it is absent. Increasing the probability of false alarm indicates that the secondary user transmits in an occupied spectrum interval. In the case of the energy detection technique, each received energy sample is calculated and compared with the predefined threshold value. The energy detection method is simple and easy to implement, but it has some disadvantages, i.e., it cannot identify the actual sample and the noise sample, particularly in the case of low signal-to-noise ratio, the performance of this method is very low. However, the performance of this method can be improved by dynamic threshold selection
Midiendo la distancia a la galaxia M100 mediante ejercicios y prácticas con datos del telescopio espacial Hubble de la NASA
No full textLa deserción escolar en el Plantel 18 de Atltzayanca, Tlaxcala, así como la falta de interés y sentido de pertenencia de los estudiantes ha conducido a diseñar e implementar estrategias pedagógicas innovadoras en las asignaturas de Taller de Ciencias II y Pensamiento Matemático III, con un enfoque en Astronomía, aprovechando las condiciones de cielos claros en la región. Implementando recursos didácticos de Astronomía e integrándolos, en un enfoque de aprendizaje basado en proyectos dentro de un aprendizaje situado, se realizó un análisis detallado de las planeaciones didácticas de cada materia, identificando las oportunidades en las que los conceptos astronómicos podían fortalecer y complementar el aprendizaje. Concretamente se diseñaron estrategias didácticas de aprendizaje alineadas al Marco Curricular Común de la Educación Media Superior (MCCEMS) que permitieron que los temas astronómicos se relacionaran de manera orgánica en ambas asignaturas, generando una experiencia educativa interdisciplinaria. Se planteó además, estimar la distancia a la galaxia M100 utilizando las estrellas variables Cefeidas, haciendo uso de una propuesta académica de la Agencia Espacial Europea (ESA), complementándola con actividades formativas como el debate de la contribución de Henrietta Leavitt a la Astronomía, una noche de observación astronómica, y el uso de simulaciones para visualizar la variabilidad estelar. Este enfoque garantizó que la Astronomía no solo se presentara como un contenido aislado, sino como un recurso didáctico capaz de conectar el conocimiento científico y matemático con el entorno de los estudiantes, fomentando así, la construcción de su aprendizaje en forma individual y colectiva, disminuyendo la posibilidad de reprobación y consecuentemente, evitando ser un factor de deserción
Uso del Teselado como estrategia didáctica para aplicar el álgebra a perímetros, áreas y volúmenes
No full textLa presente investigación describe la implementación del Teselado como estrategia didáctica para aplicar el álgebra en el cálculo de perímetros, áreas y volúmenes; ésta se complementó con ejercicios de gimnasia cerebral como recurso para favorecer el aprendizaje y estimular la creatividad. La estrategia se planteó y ejecutó en cinco fases, implementadas progresivamente, que incluyeron la elaboración de un Teselado y fue aplicada a un grupo de estudiantes de primer año de Educación Media Superior (EMS), con la finalidad de que los alumnos comprendieran el lenguaje algebraico y adquirieran habilidades para resolver operaciones algebraicas, mediante el trabajo en equipos colaborativos y desempeñando roles específicos. A través de la asociación de longitudes en figuras geométricas, los estudiantes lograron comprender el lenguaje algebraico y establecer su propia nomenclatura de términos algebraicos. Posteriormente, aplicaron dichas expresiones en las relaciones de perímetro, área y volumen, comprendiendo los procedimientos necesarios para realizar sumas, restas y multiplicaciones algebraicas. Los resultados obtenidos evidencian que los estudiantes no solo entendieron el lenguaje algebraico, sino que también aprendieron a resolver operaciones algebraicas de manera significativa.This research describes the implementation of Tessellation as a didactic strategy to learn algebra in the calculation of perimeters, areas, and volumes. At the beginnig, it was complemented by brain gym exercises as a resource to support learning and stimulating creativity. The strategy was designed and executed in five progressively implemented phases, which included the creation of a tessellation. It was applied to a group of first-year upper secondary education (EMS) students, with the aim of helping them understand algebraic language and develop skills to solve algebraic operations, through collaborative teamwork and specific role assignments. Through associating lengths in geometric figures, students were able to understand the algebraic language and they could establish their own nomenclature for algebraic terms. Subsequently, they applied these expressions to calculate of perimeter, area, and volume, gaining an understanding of the procedures required to perform algebraic addition, subtraction, and multiplication. The results obtained show that students not only understood algebraic language but also learned to solve algebraic operations in a meaningful way
Semi-Supervised Hierarchical Classification
No full textHierarchical classification is commonly seen as a special type of multi-label classification, where the instances can be associated to multiple labels, but labels are arranged in a predefined structure, a hierarchy. The predictions in hierarchical classification have to fulfill the hierarchical constraint that states if an instance is associated to a node, then it also has to be associated to the ancestors of that node. Moreover, scarcity of labeled data is a common problem in supervised classification, because hand-labeling data is expensive, time-consuming or difficult to label; it is a problem also present in hierarchical classification. Even though, labels arranged in hierarchies are found in multiples domains, such as text categorization, image classification, biology and music, just a few works address the problem of scarcity of labeled data in a hierarchical classification scenario. Therefore, the main goal of this research it to develop a semi-supervised hierarchical classifier that can be trained with labeled and unlabeled data, for the hierarchical problem where the hierarchies can be of directed acyclic graph type and the instances can be associated to multiple paths of labels of partial depth. Semi-supervised hierarchical multi-label classifier based on local information (SSHMC-BLI) is the proposed classifier, which can be trained with labeled and unlabeled data to perform hierarchical classification tasks. The method mainly consists on building pseudo-labels for each unlabeled instance from the paths of labels of its labeled neighbors, while it considers whether the unlabeled instance is similar to its neighbors. Experiments on several artificial and real world datasets show that using unlabeled along with labeled data can help to improve the performance of a supervised hierarchical classifier trained only on labeled data, with statistical significance. Finally, some extensions of SSHMC-BLI were proposed: SSHC-BLI which is variant that handles only hierarchies of tree type; SSHBMC which follows a Bayesian approach, that is, the hierarchy is modeled as a Bayesian network; and a variant of SSHMC-BLI that incorporates transfer learning among neighboring nodes
Diseño de un amplificador lock-in en tecnología CMOS 180nm para la medición de impedancia de un biosensor electroquímico
Full text linkLos biosensores son dispositivos de sensado que permiten la detección de sustancias para diferentes fines; entre ellos, la detección de elementos patógenos en alimentos es una herramienta clave para la prevención de infecciones en los seres humanos. Varios tipos de biosensores se han desarrollado para este fin, siendo los biosensores de impedancia electroquímica una alternativa para sistemas portables y de bajo costo. Este tipo de biosensores se caracteriza por variar el valor de su impedancia al detectar una sustancia, por lo que para su utilización se requiere realizar mediciones de corriente o voltaje. Los circuitos de lectura permiten procesar las señales de salida del biosensor, de modo que el cálculo de la impedancia para biosensores electroquímicos se realice de manera sencilla y sin utilizar equipo de laboratorio, el cual suele ser poco accesible. Un sistema comúnmente utilizado como circuito de lectura para la medición de impedancias es un amplificador sensible a fase o lock-in, el cual permite medir señales AC de muy bajo orden de magnitud, aunque éstas se encuentren inmersas en altos niveles de ruido. En este trabajo se presenta el diseño de un amplificador lock-in adecuado como circuito de lectura de un biosensor de impedancia electroquímica fabricado en INAOE para la detección de bacteria E. coli. El amplificador fue desarrollado en tecnología CMOS UMC 0.18μm con un voltaje de alimentación único de 1.8V. El circuito de lectura demostró cumplir con las especificaciones proporcionadas por el biosensor y realizar la medición de la impedancia con un error máximo de 3.2 % en el valor de magnitud y de 1.18° en el ángulo de fase.Biosensors are sensing devices that allow the detection of substances for different purposes; among them, the detection of pathogens in food is a key tool for the prevention of infections in humans. Several types of biosensors have been developed for this purpose, being electrochemical impedance biosensors an alternative for portable and low-cost systems. This type of biosensors is characterized by varying the value of its impedance with the detection of a substance, so their use requires current or voltage measurements. Readout circuits process the output signals of the biosensor, so that the calculation of the impedance for electrochemical biosensors can be done in a simple way and without using laboratory equipment, which is usually inaccessible. A system commonly used as a readout circuit for impedance measurement is a phase-sensitive or lock-in amplifier, which allows the measurement of AC signals of very low order of magnitude, although these are immersed in high noise levels. This work presents the design of a lock-in amplifier suitable as a readout circuit of an electrochemical impedance biosensor manufactured at INAOE for the detection of E. coli bacteria. The amplifier was developed in UMC 0.18μm CMOS technology with a single supply voltage of 1.8V
Diseño e implementación de nodos sensores y sensores de desplazamiento basados en resonadores de microondas para la medición del ancho de grietas en sistemas enfocados en el monitoreo de la salud estructural
No full textEn este trabajo de tesis, se proponen tres sensores de desplazamiento para la medición del ancho de grietas en sistemas de monitoreo de la salud estructural (SHM por sus siglas en inglés). Los sensores se basan en resonadores de microondas de un puerto diseñados para variar su frecuencia de resonancia en función del desplazamiento de un parche móvil colocado encima de ellos. Los sensores son diseñados para cambiar su frecuencia de resonancia dentro de la banda S. Además, son propuestos modelos de nodos sensores para medir el coeficiente de reflexión de sensores de microondas de un puerto en banda S sin usar un analizador de redes vectoriales (VNA por sus siglas en inglés). Los nodos sensores son diseñados para conectarse a redes inalámbricas de sensores (WSN por sus siglas en inglés) de corto alcance basadas en tecnología ZigBee y WiFi. Los sensores propuestos fueron probados mediante simulaciones y pruebas experimental. En las pruebas experimentales se utilizó un VNA de laboratorio y los nodos sensores propuestos conectados a WSN. Los resultados de las pruebas experimentales indican que los sensores propuestos cuentan sensibilidades superiores a los 0.070 GHz/mm y una linealidad mayor a 0.958 que es medida a través del coeficiente de determinación.In this thesis work, three displacement sensors are proposed for crack width measurement in structural health monitoring (SHM) systems. The sensors are based on one-port microwave resonators designed to vary their resonant frequency according to the displacement of a movable patch placed above them. The sensors are designed to change their resonant frequency within the S-band. Additionally, sensor node models are proposed for measuring the reflection coefficient of one-port microwave sensors in the S-band without using a vector network analyzer (VNA). The sensor nodes are designed to connect to short-range wireless sensor networks (WSN) based on ZigBee and WiFi technology. The proposed sensors were tested through simulations and experimental tests. In the experimental tests, a laboratory VNA and the proposed sensor nodes connected to WSN were used. The results of the experimental tests indicate that the proposed sensors have sensitivities greater than 0.070 GHz/mm and a linearity higher than 0.958 that is measured through the coefficient of determination