En campo de redes de comunicaciones y los conmutadores ATM (Asynchronous Transfer Mode), la QoS (Quality of Service) es un aspecto crucial para la gestión del tráfico. El problema de la QoS actualmente es un desafío para los diseñadores, concretamente la implementación eficiente del subsistema QoS e igualmente superar o minimizar los problemas que presenta el empleo de circuitos síncronos.La presente tesis tiene dos vertientes principales: los circuitos asíncronos y la problemática de la QoS para el protocolo de comunicaciones ATM. La tesis se centra en la investigación de una técnica de diseño asíncrona, lo cual implica la eliminación del reloj global, y que facilite la implementación de arquitecturas que eviten o al menos minimicen los problemas encontrados en los equivalentes circuitos síncronos como alineamiento de fase, sincronización, skew y jitter.Dentro de los objetivos principales de la tesis se establece una metodología de diseño asíncrono independiente de la tecnología, y como circuito demostrador se aborda la implementación asíncrona de la Unidad de Clasificación que es el subsistema principal en la gestión QoS-ATM. Se utiliza el estilo de diseño micropipeline que, además de otras ventajas intrínsecas, permite un adecuado balance de la relación área/velocidad y facilidades para test. La arquitectura implementada en FPGA permite satisfacer los requerimientos de throughput y latencia de las normas de transmisión OC-12 (622 Mbits/seg) y OC-48 (2.5 Gbits/seg). / In ATM (Asynchronous Transfer Mode) packet switching, a key point for traffic management is the QoS (Quality of Services) guarantees. Efficient implementation of a QoS sub-system remains a challenge for network designers, equally, designers have to deal with problems in the use of synchronous circuits.The present thesis has two main aspects of research: Asynchronous circuits and the QoS for ATM protocol. In this research, a new approach is the use of an asynchronous technique and elimination of the global clock, it allows the implementation of architectures that can avoid design problems commonly found in their synchronous counterpart. As a consequence, the asynchronous implementation of some blocks in ATM protocol as the QoS sub-system, apart from other intrinsic advantages, it can avoid or at least minimise jitter, skew and synchronisation problems.The main objective of this thesis is to propose a methodology of design technologically independent and as demonstrator circuit; the implementation of a novel asynchronous micropipeline of a Sorter Unit which is the main sub-system for QoS-ATM management. The micropipeline architecture, apart from other intrinsic advantages, it has a good performance in area/speed ratio and easy testability. The prototype is mapped on commercial FPGA and it can meet the QoS-ATM requirements of throughput and latency for OC-12 (622 Mbits/sec) and OC-48 (2.5 Gbits/sec) transmission.

Los avances en las tecnologías y en las herramientas de fabricación de circuitos integrados han permitido aumentar la cantidad de componentes que se integran en un mismo chip, dando lugar a sistemas más complejos denominados sistemas en un chip (SoCs). Para reducir costos y tiempos del mercado, una característica fundamental que buscan los fabricantes de SoCs es que sus dise~nos sean reutilizables. Por este motivo, para realizar la comunicación entre componentes se utilizan interfaces estandarizadas. En esta tesis se presenta el desarrollo de dos periféricos con un bus de comunicación denominado AMBA, creado por ARM. En primer lugar se muestra el desarrollo de un generador de números aleatorios. Este periférico obtiene su característica a partir de un fenómeno físico aleatorio como es el ruido térmico proveniente de resistencias. El ruido generado se amplifica y se utiliza para controlar la frecuencia de salida de un oscilador. Con esta se~nal se realiza el muestreo de una de mayor frecuencia provista por un oscilador de anillos. La aleatoriedad de los bits resultantes del muestreo se comprueba con las pruebas estadísticas normalizadas por el National Institute of Standards and Technology (NIST). Luego, para el aprendizaje del bus AMBA, se muestra el desarrollo de un Receptor Transmisor Asíncrono Universal (UART). Ambos periféricos se dise~nan con una interfaz AMBA APB y tienen la posibilidad de interactuar con un bus AMBA AHB por medio de un dispositivo denominado puente APB. Los perifricos y su respectiva interfaz AMBA se implementan en un proceso de Tower Jazz de 180 nm. / The advances in tool and technologies for manufacture of integrated circuits have allowed an increase in the number of components in the same chip, resulting in more complex systems called systems on a chip (SoCs). In order to reduce development costs and time to market, SoCs manufacturers require that their designs be reusable. For this reason, standardized interfaces are used for communication between components. This thesis presents the development of two peripherals that use the standardized AMBA bus, created by ARM. As a first approach to understand the bus interface, a Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (UART) is implemented. Next, a true random number generator is designed. Its implementation relies on the physical phenomena of thermal noise intrinsic from resistance. Then this noise is amplified and used to control an oscillator's output frequency. This signal is used to sample a larger frequency signal provided by a ring oscillator. This generates an output bit stream whose randomness is verified with statistical tests standardized by National institute of standards and technology (NIST). Both peripherals are designed for work with an AMBA APB bus and have the possibility to interact with an AMBA bus through a bridge. The peripherals and their respective AMBA interfaces are implemented in a 180 nm Tower Jazz process.

Las Redes de Sensores Inalámbricas Subacuáticas es una tecnología que generará un gran impacto en cantidad de áreas de trabajo como la acuicultura, la explotación de recursos lejos de la costa, la monitorización biológica, así como el control de la contaminación, de la actividad sísmica y las corrientes marinas. La implementación de las redes necesarias para este tipo de aplicaciones requiere de la instalación de un número importante de nodos, facilitando la monitorización ambiental por medio de la adquisición de datos. Por tanto, supone un reto tecnológico desarrollar módems con arquitecturas sencillas y robustas con un precio reducido, pero con alta eficiencia. Esta tesis se centra en el diseño de la capa física de un módem acústico integrable en una Red Acústica Subacuática. Como punto de partida, se define una arquitectura que incluye, como principal novedad, un sistema de activación remota asíncrono optimizado para la comunicación acústica de ultra bajo consumo energético. Esta base permite plataformas con un reducido consumo en periodos de inactividad (10 µW). Para enfrentarse con este reto y proporcionar la base para diseños futuros, se ha creado una nueva metodología de trabajo para el modelado, la simulación y la experimentación de campo: IUmote. La propuesta se basa en un módem especial, con la arquitectura presentada, y el uso de herramientas de simulación y modelos para cada uno de los elementos relacionados con la comunicación: medio acústico subacuático, transductores, circuitos electrónicos y software de procesado de la señal. La metodología presentada se basa en la re-utilización de los diferentes bloques ya que se pueden intercambiar bloques de manera inmediata y mezclar elementos de simulación y hardware real. Para extender la vida útil de los nodos subacuáticos, esta tesis también se centra en la recolección de energía en redes inalámbricas de sensores. Para permitir el diseño integral en las primeras etapas, se ha creado un nuevo modelo numérico para la simulación de redes de sensores con capacidad de recolección de energía: SIVEH. Gracias a este modelo se pueden simular de manera rápida largos periodos de tiempo -días, semanas, meses o incluso años- utilizando valores reales de energía renovable disponibles en bases de datos, tales como irradiación solar, velocidad del viento o de la corriente marina, etc. El resultado final no es únicamente la implementación concreta de un módem para Redes Acústicas Subacuáticas con un bajo consumo y unas prestaciones medias al que se le ha incorporado un módulo de recolección de energía, el módem ITACA; sino una metodología de diseño para desarrollar nuevos sistemas para Redes Acústicas Subacuáticas de manera eficiente en el futuro. / Sánchez Matías, AM. (2014). Sistema de comunicación acústica para redes de sensores inalámbricas subacuáticas en aguas someras [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/35326 / TESIS

El objeto de este trabajo pasaba por obtener un motor con un alto par de arranque pero con intensidades limitadas, con variaciones de la intensidad en función de la carga prácticamente inapreciables aunque con pérdidas en vacío contenidas, con un rendimiento aceptable en régimen permanente y con una buena respuesta en periodos transitorios.Para alcanzar estos objetivos, en primer lugar, se construyó un rotor formado por un conjunto de chapas magnéticas dispuestas radialmente con las testas aplicadas directamente sobre el eje. Estas chapas cubrirían completamente la superficie cilíndrica exterior del eje, y para eliminar los espacios libres que resultarían de aumentar la distancia radial, dado que el espesor de las chapas era constante, se inclinaron las chapas arrollándose unas sobre las otras, resultando el rotor como si estuviera formado por un conjunto de chapas en espiral. Con esta configuración se pretendió que los campos magnéticos creados en el estátor quedaran más confinados en la periferia del rotor, induciéndose unas f.e.m. periféricas y corrientes a lo largo de las propias chapas, activas únicamente en su periferia. Estas corrientes periféricas disponen de más sección para circular, si las comparamos con las corrientes de un motor con rotor de jaula normal, creando unos pares antagonistas que permiten el giro del rotor. En concreto cuatro tipos de estatores (1000 rpm, 1500 rpm tipo A, 1500 rpm y 3000 rpm) con características mecánicas y constructivas iguales han sido rebobinados y probados con los siguientes rotores construidos para tal fin: jaula de ardilla, macizo, macizo con aros y rotor hueco. Estos resultados han sido comparados con once variantes de rotores de chapas en espiral que combinan materiales y formas constructivas de sus elementos, demostrándose que es posible disminuir de forma considerable las corrientes de arranque sin perjudicar el valor del par, con la consiguiente reducción del mantenimiento de los motores de inducción y el aumento de su vida útil. Aparte de las pruebas experimentales realizadas (eléctrica, térmica y mecánica), se modelizarón los modelos para comprobar su comportamiento a diversos regímenes (Matlab-Simulink), comprobándose asimismo, su respuesta magnética delante cambios en el número de chapas, forma, curvatura o material de las forman, mediante el programa de elementos finitos FEMM.Estas características hacen que estos motores sean presumiblemente adecuados para accionamientos en los que se requiera disponer de un elevado número de arranques y paradas por hora (regímenes fuertemente transitorios), siendo su principal inconveniente el elevado coste del utillaje empleado en la configuración de las chapas del rotor, por lo que su construcción debería pasar por grandes series de fabricación. Actualmente existen innumerables accionamientos de las características mencionadas siendo por tanto muy amplio su mercado. / The object of this work was obtaining a motor with a high starting torque but with limited currents, with current variations depending on the charge practically unappreciated, although with void loses held, with an acceptable efficiency in static speed and with good response in transient periods.To reach these objectives, first of all, a rotor composed by magnetic sheets distributed in radial disposition around the shaft was built. These sheets cover the entire cylindrical exterior shaft's surface. Since the sheets' density is constant, in order to eliminate free space that would result of increasing the radial distance, the sheets have been enrolled above the others, as if the rotor would be formed by a group of spiral sheets.With this configuration, it was pretended that magnetic fields generated in the stator remain in the rotor's periphery, inducing peripherical emfs and currents all sheets long, active only in the periphery. These peripherical currents dispose more section to circulate, if we compare them with a usual squirrel cage motor, generating some antagonistic torques that permit the rotor's rotation.Concretely, four stators (1000 rpm, 1500 rpm type A, 1500 rpm and 3000 rpm)having the same constructive parameters, have been tested with the following rotors: squirrel cage, solid rotor, solid rotor with diamagnetic rings and drag cup. All these results have been compared to those obtained with eleven variants of spiral sheet rotor. It has been proved that it is possible to considerably reduce the starting currents, and therefore reducing the maintenance and extending the life of motors, without any negative consequence on the starting torque.