INANOE Repositorio (Inst- Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
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Development of an analytical model for a charge-controlled memristor and its applications
Get PDFIn this work, the development of an analytical model for a memristor is presented. The
model is based on the solution of the differential equation that governs the physical
behaviour of the device. The solution has been obtained by resorting to a homotopy
perturbation method.
The resulting memristance function is controlled by the electric charge, and full
symbolic expressions are obtained in function of the main parameters of the
memristor. The obtained model is characterised both for AC and DC sources. The main
fingerprints of the device in AC regime have been verified, as well as the main
parameters in DC (the switching voltages and saturation time).
In order to show the usefulness of the model, two applications that use memristive
grids as an analog processor, are studied. In a first application, the memristive grid is
used as a filter for image edge detection and smoothing, obtaining a good performance
in comparison with the edge recognition made by humans. In a second application,
the memristive grid is used in the maze solving problem, since the analog processor
implements the shortest path method.En este trabajo se presenta el desarrollo de un modelo analítico para un memristor,
basado en la solución de la ecuación diferencial que rige el comportamiento físico del
dispositivo. La solución se obtiene utilizando el método de homotopía de perturbación.
La memristancia en este modelo es controlada por la carga eléctrica y se obtienen
expresiones puramente simbólicas en función de los principales parámetros del
memristor. El modelo obtenido es caracterizado tanto para fuentes de AC como DC. Se verifica
que el modelo cumple con las principales características en AC, y adicionalmente se
determinan los principales parámetros DC (los voltajes de conmutación y tiempo de
saturación). Con el fin de mostrar la utilidad del modelo, se estudian dos aplicaciones que utilizan
una red memristiva a modo de procesador analógico. En la primera, la red memristiva
se utiliza como filtro para suavizado y extracción de bordes en imágenes, mostrando un
buen desempeño al ser comparada con los bordes extraídos por seres humanos. En la
segunda aplicación, la red memristiva se utiliza en la solución de laberintos, ya que el
procesador analógico implementa el método de la trayectoria más corta
Image authentication scheme and its hardware architecture using watermarking and visual cryptography
Get PDFThere is a tendency to protect digital content from unauthorized use. The importance of protecting images is that it seeks to authenticate said content with the help of a certain entity against unauthorized use. A proper method is required to mark large number of images produced in certain applications. This work proposes to solve the problem of unauthorized use of natural images by using watermarking techniques and visual cryptography. Efficient hardware architecture to implement the proposed method was also be explored. The principal contribution of this work is that the proposed scheme can reach copyright protection and authentication at same time. According to the experimental results, the proposed watermarking scheme obtains similarly results in terms of imperceptibility and robustness, but embedding more information than others schemes
Design, fabrication and testing of a heat shield for the thermography of the human feet
Get PDFA heat shield for thermography of the human plantar skin was designed, fabricated and tested. The main purpose of the heat shield is to provide, during the acquisition of the thermogram, an homogeneous temperature background behind the patient’s feet. The heat shield is a water tank made of copper sheet, which is filled up with water of about 4°C, and it is painted in matte black. By using this heat shield, the thermography of the human feet can be achieved for about 120 minutes, without changing the water in the tank
Determinación de parámetros físicos de asteroides con la Cámara Schmidt de Tonantzintla
No full textEl espacio interplanetario es un medio hostil para la vida en la Tierra, está repleto de radiación electromagnética y principalmente de cuerpos de gran tamaño que rodean las orbitas planetarias vecinas. Estos últimos, asteroides y cometas de corto periodo, suelen ser potencialmente peligrosos por poseer parámetros orbitales que pueden ocasionar un impacto con nuestro planeta. Por lo tanto, el estudio de asteroides y NEOs (Near Earth Objets) es indispensable para mitigar y prevenir futuros daños ocasionados por una posible colisión. El INAOE cuenta con un instrumento útil para el monitoreo de asteroides: la Cámara Schmidt, que con más de 70 años de antigüedad, ha sido la vía de obtención de datos para este estudio. Se obtuvieron cientos de imágenes con las que se analizaron curvas de luz y se determinó el periodo de rotación de asteroides observados en diferentes épocas del año. También se contó con espectros de NEAs (Near Earth Asteroids) obtenidos con el espectrógrafo Boller & Chivens del OAGH (Observarotio Astrofísico Guillermo Haro) con los que se ha determinado el albedo y diámetro de asteroides. Se ha demostrado que la Cámara Schmidt tiene la capacidad de incorporarse a la IAWN (International Asteroid Warning Network) y de participar con otros organismos internacionales de monitoreo de asteroides
EEG signal processing based on stochastic resonance
Get PDFIn this dissertation the phenomenon of stochastic resonance was investigated, i.e. the
optimal noise-induced increase of a dynamical system's sensitivity and its ability to
amplify small periodic signals. We have considered bistable stochastic systems fed
with a small periodic signal (two-state Markov chains) with discrete and continuous
time and diffusions in double-well potentials. In the Markov chain case, one-step
or infinitesimal probabilities are periodically modulated. In the diffusion case,
depths of the potential wells are periodically changed in time. We introduce several
measures of goodness for tuning, the most important one of which is the coeficient
signal-to-noise ratio and harmonic distortion (SINAD), which describes the spectral
content carried by the averaged random output corresponding to the frequency of a
small deterministic periodic perturbation.
Quartic double well (QDW) modulation was performed by moving the wells separation,
depth and friction, supposing a particle forced by stochastic Brownian
movement described by the modified Duffing system forced by white Gaussian noise.
This approach leads to Langevine equations definition, analyzed by its corresponding
Fokker-Planck equation and sustained by two state theory, to acquire the transition
rate between wells for Stochastic Resonance (SR) induction.
Also, QDW modulation will be shown to recover the input signals by pushing the
Duffing system into pseudo-separatrix states and, thus, forcing a limit cycle by the
stochastic force.
The proposed methodology was algorithmically implemented based on Runge-Kutta
integration and tested with input signals under -10dB. Discrete wavelet transform
DWT and autocorrelation were compared with the modulated QDW methodology
with interesting results. Moreover, Electroencephalogram (EEG) signals where
processed under our methodology, showing enhanced results compared with other
methods
Desarrollo e Investigación de un proceso de fabricación de celdas solares basadas en la tecnología del c-Si
Get PDFElectricity generated by solar energy conversion, is considerated one of the alternatives sources most promising and clear than can substitute the fossil fuels. By the photovoltaic effect, solar cells can covert solar radiation into electricity, for that reason the study and development has become in a topic of interest in recent years. By its advantages over other technologies, silicon is presented as ideal technology for the fabrication of Photovoltaics devices. However, in order to use solar cells in many countries as sustainable energy production is necessary reduce the production costs. The aim of this research work was to establish a fabrication process of simple structures of solar cells based in the crystalline silicon (c-Si) technology, maintaining competitive conversion efficiencies (12-15 %). The Spin-On Dopant Filmtronics SOD-P509 was used as n-type liquid source in the pn junction formation of the solar cells, a thin lm of silicon dioxide (SiO2) was deposited as single layer anti-reflection coating and aluminum (Al) was used for the metal contacts formation. Under this conditions an efficiency of 7.9 % was obtained. In order to improve the performance of the devices fabircated, techniques as surface texturization and back surface eld (BSF) were incorporated into the fabrication process. The surface texturization was made by alkaline solutions using the potassium hydroxide (KOH) as etchant solution in order to reduce supercial reflection losses. While the BSF was created by the aluminum diffusion in the rear side of the solar cells with the purpose of reducing surface recombination at the rear side of the devices. Conditions under which the highest efficiency of this work was reached: 14%.La electricidad generada por medio la conversión de la energía solar, es considerada
como una de las fuentes alternas más prometedoras y limpias que puede sustituir
el uso de combustibles fósiles. Por medio del efecto fotovoltaico las celdas solares
poseen la capacidad de transformar la radiación solar en energía eléctrica, por lo
que su estudio y desarrollo se ha vuelto un tema de gran interés en años recientes.
Por sus diferentes ventajas, el silicio se presenta como la tecnología idónea para la
fabricación de los dispositivos fotovoltaicos. No obstante, para que las celdas solares
puedan ser ampliamente utilizadas en la mayoría de los países, es necesario reducir
los costos de producción.
Inicialmente, este trabajo de investigación se enfocó en establecer un proceso de
fabricación de estructuras simples de celdas solares, basadas en la tecnología del silicio
cristalino, tratando de mantener eciencias de conversión competitivas (12-15 %).
Para ello se utilizó una fuente líquida dopante tipo n (SOD-P509) en la formación de
la unión np de las celdas solares, una capa anti-reflejante sencilla a base de dióxido
de silicio (SiO2), y contactos metálicos hechos de aluminio (Al). Condiciones bajo
las cuales se obtuvieron eciencias del 7.9 %.
Posteriormente, y con el objetivo de incrementar el rendimiento de los dispositivos
fabricados; se incorporaron técnicas como el texturizado superficial y la formación
de un campo posterior (BSF) al proceso de fabricación. El texturizado se realizó por
medio de soluciones alcalinas utilizando el hidróxido de potasio (KOH) como solución
grabante, para tratar de disminuir las pérdidas por reflexión superficial. Con el
fin de disminuir la velocidad de recombinación superficial en la parte posterior de
las celdas, se incorporó una etapa para crear un campo posterior (BSF), mediante
la difusión de una película de aluminio en la parte trasera de los dispositivos. Bajo
estas condiciones se logró alcanzar un 14 % de eciencia en las celdas
Detección de ruptura en barras de motores de inducción mediante el análisis de la representación sparse de señales de vibración
Get PDFIn this work, the detection of three Induction Motor fault conditions using the
Orthogonal Maching Pursuit algorithm is presented. This technique is based on nding
the sparse representation of a signal from the linear combination x = D. The
OMP algorithm was implemented into a Field Programmable Gate Array to perform
signal decomposition and obtains the sparse representation of the signal given
a dictionary (D). Then, the signal information obtained from sparse representation
is evaluated and classied by the proposed criteria. Accordingly, Broken-Rotor Bar
detection were accomplished with an accuracy greater than 93% for: Healthy bar,
Half-broken bar, and One-broken bar. The detection was performed from vibration
signals preprocessed and analyzed in frequency domain. The dictionaries were obtained
by K-Singular Value Decomposition algorithm developed in Matlab software.
The FPGA implementation is low-complexity, compact, and works at 100 MHz.En este trabajo, la detección de tres condiciones de falla de un Motor de Inducción
usando el algoritmo Orthogonal Matching Pursuit es presentada. La técnica se basa
en la búsqueda de la representación sparse de una señal a partir de resolver la combinación
lineal x = Dα. El algoritmo OMP es implementado en un Field Programmable
Gate Array para realizar la descomposición de señales y así obtener la representación
sparse a partir de un diccionario dado (D). Después, la información obtenida es evaluada
y clasificada por criterios propuestos en este trabajo. Con ello, la detección de
Rupturas en Barras del Rotor fue realizada, con una exactitud de más del 93% para:
motor sano, motor con media barra rota y motor con una barra rota. La detección
se realizó con señales de vibración preprocesadas y analizadas en el dominio de la
frecuencia. Los diccionarios fueron obtenidos mediante el algoritmo K-Singular Value
Decomposition implementado en Matlab. La implementación en FPGA es de baja
complejidad, compacto y operable a 100 MHz
Reliability analysis and improvement of nanoscale CMOS digital circuits
Get PDFReliability degradation due to transistor aging is a major challenge in the design of digital integrated circuits for current and future technology nodes. Bias Temperature Instability (BTI) is the dominant aging mechanisms in digital circuits. BTI gradually increases the device's threshold voltage (Vth) over the lifetime, which in turn degrades circuit speed, and ultimately, it may cause a faulty operation. Circuit performance degradation due to BTI is highly dependent on the operating conditions such as the executed workloads by the circuit and the operating temperature. Moreover, variability in devices parameter due to process variations aggravate the reliability issues. These effects need to be properly accounted during circuit design phase to obtain electronic products with improved lifetime. Conventional worst-case one-time guardbans to deal with aging due to BTI are becoming too large with technology scaling, which leads to conservative designs with reduced performance. This thesis addresses BTI aging issues from two different perspectives: Aging Monitoring: Aging sensors are introduced in the circuit critical paths (CP) in order to detect when they are close to violate timing speci_cations due to BTI. Then, failure-prevention actions (i.e. increase system clock period) can take place. This thesis proposes a methodology to efficiently identify, at an early design phase, the critical paths of the circuit that should be monitored for reliable on-line aging tracking. The major challenges addressed for critical path selection are the uncertainty caused by process parameters variations, the uncertainty on spatial correlation between gates since gate placement in the layout is unknown at early design phase, and the uncertainty of the operating workload of the circuit, which is unknown in advance at the design phase. Reliable Circuit Design: Among the gates that belong to the critical paths of a circuit, some of them are more efcient to be re-sized to compensate aging degradation. This thesis proposes a circuit design methodology to reduce the guardband required for a circuit by smart selection an sizing of the circuit's critical gates. Gate selection metrics are proposed to guide the sizing process of the circuits. One of the most important parameters taken into account by the metrics is the statistical path delay sensitivity to gate sizing, which depends on process variations, spatial correlation between gates, and the BTI degradation of the device
Clasificación de señales EEG bajo paradigma de imaginación motora utilizando descomposición wavelet y máquinas de soporte vectorial
No full textA BCI (Brain-Computer Interfaces) system acquires and interprets brain
signals in order to allow the user interaction with the environment through
specific actions. This systems have had great development in recent years
due to their great applications as tools for people with severe motor disabilities,
so they can communicate or control devices to improve their daily
life. BCI systems based on EEG (electroencephalography) is counted among
the non-invasive techniques and it is possible to be used by low cost equipment.
In this thesis electroencephalography signals were analyzed under motor
imagery paradigm, specifically the intention of movement of tongue, right
hand, left hand and feet. Those signals were take from BCI Competition
IV database, available to all community for academic and research propose.
The proposed algorithm is conformed for feature extraction and classification of
brain signals. In the first stage two techniques decomposition were used : Discrete wavelet
transform (DWT) and maximum overlap discrete wavelet transform (MODWT).
After this stage, a mean, median, variance and entropy measures were taken using
maximum overlap. In the classification stage three types of Support vector machines
were used with lineal, quadratic and cubic polynomial kerne for each learning
machine. Algorithms and results were fully implemented using ®Matlab2016b.Un sistema BCI (Interfaz Cerebro-Computadora,Brain-computer interface)
adquiere e interpreta señales cerebrales para permitir al usuario una interacción con su entorno a través de acciones específicas. Estos sistemas han tenido
un gran desarrollo en años recientes debido a su gran aplicación como herramientas
de apoyo a personas con limitaciones motrices severas, para que _estas
puedan comunicarse o controlar algunos dispositivos en su vida diaria. Sistemas
BCI basados en EEG (electroencefalografía) se cuentan como técnicas no invasivas
y tienen un amplio uso debido la bajo costo que tiene su implementación.
En esta tesis se analizan señales de electroencefalografía bajo el paradigma
de imaginación motora, específicamente la intención del movimiento
de la lengua, mano derecha, mano izquierda y pies. las señales
fueron obtenidas en la base de datos BCI competition, disponibles a
la comunidad en general para propósitos académicos y de investigación.
Se propone un algoritmo que está conformado por extracción de características y
clasificación de señales cerebrales. En la primer etapa se utilizaron dos técnicas de
descomposición wavelet para su comparación: transformada discreta wavelet (DWT)
y transformada wavelet de máximo traslape (MODWT), junto a esto se tomaron
medidas estadísticas de media, mediana, varianza y entropía usando máximo traslape.
En la etapa de clasificación se utilizaron maquinas de soporte vectorial usando kernels
polinomiales lineales, cuadráticos y cúbicos. Los algoritmos y análisis de resultados
fueron implementados en su totalidad utilizando ®Matlab2016b
Efecto de la rugosidad en el sustrato en las características electro-ópticas en capacitores emisores de luz
Get PDFLos esfuerzos para desarrollar circuitos optoelectrónicos totalmente integrados en silicio han sido bastante amplios. Se ha experimentado con diversos materiales entre ellos el óxido de silicio rico en silicio para obtener fuentes de luz dado sus potenciales características luminiscentes y que se puede obtener mediante técnicas estándar en procesos CMOS.
El óxido de silicio rico en silicio o SRO es un material formado por una matriz de óxido de silicio, óxido de silicio no estequiométrico y silicio en forma de nanoparticulas embebidos en esta matriz. Se puede obtener mediante técnicas de depósito químico en fase vapor (CVD) y al someterse a tratamientos térmicos a altas temperaturas adquiere diversas propiedades, como el atrapamiento de carga, fotoluminiscencia, catodoluminiscencia y electroluminiscencia.
Se han fabricado emisores de luz con estructuras tipo MOS en las cuales se ha obtenido electroluminiscencia de área completa usando como compuerta polisilicio dopado y SRO como capa activa. Esta tecnología es completamente compatible con CMOS. Sin embargo aún se tienen eficiencias bajas y voltajes de operación altos.
En la presente tesis se hace un estudio de los efectos de la rugosidad en las propiedades ópticas y eléctricas de los capacitores emisores de luz con SRO obtenidos mediante LPCVD usando capas simples y múltiples de SRO sobre sustratos rugosos con 3 niveles de rugosidad obtenidos mediante grabado por iones reactivos (RIE). Se caracterizan las superficies rugosas mediante microscopía de fuerza atómica (AFM), las propiedades ópticas del SRO medianteelipsometría, caracterización fotoluminiscente, espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) y electroluminiscencia. Además caracterización eléctrica de los capacitores mediante técnicas de medición de corriente en función del voltaje (I – V) y capacitancia en función del voltaje (C – V)