The paper deals with analysis of the problems of digital signal processing and with design of the control unit for DSP and audio signal distribution to active external loudspeakers. It describes function of delta-sigma AD converters, the most widely used digital filters and Fast Fourier Transform. The processed signal will be send to external loudspeakers using an Ethernet interface. The paper also covers the design of signal processing unit's hardware and software. Achieved functions and parameters of the unit are discussed in conclusion.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Parametern in der bildgebenden Diagnostik mittels Diffusion-Weighted Imaging und histopathologischen Eigenschaften von primären Lymphomen des zentralen Nervensystems. Hierzu wurden die bioptischen Resektate von 21 Patient*innen mit der gesicherten Diagnose eines primären Lymphoms des zentralen Nervensystems neuropathologisch untersucht. Es wurden der Ki-67 Index, die Zellzahl und das durchschnittliche sowie gesamte Zellkern-Areal bestimmt. In der bildgebenden Diagnostik erfolgte die Untersuchung der MRT Bildgebung der Patient*innen. Die MRT Daten wurden vor der neurochirurgisch durchgeführten bioptischen Sicherung der Läsionen erhoben und beinhalteten mindestens eine Diffusions-gewichtete Aufnahme, ein ADC Mapping, eine T1 Sequenz vor und nach Kontrastmittelgabe sowie eine T2_tirm_tra_dark_fluid Sequenz. Es erfolgte dann eine Markierung der kontrastmittelaufnehmenden Läsionen in der T1 Sequenz nach Kontrastmittelgabe in jeder axialen Schicht, welche von der Raumforderung betroffen war. Bei multilokulären Befunden wurde die Läsion ausgewählt, welche schlußendlich neurochirurgisch bioptiert wurde. Mittels eines DICOM Image Analysis Programms auf der Basis von Matlab wurden dann die getätigten Markierungen auf die korrespondierenden ADC-Maps übertragen, sodass schlußendliche eine diffusions-gewichtete MRT Untersuchung des Gesamt-Tumors ermöglicht wurde. In dem berechneten Histogram Datensatz wurde folgende Parameter einbezogen: ADC mean, ADC min, ADC max, ADC p10, ADC p25, ADC p75, ADC p90, ADCmodus, ADCmedian, Skewness, Kurtosis und Entropy. Hierauf erfolgte die statistische Aufarbeitung der Daten und Untersuchung auf vorhandene Korrelationen mittels des Analyse-Programms SPSS 23.0. Dazu erfolgte zunächst die beschreibende Analyse der Daten mittels Mittelwert, Standardabweichung und Feststellung von Minimum und Maximum. Sodann erfolgte die Untersuchung der Daten bezüglich einer Gauß-/Normal- Verteilung mittels des Shapiro-Wilk-Tests. Schlußendlich erfolgte dann eine Untersuchung der Korrelationen mittels des Pearson Korrelationsskoeffizienten für die normalverteilten Daten sowie mittels Spearman-Rho Rank-Order Korrelation für die nicht normalverteilten Daten. Ein statistisches Signifikanzniveau von P<0,05 wurde festgelegt. Es lässt sich zusammenfassend bezüglich der Ergebnisse darstellen, dass verschiedene statistisch signifikante Korrelationen zwischen Parametern der diffusions-gewichteten Bildgebung sowie histopathologischer Parameter bei primären Lymphomen des zentralen Nervensystems gefunden wurden. Im Detail konnte eine statistisch signifikante Korrelation zwischen der Kurtosis des ADC-Histograms und der histopathologischen Zellzahl gezeigt werden, zwischen den niedrigeren Perzentilen der ADC Werte (p10, p25) und der Zellzahl sowie der Zellkern beinhaltenden Areale und eine signifikante Korrelation zwischen dem ADCmean Wert und dem Ki-67 Index sowie des gesamten Zellkern beinhaltenden Areals. Zudem wurde eine inverse Korrelation zwischen der 90. ADC Perzentile und dem Ki-67 Index festgestellt. Hieraus sind verschiedene Schlussfolgerungen möglich. Zum einen zeigt die diffusions-gewichtete Untersuchung des gesamten Tumors Korrelationen mit Parametern der histopathologischen Differenzierung, welche sich im klinischen Verlauf bei primären Lymphomen des zentralen Nervensystems widerspiegeln. Die Technik ist also eine gute Ergänzung der bereits beschriebenen Differenzierung mittels diffusionsgewichteter singulärer Region of Interest Untersuchung. Somit können bereits vor neurochirurgischer Sicherung der Läsionen und somit vor Beginn einer Behandlung Aussagen über die wahrscheinliche Tumorarchitektur bzw. histopathologische Eigenschaften getroffen werden. Zum anderen scheint diese Technik im Rahmen weiterer Studien und Forschungen ein verheißungsvoller Kandidat für die Entwicklung bildgebender Marker zur Kontrolle beispielsweise des Tumorverhaltens bei medikamentöser Therapie zu sein. Außerdem ist es denkbar, die Ergebnisse der Untersuchungen bei primären Lymphomen des zentralen Nervensystems auf andere Tumorentitäten zu erweitern, und somit die Vorteile dieser nicht invasiven und leicht verfügbaren Methode bei verschiedenen Krankheitsbildern anzuwenden. Für diese Weiterentwicklung der Technik bedarf es jedoch noch ausführlicher Studien, insbesondere die Vergrößerung der Patient*innenkollektive, eine Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen technischen Systemen und Untersuchern und prospektive Studiendesigns sind noch zu erreichende Ziele.

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Les communications numériques ont évolué pour répondre à la demande des consommateurs pour accroître l'accès à la navigation Internet, TV, vidéo à la demande, jeux interactifs et de réseaux sociaux. Cette augmentation de débit est obtenue en utilisant des techniques avancées de traitement du signal, des modulations complexes, et des bandes passantes larges. Par conséquent, des récepteurs hautes performances, capables de traiter des signaux large bande, sont nécessaires pour les équipements d'infrastructure et de communication grand-public hauts de gamme. Les récepteurs à numérisation directe RF sont attrayants pour ces applications à large bande, mais plusieurs aspects doivent être étudiés afin de fournir des solutions performantes intégrées. Les principales contributions de cette thèse sont les suivantes: - l’analyse et la conception au niveau système des récepteurs à échantillonnage et numérisation directs RF : - l'analyse théorique de la distorsion non-linéaire large-bande, pour les stratégies d'échantillonnage passe-bas et passe-bande - l'analyse théorique des défauts des convertisseurs analogique-numérique haute-vitesse dans un contexte de réception large bande - la conception d'un conditionneur de signal RF optimisé pour une application câble, incluant: - un égaliseur RF programmable multi-pente, utilisant une seule inductance, avec son algorithme de contrôle - une boucle de contrôle de gain mixte combinant un détecteur RMS et un détecteur crête - contribution à la réalisation d'un produit récepteur RF multi-canaux, à numérisation directe, compétitif en consommation d'énergie, coût, et performances RF / The Holy Grail radio receiver architecture for Software Radio makes uses of direct RF digitization. The early RF signal digitization theoretically provides maximum re-configurability of the radio front-end to multiple bands and standards, as opposed to analog-extensive front-ends. In addition, in applications for which a large portion of the RF input signal spectrum is required to be received simultaneously, the RF direct digitization architecture could provide the most power-and-cost-effective front-end solution. This is typically the case in centralized architectures, for which a single receiver is used in a multi-user environment (data and video gateways) or in re-multiplexing systems. In these situations, this highly-digitized architecture could dramatically simplify the radio front-end, as it has the potential to replace most of the analog processing. In this Ph.D thesis, we study the trade-offs, from RF to DSP domains, which are being involved in direct RF digitization receivers. The developed system-level framework is applied to the design of a cable multi-channel RF direct digitization receiver. Special focus is provided on the design of an optimum RF signal conditioning, on the specification of time-interleaved analog-to-digital converter impairments, including clock quality, and on some algorithmic aspects (automatic gain control loop, RF front-end amplitude equalization control loop). The two-chip implementation is presented, using BiCMOS and 65nm CMOS processes, together with the block and system-level measurement results. The solution is highly competitive, both in terms of area and RF performance, while it drastically reduces power consumption.

Massive MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) base stations have proven, both in theory and in practice, to possess many of the qualities that future wireless communication systems will require.  They can provide equally high data rates throughout their coverage area and can concurrently serve multiple low-end handsets without requiring wider spectrum, denser base station deployment or significantly more power than current base stations.  The main challenge of massive MIMO is the immense hardware complexity and cost of the base station—each element in the large antenna array needs to be individually controllable and therefore requires its own radio chain.  To make massive MIMO commercially viable, the base station has to be built from inexpensive simple hardware.  In this thesis, it is investigated how the use of low-end power amplifiers and analog-to-digital converters (ADCs) affects the performance of massive MIMO.  In the study of the signal distortion from low-end amplifiers, it is shown that in-band distortion is negligible in massive MIMO and that out-of-band radiation is the limiting factor that decides what power efficiency the amplifiers can be operated at.  A precoder that produces transmit signals for the downlink with constant envelope in continuous time is presented to allow for highly power efficient low-end amplifiers.  Further, it is found that the out-of-band radiation is isotropic when the channel is frequency selective and when multiple users are served; and that it can be beamformed when the channel is frequency flat and when few users are served.  Since a massive MIMO base station radiates less power than today's base stations, isotropic out-of-band radiation means that low-end hardware with poorer linearity than required today can be used in massive MIMO.  It is also shown that using one-bit ADCs—the simplest and least power-hungry ADCs—at the base station only degrades the signal-to-interference-and-noise ratio of the system by approximately 4 dB when proper power allocation among users is done, which indicates that massive MIMO is resistant against coarse quantization and that low-end ADCs can be used. / Massiv-MIMO-basstationer (eng: Multiple-Input Multiple-Output) har visats, både i teori och praktik, besitta många av de egenskaper som framtida trådlösa kommunikationssystem kommer att behöva.  De kan tillhandahålla enhetligt höga datatakter i hela täckningsområdet och simultant betjäna flera enkla mobilenheter utan att använda bredare spektrum, tätare basstationsplacering eller betydligt mer effekt än dagens basstationer.  Huvudutmaningen med massiv MIMO är basstationens enorma hårdvarukomplexitet och -kostnad – varje element i den stora gruppantennen skall kunna kontrolleras individuellt och kräver sålunda sin egen radiokedja.  För att massiv MIMO skall bli kommersiellt attraktiv, måste basstationen byggas av billig, enkel hårdvara.  I denna avhandling undersöks hur enkla effektförstärkare och analog-till-digital-omvandlare (AD-omvandlare) påverkar massiv-MIMO-systemets prestanda.  I studien av signaldistorsionen från enkla förstärkare visas det att inband-distorsionen är försumbar i massiv MIMO och att utombandsstrålningen är den begränsande faktorn som bestämmer vid vilken verkningsgrad förstärkarna kan arbeta.  En förkodare som åstadkommer nerlänks-sändsignaler som har konstant envelopp i kontinuerlig tid presenteras för att möjliggöra användandet av enkla förstärkare med hög verkningsgrad.  Vidare konstateras det att utombandsstrålningen är isotrop när kanalen är frekvensselektiv och när flera användare betjänas; och att den kan lobformas när kanalen är frekvensflat och när få användare betjänas.  Eftersom en massiv-MIMO-basstation utstrålar mindre effekt än dagens basstationer, betyder isotrop utombandsstrålning att enkel hårdvara med sämre linearitet än vad som krävs idag kan användas i massiv MIMO.  Det visas även att användandet av enbits-AD-omvandlare – de enklaste och mest strömsnåla AD-omvandlarna – i basstationen endast minskar signal-till-interferens-och-brus-förhållandet med 4 dB när tillbörlig effektallokering mellan användarna utförs, vilket indikerar att massiv MIMO är motståndskraftig mot grov kvantisering och att enkla AD-omvandlare kan användas. / 大規模多輸入多輸出基站，無論從理論上或實際上，皆已經證明具有許多未來無線通訊系統所需的特質。比如：在其整個覆蓋區域均一地提供高數據傳輸速率、在同一時間頻率資源上服務多個簡單的終端設備，而無需佔用更多頻譜資源或更密集地部署基站，亦無需提高基站的功耗。實現大規模多入多出系统的主要挑戰在於硬件複雜度及基站成本——大規模天線陣列中的每一個天線元必須單獨可控，因此需要其自身的射頻鏈路。爲使大規模多入多出基站有商業吸引力，基站必須以簡單低成本的硬件來建造。本論文探討簡單的功率放大器與模擬數字轉換器對大規模多入多出性能的影響。對低端功放信號失真的研究表明，帶內失真對大規模多入多出的性能影響幾乎可以忽略，而帶外泄露是限制功放效率的決定因素。爲使用高功率效率低端功放，本文提出能產生具有恆定包絡連續時間信號的預編碼。本文指出，在頻率選擇性衰落信道上服務多個用戶時，帶外泄露呈現各向同性；而在平坦衰落信道上服務少數用戶時，帶外泄露可呈現波束賦形。由於大規模多入多出基站比現用基站輻射較少功率，帶外泄露各向同性意味著大規模多入多出基站可使用低端硬件，其線性要求不比現有基站的高。另外表明，如果進行合理的多用戶功率分配，基站使用單比特模擬數字轉換器——最簡單低耗的轉換器——僅使系統的信干噪比降低約４分貝。以此可見，大規模多入多出系統對非精確量比較穩定，低端模擬數字轉換器可於此類系統中使用。

Space instrumentation technology is an essential tool for rocket and satellite research, and is expected to become popular in commercial and military operations in fields such as radar, imaging, and communications. These instruments are traditionally implemented on printed circuit boards using discrete general-purpose Analog-to-Digital Converter (ADC) devices and other components. A large circuit board is not convenient for use in micro-satellite deployments, where the total payload volume is limited to roughly one cubic foot. Because micro-satellites represent a fast growing trend in satellite research and development, there is motivation to explore miniaturized custom application-specific integrated circuit (ASIC) designs to reduce the volume and power consumption occupied by instrument electronics. In this thesis, a model of a new Plasma Impedance Probe (PIP) architecture, which utilizes a custom-built ADC along with other analog and digital components, is proposed. The model can be fully integrated to produce a low-power, miniaturized impedance probe.

Cette thèse porte sur la conception et la réalisation de convertisseurs analogique/numérique (ADC) haute résolution dans le domaine de l’imagerie spatiale en technologie 0.18 μm.Un imageur CMOS est un système destiné à acquérir des informations lumineuses et les convertir en données numériques afin que cellesci soient traitées. Ce système est composé d’une matrice de pixels, d’ADC, de registres et de blocs de signaux de commande afin de rendre toutes ces données disponibles. Avec la taille grandissante de la matrice de pixels et la cadence d’image par seconde croissante, l’ADC doit réaliser de plus en plus de conversions en moins de temps et est donc devenu l’un des « bottleneck » les plus importants dans les systèmes d’imagerie. Une solution adaptée a donc été le développement d’ADC colonne situé en bout de colonnes de pixels afin de réaliser des conversions en parallèles et c’est ce sujet qui va m’intéresser.Dans une première partie, n’ayant pas de contraintes sur l’architecture d’ADC à utiliser, une étude de l’état de l’art des ADC pour l’imagerie est réalisée ainsi que les spécifications visées pour notre application. Une architecture sigma-delta incrémental à deux étapes semble la plus prometteuse et va être développée. Ensuite, une étude théorique de l’ADC choisi, et plus particulièrement du modulateur sigma-delta à utiliser est effectuée, afin notamment de déterminer l’ordre de ce modulateur, mais également le nombre de cycles de cette conversions. Une fois les paramètres de modélisation définis, un schéma transistor est réalisé au niveau transistor, avec une particularité au niveau de l’amplificateur utilisé. En effet, afin de gagner en surface qui est l’un des points importants dans les systèmes d’imagerie, un inverseur est utilisé. Une étude de cette inverseur, afin de choisir le plus adapté à notre besoin est effectuée avec des simulations montecarlo et aux « corners ». Pour finir, un routage global de l’ADC est réalisé afin de pouvoir comparer ces performances à l’état de l’art. / This thesis deals with the conception and design of high resolution analog-to-digital converters (ADC) for CMOS image sensor (CIS) applications with the 0.18 μm technology. A CIS is a system able to convert light to digital data to be processed. This system includes a pixel array, ADCs, registers and a set of clocks to acquire and transport the data. At the beginning, a single ADC was used for the whole matrix of pixels, converting the pixel value in a sequential way. With the growing size of the pixel array and the increasing frame rate, the ADC became one of the bottleneck of these system. A solution was found to use column ADC, located at the bottom of each column in order to parallelize the conversions. These column ADC are going to be my point of interest in this thesis.First of all, a state of the art of the ADC for CIS is realized in order to determine the best architecture to use. A two-step incremental sigma-delta is chosen and investigated. A theoretical analysis is done, especially on the modulator in order to determine the order of this modulator and the oversampling ratio of the conversion. Then a schematic is realized, with a special feature on the amplifier. Indeed, an inverter is used as amplifier in order to reduce the size of the ADC. A montecarlo and corner studies are then realized on the ADC, a layout is proposed and the ADC is compared to the state of the art of the ADC for CIS.

This research investigates lower-power lower-voltage analog circuit techniques suitable for wireless sensor applications. Wireless sensors have been used in a wide range of applications and will become ubiquitous with the revolution of internet of things (IoT). Due to the demand of low cost, miniature desirable size and long operating cycle, passive wireless sensors which don't require battery are more preferred. Such sensors harvest energy from energy sources in the environment such as radio frequency (RF) waves, vibration, thermal sources, etc. As a result, the obtained energy is very limited. This creates strong demand for low power, lower voltage circuits. The RF and analog circuits in the wireless sensor usually consume most of the power. This motivates the research presented in the dissertation. Specially, the research focuses on the design of a low power high efficiency regulator, low power Resistance to Digital Converter (RDC), low power Successive Approximation Register (SAR) Analog to Digital Converter (ADC) with parasitic error reduction and a low power low voltage Low Dropout (LDO) regulator. This dissertation includes a low power analog circuit design for the RFID wireless sensor which consists of the energy harvest circuits (an optimized rectifier and a regulator with high current efficiency) and a sensor measurement circuit (RDC), a single end sampling SAR ADC with no error induced by the parasitic capacitance and a digital loop LDO whose line and load variation response is improved. These techniques will boost the design of the wireless sensor and they can also be used in other similar low power design.

This dissertation develops design methods and architectures which allow analog circuits to operate at VT + 2Vds,sat, the minimum supply for CMOS circuits with all transistors in the active region where Vds,sat is the drain to source saturation voltage of a MOS transistor. Techniques which meet this criteria for rail-to-rail input stages, gain enhancement stages, and output stages are discussed and developed. These techniques are used to design four fully-differential rail-to-rail amplifiers. The highest gain is shown to be attained using a drain voltage equalization (DVE) or active-bootstrapping technique which produces more than 100dB of gain in a two stage amplifier with a bulk-driven input pair while showing no bandwidth degradation when compared to amplifier architectures with similar biasing. The low voltage design techniques are extended to switching and sampling circuits. A 10-bit digital to analog converter (DAC) and a 10-bit analog to digital converter (ADC) are designed and fabricated in a 0.35um dual-well CMOS process to prove the developed design methods, architectures, and techniques. The 10-bit DAC operates at 1MSPS with near rail-to-rail differential output operation with a 700mV supply voltage. This supply voltage, which is 150mV lower than the VT+2Vds,sat limit, is attained by using a bulk driven threshold voltage lowering technique. The ADC design is a fully-differential pipelined 10-bit converter that operates at 500kSPS with a full scale input range equal to the supply voltage and can operate at supply voltages as low as 650mV, 200mV below the VT + 2Vds,sat limit. The design methods and architectures can be used in advanced processes to maintain gain and minimize supply voltage. These designs show a minimum supply improvement over previously published designs and prove the efficacy of the design architectures and techniques presented in this dissertation.

Att uppleva distraktioner under studerandet är ett hinder mot både koncentrationen och inlärningsprocessen. Med insikt från målgruppen (Med hjälp av intervjuer och en observation) har projektets problemställning riktat sig till att fokusera på distraktioner som orsakas av andra människor vilket kan ske både visuellt och auditivt. Genom ett användarcentrerat designperspektiv har frågeställningen ‘’Hur kan man genom design underlätta fokus genom att hindra distraktioner för universitetsstudenter under generella egenstudier?’’ undersökts. I designprocessen har även målgruppens åsikter och medverkan utformat slutkonceptet och resultatet av studien är designförslaget ‘’Studietältet’’. Studiens kunskapsbidrag ligger i arbetsprocessen: hur man hanterar olika åsikter och preferenser inom användarcentrerade metoder. / Experiencing distractions while studying is an obstacle to the concentration and the learning process. With insight from the target group (students) through interviews and observation, the project’s aim has been focusing primarily on distractions caused by other people, which can occur both visually and auditorily. Through an user-centered design perspective, the research question “How can design facilitate focus by preventing distractions for university students during general self-study?” Has been investigated. In the design process, the target group’s opinions and participation have also been shaping the final concept and the result of the study is a design proposal “The study tent”. The study’s knowledge contribution lies in the work process: how to handle different opinions and preferences within the field of user-centered design methods.