In der Dissertationsschrift wird ein neuartiges Konzept der Realisierung der Direkten Digitalen Frequenzsynthese (DDS) vorgestellt. Ausgehend von der analysierten Literatur werden das Wirkprinzip eines Standard-DDS-Synthesizer analysiert und Möglichkeiten zur Aufwandsreduktion untersucht. Ein neuartiger Ansatz zur Realisierung einer vollständig digitalen DDS ergibt sich in der Anwendung der Pulse-Output-DDS. Bei der Pulse-Output-DDS wird neben dem D/A-Wandler auch die Sinus-ROM-Tabelle aus dem prinzipiellen Aufbau der Standard-DDS entfernt. Ausgehend von einer derart modifizierten DDS-Struktur wird ein geeignetes DDS-Modell entwickelt, mit welchem alle auftretenden Synthesefehler systematisch erfaßt und bewertet werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse über die prinzipbedingten Synthesefehler bilden die Grundlage für Erweiterungen der Pulse-Output-DDS mit deren Hilfe eine qualitative Verbesserung des synthetisierten Signals erreicht wird. Dabei steht vor allem die Anwendung von Verfahren der digitalen Signalverarbeitung im Vordergrund, die zu einer Verringerung bzw. Kompensation oder zu einer spektralen Veränderung des auftretenden DDS-Fehlersignals geeignet sind. Es werden die erreichbaren Verbesserungen, aber auch die theoretischen und praktischen Grenzen von folgenden Verfahren aufgezeigt: absolute Verringerung des DDS-Fehlersignals Dithering des DDS-Fehlersignals Rauschformung (Noise-Shaping) des Fehlersignalspektrums Insbesondere bei der Rauschformung werden unterschiedliche Ansätze untersucht und bewertet mit dem Ziel, ein optimales Verfahren für den Rauschformungsprozeß bei der Verwendung in einer Pulse-Output-DDS zu finden. Durch die echtzeitfähige Implementation eines erweiterten DDS-Systems in einem Standard-CMOS-Prozeß werden die gefundenen theoretischen Lösungen verifiziert.

In der Dissertationsschrift wird ein neuartiges Konzept der Realisierung der Direkten Digitalen Frequenzsynthese (DDS) vorgestellt. Ausgehend von der analysierten Literatur werden das Wirkprinzip eines Standard-DDS-Synthesizer analysiert und Möglichkeiten zur Aufwandsreduktion untersucht. Ein neuartiger Ansatz zur Realisierung einer vollständig digitalen DDS ergibt sich in der Anwendung der Pulse-Output-DDS. Bei der Pulse-Output-DDS wird neben dem D/A-Wandler auch die Sinus-ROM-Tabelle aus dem prinzipiellen Aufbau der Standard-DDS entfernt. Ausgehend von einer derart modifizierten DDS-Struktur wird ein geeignetes DDS-Modell entwickelt, mit welchem alle auftretenden Synthesefehler systematisch erfaßt und bewertet werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse über die prinzipbedingten Synthesefehler bilden die Grundlage für Erweiterungen der Pulse-Output-DDS mit deren Hilfe eine qualitative Verbesserung des synthetisierten Signals erreicht wird. Dabei steht vor allem die Anwendung von Verfahren der digitalen Signalverarbeitung im Vordergrund, die zu einer Verringerung bzw. Kompensation oder zu einer spektralen Veränderung des auftretenden DDS-Fehlersignals geeignet sind. Es werden die erreichbaren Verbesserungen, aber auch die theoretischen und praktischen Grenzen von folgenden Verfahren aufgezeigt: absolute Verringerung des DDS-Fehlersignals Dithering des DDS-Fehlersignals Rauschformung (Noise-Shaping) des Fehlersignalspektrums Insbesondere bei der Rauschformung werden unterschiedliche Ansätze untersucht und bewertet mit dem Ziel, ein optimales Verfahren für den Rauschformungsprozeß bei der Verwendung in einer Pulse-Output-DDS zu finden. Durch die echtzeitfähige Implementation eines erweiterten DDS-Systems in einem Standard-CMOS-Prozeß werden die gefundenen theoretischen Lösungen verifiziert.

Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2012. / ENGLISH ABSTRACT: The combination of natural and synthetic polymers allow for the synthesis of advanced hybrid copolymers. These hybrid copolymers have applications in biomedical areas, one such area being in drug delivery systems (DDS). In this study, a modular approach was used to prepare amphiphilic block copolymers with the ability to self-assemble into three dimensional structures. Reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) was the synthetic tool used to mediate the polymerization of N-vinylpyrrolidone. RAFT is a versatile method to prepare polymers with control over molecular weight and dispersity. A xanthate chain transfer agent (CTA) was used to obtain the hydrophilic poly(N-vinylpyrrolidone) (PVP) block. An aldehyde functionality could be introduced due to the lability of the xanthate moiety, the procedure of which was effectively optimized to produce quantitative conversion. A dixanthate CTA was synthesized to produce a PVP chain which after the modification reaction, resulted in a α,ω-telechelic polymer. A polypeptide was synthesized via the ring-opening polymerization of Ncarboxyanhydrides (ROP NCA). The living and controllable ROP of NCAs is a method which results in polypeptides, but without a well-defined amino acid order. Poly(γ- benzyl-L-glutamate) (PBLG) was synthesized with a narrow dispersity (Đ = 1.10 – 1.15) using conditions that promote the retention of a terminal primary amine. A protected cysteine functionality was introduced via the terminal amine PBLG chain-end, using peptide synthesis techniques. This resulted in the conjugation of the aldehyde functional PVP and the cysteine terminal PBLG using a covalent, non-reducible thiazolidine linkage. The deprotection of the cysteine, more specifically the deprotection of the thiol was a non-trivial procedure. The thiol protecting acetamidomethyl (Acm) group could not be cleaved using traditional methods, but instead a modified procedure was developed to effectively remove the Acm group while inhibiting hydrolysis of the benzyl esters. It was determined that the conjugation reaction could effectively proceed in N,Ndimethylformamide (DMF) at a slightly elevated temperature and so continued to prepare the amphiphilic hybrid block copolymers, PVP-b-PBLG. A structurally different PBLG chain, namely PBLG-b-Cys was conjugated to the ω-aldehyde PVP and the conjugation efficiency was compared to our PBLG-Cys block. In the case of PBLG-b- Cys the in situ deprotection and conjugation as well as a two-step deprotection and conjugation reaction with PVP resulted in very low conjugation efficiency. The cysteine end-functional PBLG resulted in near quantitative conjugation with PVP. The critical micelle concentration (CMC) for PVP90-b-PBLG54 was determined to be 6 μg/mL, using fluorescence spectroscopy. Particle sizes were determined with TEM and DLS and found to range from 25 nm to 120 nm depending on the polymer block lengths as well as hydrophobic/hydrophilic block length ratios. Furthermore, when the micelles were subjected to an increased acidic environment, the labile benzyl ester bonds were hydrolyzed. This was observed with TEM where the particle sizes increased 10-fold to form vesicular structures. Hydrolysis was further confirmed with ATR-FTIR and 1H-NMR spectroscopy. Cytotoxicity tests confirmed that the copolymer micelles had good cell compatibility at high concentrations such as 0.9 mg/mL. Investigation into drug loading using a pyrene probe confirmed the viability of using PVP-b-PBLG as a responsive DDS. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die kombinasie van natuurlike en sintetiese polimere maak dit moontlik vir die sintese van gevorderde hibried kopolimere. Hierdie kopolimere het aanwending in biomediese gebiede, een so 'n gebied is in medisinale vervoer sisteme (MVS). 'n Modulêre benadering is in hierdie studie gebruik om amfifiliese blok kopolimere te berei. Omkeerbare addisie-fragmentasie kettingoordrag (OAFO) is gebruik as die sintetiese tegniek vir die polimerisasie van N-vinielpirolidoon (NVP). OAFO is 'n veelsydige metode om polimere te berei met beheer oor molekulêre gewig en dispersiteit (Đ). 'n Xantaat kettingoordrag agent (KOA) is gebruik om die hidrofiliese poli(N-vinielpirolidoon) (PVP) blok te sintetiseer. ‘n Aldehied endgroep was deur die terminale xantaat funksionaliteit berei, ‘n proses wat geoptimiseer is tot kwantitatiewe omsetting. 'n Di-xantaat KOA is gesintetiseer om, na modifikasie, 'n α, ω-telecheliese polimeer te produseer. Die polipeptied was gesintetiseer deur middel van ’n ringopening polimerisasie van Nkarboksianhidriede (ROP NKA). Die lewende en beheerbare ROP van NKAe is 'n metode wat lei tot polipeptiede sonder ’n gedefinieerde aminosuur volgorde. Poli(γ- benzyl-L-glutamaat) met 'n lae dispersiteit (Đ = 1.10 – 1.15), is gesintetiseer deur gebruik te maak van kondisies wat die behoud van 'n terminale primêre amien bevorder. 'n Beskermde sistien-funksionaliteit is ingebou via die terminale amien met behulp van peptiedsintese tegnieke. Die tiol beskerming van die asetamidometiel (Asm) groep kon nie gekleef word deur gebruik te maak van tradisionele metodes nie, maar ‘n nuwe proses is ontwikkel om die Asm groep te kleef sowel as om die hidrolise van die bensiel esters te inhibeer. Die koppelings reaksie het effektief verloop in DMF by 'n effens verhoogde temperatuur en sodoende is die amfifiliese hibried blok-kopolimere, PVP-b-PBLG berei. Twee verskillende PBLG kettings is gekoppel aan die ω-aldehied PVP en die koppeling doeltreffendheid is vergelyk. Daar is bevind dat net die sistien end-funksionele PBLG tot kwantitatiewe konjugasie kon lei. Die kritiese misel konsentrasie is bepaal vir PVP90-b-PBLG54 as 6 μg/mL met behulp van fluoressensie spektroskopie. Die deeltjie-groottes is bepaal met TEM en DLS en wissel van 25 nm tot 120 nm, afhangende van die polimeer bloklengtes sowel as hidrofobiese / hidrofiliese blok lengte verhoudings. Die miselle is blootgestel aan 'n verhoogde suur omgewing, wat tot die hidrolise van die bensiel ester groepe gelei het. TEM het getoon dat die deeltjie-groottes met 10-voud vergroot het tot vesikulêre strukture. Hidrolise is verder bevestig met ATR-FTIR en 1H-KMR spektroskopie. Sitotoksiese toetse het bevestig dat die miselle geen of min toksisiteit toon teenoor eukariotiese selle nie, selfs teen 'n hoë konsentrasies soos 0.9 mg/ml. Die medisinale behoud vermoë is met behulp van pireen bevestig en dus ook die potensiaal van PVP-b-PBLG as ‘n moontlike MVS.

L’Onera développe des capteurs inertiels MEMS vibrants avec des performances qui peuvent intéresser des applications spatiales. Les électroniques analogiques traditionnellement associées ne sont à priori pas limitantes par rapport aux performances physiques des capteurs. En revanche, elles se montrent encombrantes, non reconfigurables, et ne délivrent pas les grandeurs mesurées sous forme numérique à l’ordinateur de bord. En outre,dans le cadre d’une utilisation spatiale, elles sont sujettes à dépendance et à obsolescence :le remplacement d’un composant implique une nouvelle qualification.Cette thèse propose une nouvelle architecture numérique générique, limitant au maximum les composants analogiques nécessaires. Les travaux portent principalement sur deux capteurs développés par l’Onera : l’accéléromètre à lame vibrante VIA et le gyromètre vibrant à effet Coriolis VIG, mais sont justement transposables à d’autres familles. Une première fonction clé identifiée est la datation d’évènements pour la mesure de fréquence et de phase, une seconde concerne la synthèse numérique directe de fréquence pour le pilotage de résonateurs, et une troisième traite la génération de signaux sinusoïdaux purs à partir des trains binaires délivrés par le système numérique. Ces fonctions sont réalisées sous forme de périphériques numériques autour d’un processeur embarqué, le tout synthétisé sur composant programmable FPGA. Le manuscrit débute par un rappel des lois physiques et des technologies de mesure inertielle, suivi d’une revue des oscillateurs, analogiques et numériques, afin de déterminer l’architecture numérique souhaitée. Le chapitre suivant aborde de façon théorique les fonctions numériques envisagées, et en détermine les éléments de performance. La mise en oeuvre de ces fonctions et les premiers résultats expérimentaux sont ensuite présentés d’abord au niveau de la fonction seule, et enfin dans une architecture complète incluant le capteur et le logiciel embarqué, pour fournir de vraies mesures inertielles. Ces résultats encouragent le déploiement d’électronique numérique dans les prochaines générations de capteurs. / Onera has been developing vibrating inertial MEMS sensors with performances good enough for space uses. Associated conventional analog electronics are not limiting the physical performances of the sensors. They are, however, bulky, not reconfigurable, and do not deliver digital measurements to the on-board computer. Furthermore, when used for space applications, they have to cope with dependency and obsolescence requiring a new qualification when any part is changed.This thesis offers a new digital generic architecture with as few analog parts as possible. Work has been focused on two sensors developed by Onera: the VIA, a vibrating beam accelerometer, and the VIG, a Coriolis vibrating gyro, but can address other sensors. A first digital function identified is event timestamping for frequency and phase measurements; a second key function is the direct digital synthesis of the oscillating sensors driving signal; the third one generates pure sine signals from binary sequences output from the digital platform. These function are implemented as peripherals of an embedded processor on a FPGA.This dissertation firstly reminds physical laws and technologies of inertial measurements, followed by a quick review of oscillators, analog and digital, in order to introduce the chosen digital architecture. A following chapter studies the theory of the digital functions considered and identifies their performances. Afterwards, realisations and first experimental results are exposed, at a function level first, at a global level then, with the sensor and the embedded software to provide real inertial readings. The results gathered boost the idea of deploying digital electronics in future sensor releases.

Cette thèse présente le travail effectué sur la conception d'un synthétiseur de fréquence entièrement numérique appelé Synthétiseur Digital Direct (DDS), dans la gamme micro-ondes, et en technologie BiCMOS SiGe. Ce DDS a pour objectif de se substituer aux synthèses de fréquences indirectes notamment basées sur des boucles à verrouillage de phase (PLL). Jusqu'à présent, le coût, la consommation, la surface d'intégration et la gamme de fréquences synthétisables des DDS étaient des facteurs limitants pour les applications du domaine micro-onde. Nous présentons dans cette thèse des techniques de conception en numérique hyperfréquence (logique ECL multi-niveaux, convertisseur numérique/analogique non-linéaire, ...) qui nous ont permis de repousser les limites évoquées et de concevoir les blocs élémentaires ainsi que le DDS complet, intégrés dans une technologie faible coût silicium et fonctionnant à haute fréquence tout en ayant une consommation réduite. Ainsi, la fréquence de fonctionnement du système final est de 6 GHz, sa résolution interne de 9-bits et sa consommation de seulement 308 mW. Ce travail démontre ainsi la faisabilité de DDS fonctionnant dans la gamme micro-onde compatibles avec les applications multimédias et télécommunications sans fil récentes (faible coût, agilité en fréquence, faible consommation, versatilité, ...).

Cette habilitation à diriger des recherches résume la majeure partie des activités que nous avons menées dans le domaine des systèmes communicants hautes fréquences, et qui nous ont permis d'en explorer l'élément central "synthèse de fréquences", dans ses déclinaisons intégrées sur silicium, véritables lignes directrices de nos travaux. Si la synthèse de fréquences est essentielle, c'est qu'elle permet aux différents standards de communication actuels (WiFi, Bluetooth, ZigBee, ...) et futurs (Wireless-HD, ...) d'exister et de cohabiter, de commuter entre les canaux des différents utilisateurs, et dans certaines techniques d'étalement de spectre, d'assurer des sauts de fréquences ultra rapides. De multiples aspects ont été abordés, dont l'originalité réside dans le croisement des approches analogiques, numériques, mixtes, basses et hautes fréquences, impliquant les niveaux composants, circuits et systèmes, depuis l'optimisation très ciblée de fonctions élémentaires jusqu'à une application de métrologie de bruit de phase totalement atypique car entièrement intégrée et reconfigurable, en passant par la remise en question d'architectures habituelles de synthèse visant à en résoudre certains défauts récurrents. En tout premier lieu, nous avons mené une activité de conception analogique " classique " d'oscillateurs intégrés, que notre participation à un projet européen nous a permis de coupler pour la première fois à des résonateurs à ondes acoustiques de volume (BAW) très sélectifs dans une approche SoC "above-IC" à 5 GHz. Ils ont affiché des performances en bruit de phase à l'état de l'art au moment de leur publication. À côté de cela, nous avons développé des activités autour de la boucle à verrouillage de phase (PLL), fonction complexe standard des synthèses de fréquences. Avec elles, nous avons pu mettre en oeuvre des techniques de conception originales dans la numérisation haute fréquence des fonctions de la boucle, diviseurs, comparateurs phase/fréquence et filt res, ce qui nous a permis de dépasser certaines limitations au regard des technologies standards utilisées, en termes de chemins critiques, de parasites et de fréquences de fonctionnement notamment. En nous intéressant à la numérisation du dernier bloc de la PLL, l'oscillateur contrôlé en tension (VCO), nous nous sommes tournés vers le synthétiseur de fréquences digital direct (DDS). C'est avec cette fonction, dont le domaine d'application se révéla bien plus large que le seul oscillateur numérique (NCO), que nous avons pu apporter les solutions les plus singulières, voire les plus osées, en totale rupture avec les habitudes du domaine basse fréquence dont elle est issue. Nous avons ainsi été les premiers à proposer une architecture basse consommation de plusieurs milliers de transistors et fonctionnant au-delà de la gamme RF (6 GHz) sur une technologie pourtant grand public. Un brevet nous a également permis de mettre en valeur un fonctionnement spécial du DDS, capable de lui faire générer facilement des impulsions ultra-large bande (UWB). Dans une dernière partie, nous avons abordé les systèmes de mesure sur puce, et en particulier la mesure intégrée de bruit de phase, paramètre dont la minimisation est essentielle à la qualité des systèmes communicants. Nous avons montré qu'il était possible de concevoir sur une technologie courante des fonctions analogiques d'instrumentation dont la contribution minime en bruit a pu permettre la création d'un banc de mesure de bruit de phase reconfigurable totalement intégré. Les déclinaisons de ce banc, décrites dans un brevet, le rendent capable aussi bien de mesurer le bruit de phase de sources de fréquences que celui résiduel de quadripôles. Nul doute que les micro et nano systèmes hétérogènes multiphysiques du futur sauront tirer bénéfice de tels bancs de mesure miniatures intégrés, autorisant un traitement du signal des plus fidèle car effectué "au plus proche" des différents capteurs à interroger. Notre contribution s' est toujours voulue volontairement appliquée, en gardant à l'esprit certaines notions élémentaires telles que le coût et la consommation raisonnés des techniques et technologies mises en oeuvre, que la quête de l'innovation et de l'excellence doit malgré tout motiver, mais que le Graal de la performance ultime peut facilement faire oublier.

Quadrature modulator (demodulator) is used in transmitting (receiving) part of many devices. Unwanted imbalance can influence amplitude, phase or DC offset of modulator (demodulator). Correction of imbalance was a main subject of thesis. Simulations of these methods were created in MATLAB and results were compared. Basics of methods were implement on programmable logic field by program Xilinx ISE. Development kit V2MB1000 with analogue board Memec P160 was chosen for this purpose. In the last part were compare simulation results with practical measurement.

The aim of the project is to design a concept of function generator with digital synthesis. The device will be controlled using microprocessor which allows synthesizing basic functions (sin, square, raw) as well as arbitrary functions stored in memory. User friendly graphical interface will be controlled by keyboard and rotary switch (IRC). The work emphasizes correct selection of DDS clock source, circuit elements and proper application of signal filtration method with attention to low distortion and low output phase noise.

This thesis deals with problematics of direct frequency digital synthesis. Principle and basic characteristics of this method of signal generating are explained in the introduction. It considers impact on purity of spectrum of output signal. Next chapter considers conception of the generator, namely choice of DDFS circuit and other basic blocks. Design of frequency multiplier, reconstruction filter and power amplifier are included. It also deals with choice of control circuit. The device is controlled by computer through USB. There was created user programme for this purpose. Measured characteristics are stated at the end of the work. This work includes schemes of connetions of designed parts including simulations and measured parameters.

Yes / Understanding the structure-property relationships of drug delivery system (DDS) components is critical for their development and the prediction of bodily performance. This study investigates the effects of introducing polyethylene oxide (PEO) homopolymers, over a wide range of molecular weights, into Pluronic injectable smart hydrogel formulations. These smart DDSs promise to enhance patient compliance, reduce adverse effects and dosing frequency. Pharmaceutically, Pluronic systems are attractive due to their unique sol-gel phase transition in the body, biocompatibility, safety and ease of injectability as solutions before transforming into gel matrices at body temperature. This paper presents a systematic and comprehensive evaluation of gelation and the interplay of microscopic and macroscopic properties under both equilibrium and non-equilibrium conditions in controlled environments, as measured by rheology in conjunction with time-resolved Small Angle Neutron Scattering (SANS). The non-equilibrium conditions investigated in this work offer a better understanding of the two polymeric systems’ complex interactions affecting the matrix thermo-rheological behaviour and structure and therefore the future release of an active pharmaceutical ingredient from the injectable DDS.