La tesi proposa una sèrie d'algoritmes destinats a obtenir informació del contingut d'electrons lliures presents a la ionosfera. El tipus de dades que s'utilitzaran seran bàsicament les corresponents a receptors de dades del sistema de posicionament global GPS. En aquest context, la tesi proposa dos aproximacions al problema:1. L'ús de dades de receptors de terra GPS combinades amb dades de ionosondes (que permeten obtenir perfils verticals del contingut d'electrons lliures de la ionosfera). Els receptors GPS donen una mesura del contingut total d'electrons en la línia de visió (i.e. integral de la densitat electrònica a través de la línia de visió o Contingut Total Electrònic Oblicu). Ara bé, el problema de les dades GPS de receptors de terra radica en el fet que són observacions bàsicament verticals i això provoca correlacions entre cel·les situades a la mateixa vertical, per tant no es possible descomposar aquesta integral de la densitat electrònica en les distintes parts que la formen. Per tant és necessari introduir un tipus de data addicional que pugui ajudar a desfer aquestes correlacions. Diversos autors proposen l'ús de models físics o dades complementaries a les dades de receptors GPS de terra, per exemple amb dades de receptors GPS embarcats en satèl·lits d'òrbita baixa (Low Earth Orbiters o LEO), associades a línies de visió horitzontal. En aquest treball es proposa l'ús de perfils verticals de densitat electrònica obtinguts a partir de dades de ionosonda. Els resultats obtinguts en aquest treball mostren que és possible expandir en longitud/latitud la resolució vertical que ofereixen els perfils verticals obtinguts a partir de ionosondes, amb discrepàncies similars a altres tècniques de sondeig ionosfèric.2. Nova implementació de l'algoritme d'inversió d'Abel. La inversió d'Abel és una eina que permet obtenir perfils verticals de densitat electrònica a partir de dades GPS de receptors embarcats en LEOs. Per que sigui aplicable, aquesta tècnica pressuposa dues hipòtesis. La primera és que la densitat electrònica depèn només de l'altura (hipòtesis de simetria esfèrica), el qual implica una clara limitació, especialment en zones on la variabilitat horitzontal de la densitat electrònica és alta (per exemple en zones properes a l'anomalia equatorial o durant tempestes ionosfèriques). La segona és assumir que el contingut electrònic per sobre del LEO és negligible, el qual és menys cert a mesura que el LEO té una òrbita més baixa (com és el cas del satèl·lit CHAMP, el qual té una òrbita propera al màxim d'electrons lliures de la ionosfera). L'algoritme proposat en aquesta tesi proposa un apropament que permet la superació de la hipòtesi de simetria esfèrica mitjançant l'ús de dades ionosfèriques que descriuen la variabilitat horitzontal de la densitat electrònica. Per tal de tenir en compte el contingut electrònic per sobre del LEO, s'introdueix una variable extra a l'algoritme, permetent així la seva estimació. Per validar la tècnica, s'han processat distints conjunts de dades corresponents a distints LEOs i èpoques. Les comparacions amb ionosondes confirmen una millora superior al 30% respecte a la clàssica aproximació que assumeix simetria esfèrica.

Los servicios y aplicaciones ofrecidos en Internet demandan, con mayor frecuencia, un determinado nivel de servicio para su correcto funcionamiento. Esto supone el desarrollo de mecanismos que permitan ofrecer calidad de servicio diferenciada entre extremos distantes de la red. En una red con estas características el coste debido al uso de este servicio diferenciado es mayor que el de utilizar el modo tradicional de transferencia best-effort. Ello obliga a los usuarios a realizar un uso responsable de los recursos reservados. Por tanto, será crucial reservar sólo aquellos recursos estrictamente necesarios para lograr un mínimo coste.En este trabajo de Tesis Doctoral, se aborda el problema de minimizar los recursos reservados para una transmisión de un flujo semi-elástico. Este tipo de flujo se caracteriza por necesitar la reserva de más o menos recursos en función del estado de la red, por lo que se plantea el diseño de un sistema cliente-servidor capaz de realizar de forma automática las reservas estrictamente necesarias. Para ello, se propone un mecanismo de control de la ocupación de la memoria del cliente que permite determinar los periodos en que es necesario utilizar un modo de transferencia best-effort (aquellos en los que la ocupación garantiza la disponibilidad de datos en recepción), y los periodos en que se necesita un modo de transferencia con reserva de recursos para garantizar el llenado de dicha memoria. Del análisis de este mecanismo, se deducen expresiones para el coste de transmisión en función de los diversos parámetros que afectan a la ocupación de la memoria del cliente. De estos parámetros destaca especialmente la tasa de llegada de datos, que depende del estado de la red, y el umbral máximo de ocupación que indica cuándo se puede transmitir en modo best-effort. Gracias al correcto dimensionado de este umbral máximo, el cliente es capaz de minimizar los recursos reservados de la red. Para calcular este umbral, uno de los problemas que se plantea es la necesidad de una estimación inicial de la tasa de llegada de datos en modo best-effort. Para ello, se propone el uso de un umbral inicial que permita pasar a modo best-effort y realizar así, la estimación de esta tasa. Por otra parte, se propone también el uso de un mecanismo que mejora la minimización del coste de transmisión cuando la variabilidad de la tasa de llegada de paquetes en modo best-effort es grande, sin incrementar desmesuradamente la cantidad de señalización asociada necesaria.Finalmente, se propone un mecanismo para dar servicio de forma simultánea a varios clientes. Concretamente, se estudia mediante simulación un caso homogéneo, donde todos los clientes presentan los mismos requisitos. El esquema propuesto permite dar servicio simultáneo a un número determinado de clientes reservando recursos, mientras que el resto se sirve en modo best-effort. Del estudio se determina la existencia de un valor óptimo para el número de clientes a los que se da servicio en modo de reserva de recursos, que minimiza la señalización extra necesaria para gestionar el servicio.Asimismo, como complemento adicional para realizar este trabajo, se ha desarrollado una implementación del sistema cliente servidor de flujos semi-elásticos en el simulador ns-2, y además otra implementación real en lenguaje C sobre sistema Linux. / Internet services and applications are increasingly demanding appropriate levels of service for their adequate operation. That supposes the development of new mechanisms to allow end-to-end differentiated quality of service. In these networks, the cost of using this differentiated service is consequently higher than the employment of the well-known best-effort delivery mode, which requires users to make a responsible use of the reserved resources. Therefore, it is essential to reserve only those resources strictly necessary to achieve the minimum cost.This Thesis work deals with the problem of minimizing reserved resources in a semi-elastic flow transmission. This type of flow is characterized for requiring the reservation of more or less resources depending on network conditions, and for this reason, it is considered the design of a client-server system to reserve automatically the required demanded resources. Hence, it is proposed a method to control the client memory occupancy that determines when it is necessary to use a best-effort delivery mode (those periods when occupancy guarantees data availability in the client side), and when to use a resource reservation delivery mode to guarantee enough data entering into the client memory. From the analysis of this method, it is deduced the transmission cost, which depends on several parameters directly involved with client memory occupancy. Among these parameters, the delivery data rate and the maximum occupancy threshold, that indicates when it is possible to send data using best-effort mode, are the most significant ones. Thanks to the correct dimensioning of this maximum threshold, the client is able to minimize reserved network resources. To calculate this threshold, it is necessary to acquire an initial estimate for the best-effort delivery rate. To achieve this, it is proposed the use of an initial threshold to force a change to best-effort mode to obtain this estimate. In addition, it is proposed the use of a mechanism to improve the minimization cost for high delivery rate variability, without excessively increasing the signalling associated to the switching of transmission modes.Finally, it is proposed a method to serve simultaneously various clients. A homogeneous case is studied by simulation, in which all clients have the same requirements. This method allows a particular number of clients to be served by reserving resources, while the rest use best-effort mode. From this study, it is determined the existence of an optimum value for the number of simultaneous clients to be served by using resource reservation, that minimizes extra signalling to manage this service.Furthermore, as an aid to complement this research work, it has been developed an implementation of a client-server system for semi-elastic flows using ns-2, and additionally, a real implementation using C programming language in a Linux system.

This PhD thesis introduces basic concepts of smart chemical sensors design, which are afterwards applied to a particular application: the analysis of natural gas. The thesis addresses thus two sets of objective, a first set of objectives related to the conceptual design of a smart chemical sensor using smart sensor standards: - The design of an optimal smart chemical sensor architecture - The novel combination in a working prototype of the highly complementary smart sensor standards IEEE-1451 and BS-7986 A second set of objectives is directly related to the selected application. Natural gas quality control. Natural gas is an energy source of major importance in the world energy supply, its quality control is increasingly important due to its origin-dependent properties and the progressive liberalization of the energy market. The objectives related to this application are: - To solve the natural gas quality analysis problem by using a lower cost approach taking advantage of MEMS technology, smart sensor features, and embedded intelligent signal processing. - To select suitable sensing technologies and associated signal processing. An overall goal addressed by the PhD Thesis is in the end the reporting of a working smart sensor prototype implementing all the smart sensor features, MEMS based natural gas analysis and advanced signal processing as a demonstration of a novel low-cost and high speed natural gas analyzer. The thesis covers this research along 7 chapters, introducing the concepts and application in chapters 1 and 2, the objectives in chapter 3, the simulation of a proposed MEMS sensor approach in chapter 4, the description of the advanced signal processing approach adopted in chapter 5, the description of the electronics and engineering of the smart natural gas analyzer prototype in chapter 6, and finally the conclusions of the work in chapter 7. / La tesis introduce conceptos básicos sobre el diseño de sensores químicos inteligentes, en particular presenta los estándares propuestos IEEE-1451 y BS-7986, y elabora una propuesta para el diseño óptimo de dichos sensores químicos inteligentes. Se implementa la propuesta de diseño para una aplicación concreta, el análisis de gas natural. Además de la aplicación de los conceptos sobre sensores químicos inteligentes se pretende además diseñar un analizador compacto, rápido y de bajo coste, para ello se estudia el uso de un microsensor termoeéctrico como sensor principal del analizador. Una vez probada su viabilidad se implementan ambos conceptos (sensores inteligentes y microsensor termoeléctrico) en un prototipo funcional validado en laboratorio. Como resultado se obtiene una propuesta para el diseño de sensores químicos inteligentes basada en estándares, y por otro lado se presenta un nuevo analizador de gas natural, más rápido y compacto que los existentes. Los resultados obtenidos originan diversas publicaciones en revistas así como dos patentes de método y sistema.

The present thesis entitled “Construction of versatile biomolecule nano-platforms via Dip-pen Nanolithography and their application in bio-sensing and cell differentiation” aims at contributing to the field of Nanobiotechnology, best defined as miniaturized biotechnology where nanofabrication technology is used for biological purposes. To this end, this research work employs the relatively novel nanofabrication technique called Dip-pen Nanolithography (DPN) for direct patterning of biologically relevant molecules at the micro- and nanoscale, both for biosensor applications and cell differentiation studies. - The first chapter deals with the challenges encountered when working with Dip-pen Nanolithography and so called multi-pens. In order to facilitate the levelling of the tips with respect to the substrate and also to obtain a constant feedback of the force exerted from the tips to the substrate, a device was developed and fabricated together with a collaboration. The resulting piezoresistive device could be implemented successfully and was used to pattern two different molecules on gold substrates. An improved sensitivity at detecting the touching point could be shown when compared to conventional tips. - The second chapter deals with the miniaturization of an already in-house developed biosensor platform. Therefore, several different approaches were evaluated for the DPN patterning of oligonucleotides on gold or chemically modified glass in order to ensure a covalent attachment. The most successful strategy was the click chemistry route, where an azide bearing oligonucleotide was coupled to an alkyne bearing glass substrate, using a copper catalyst (1,3-dipolar cycloaddition) yielding an triazole. This way, a sensor platform could be established and the sensitivity could be assessed. - The third chapter deals with the development and fabrication of DPN patterned substrates for cell differentiation experiments. A biotin-thiol was chosen for patterning because it allows derivatization with streptavidin and any type of biotinylated molecule. The patterning was accomplished, using a lipid as a carrier molecule. This way, the feature size of the pattern was around 5 µm and the overall pattern area was bigger than 1 mm². The substrates were applied successfully in cell differentiation experiments, having a biotinylated BMP-2 immobilized on the substrates. / La presente tesis titulada "Construcción de nanoplataformas biomoleculares versátiles vía Nanolitografía Dip-pen y su aplicación en bio-sensing y diferenciación celular" pretende contribuir al campo de la nanobiotecnología, definida como la biotecnología en miniatura donde se utiliza la tecnología de nanofabricación con fines biológicos. Con este objectivo, este trabajo de investigación emplea la relativamente novedosa técnica de nanofabricación llamada Dip-Pen Nanolitografía (DPN) para obtener un patrón de moléculas biológicamente relevantes a micro y nanoescala, tanto para aplicaciones de biosensores como para los estudios de diferenciación celular. - El primer capítulo trata de los desafíos encontrados al trabajar con Dip-Pen Nanolitografía y los llamados multi-pens. Con el fin de facilitar la nivelación de la punta con respecto al sustrato y obtener un control constante de la fuerza ejercida desde las puntas al sustrato, se desarrolló y fabricó un dispositivo. El dispositivo piezo-resistivo resultante se pudo aplicar con éxito y se utilizó para la fabricación de patrones de dos moléculas diferentes en sustratos de oro. Se obtuvo una mejora de la sensiblidad en la detección del punto de contacto en comparación con puntas convencionales - El segundo capítulo trata de la miniaturización de una plataforma biosensora que ya se había desarollado previamente en el laboratorio. Se evaluaron varios métodos diferentes para la fabricación de un patrón de oligonucleótidos mediante DPN sobre oro o sobre vidrio modificado químicamente con el fin de asegurar una unión covalente. La estrategia más exitosa resultó ser la ruta de química click, donde un oligonucleótido con un grupo azida se acopla a un sustrato de vidrio que presenta un grupo alquino, utilizando un catalizador de cobre (cicloadición 1,3-dipolar) y produciendo un triazol. De esta manera, se pudo establecer una plataforma sensora y se pudo evaluar su sensibilidad - El tercer capítulo trata del desarrollo y la fabricación sustratos con patrón mediante DPN para experimentos de diferenciación celular. Una molécula de biotina-tiol fue elegida como patrón, ya que permite la derivatización con estreptavidina y, en un segundo paso, cualquier tipo de molécula de biotina. El patrón se llevó a cabo usando un lípido como molécula para facilitar el transporte de la tinta. De esta manera, el tamaño de la característica del patrón fue de alrededor de 5 micras y el área de patrón general más grande que 1 mm ². Los sustratos se aplicaron con éxito en experimentos de diferenciación celular, usando la proteína BMP-2 biotinilada inmovilizada sobre los sustratos.

This thesis is mainly devoted to the investigation of speed control methods for three phase cage induction motors with particular emphasis being given to Direct Torque Control (DTC) improved techniques.Classical Direct Torque Control has inherent disadvantages such as: problems during starting resulting from the null states, the compulsory requirement of torque and flux estimators, and torque ripple. In the classical DTC induction motor drive a voltage vector is applied for the entire period, and this causes the stator current and electromagnetic torque exceeds its reference value early during the cycle, causing a high torque ripple. Switching cycles then follows this, in which the zero switching vectors are applied in order to reduce the electromagnetic torque to reference value. This thesis suggests a technique based on applying to the inverter the selected active states just enough time to achieve the torque and flux references values. The rest of the switching period a null state is selected which won't almost change both the torque and the flux. Therefore, a duty ratio has to be determined each switching time. By means of varying the duty ratio between its extreme values (0 up to 1) it is possible to apply any voltage to the motor. The optimum duty ratio per sampling period is a non-linear function of the electromagnetic torque error, the stator flux position and the working point, which is determined by the motor speed and the electromagnetic torque. It is obvious that it is extremely difficult to model such an expression since it is a different non-linear function per working point. Therefore, this thesis is focused on performing a fuzzy-logic-based duty-ratio controller, where the optimum duty ratio is determined every switching period. Additionally, this Fuzzy Controller is adaptive and may be applied to any induction motor.A stator flux reference optimum controller is also designed, which not only helps to achieve a smaller torque ripple, but also reduces the reactive power consumption of the drive taken from the main supply. This is achieved by changing the stator flux reference value with reference being made to the correspondent torque reference value. Therefore, the stator flux reference value chosen is to be just of sufficient value to produce the desired torque Simulated results are shown in order to compare the classical DTC and the Fuzzy Logic based DTC.The control algorithms have been implemented on a PC/DSP based board that facilitates the use of parallelism in software design. A 1.5kW, three-phase induction motor drive has been designed and experimental data obtained from it in order to verify the results achieved by simulation.

Hot-wire chemical vapour deposition (HWCVD) is a promising technique that permits polycrystalline silicon films with grain size of nanometers to be obtained at high deposition rates and low substrate temperatures. This material is expected to have better electronic properties than the commonly used amorphous hydrogenated silicon (a-Si:H).In this work, thin-film transistors (TFTs) were fabricated using nanocrystalline hydrogenated silicon film (nc-Si:H), deposited by HWCVD over thermally oxidized silicon wafer. The employed substrate temperature during the deposition process permits inexpensive materials as glasses or plastics to be used for various applications in large-area electronics. The deposition rate was about one order of magnitude higher than in other conventionally employed techniques. The deposited nc-Si:H films show good uniformity and reproducibility. The films consist of vertically grown columnar grains surrounded by amorphous phase. The columnar grains are thinner at the bottom (near the oxide interface) and thicker at the top of the film. Chromium layer was evaporated over the nc-Si:H in order to form drain and source contacts. Using photolithography techniques, two types of samples were fabricated. The first type (simplified) was with the chromium contacts directly deposited over the intrinsic nc-Si:H layer. No dry etching was involved in the fabrication process of this sample. The transistors on the wafer were not electrically separated from each other. Doped n+ layer was incorporated at the drain and source contacts in the second type of samples (complete samples). Dry etching was employed to eliminate the nc-Si:H between the TFTs and to isolate them electrically from each other.The electrical characteristics of both types of nc-Si:H TFTs were similar to a-Si:H based TFTs. Nevertheless, some significant differences were observed in the characteristics of the two types of samples. The increasing of the off-current in the simplified structure was eliminated by the n+ layer in the second type of samples. This led to the improving of the on/off ratio. The n+ layer also eliminated current crowding of the output characteristics. On the other hand, the subthreshold slope, the threshold voltage and the density of states were slightly deteriorated in the samples with incorporated n+ layer. Surface states created by the dry etching could be a possible reason. Other cause could be a bad quality of the nc-Si:H/SiO2 interface. The TFTs with incorporated n+ contact layer and electrically separated on the wafer were used in the further studies of stability and device modelling.The nc-Si:H TFTs were submitted under prolonged positive and negative gate bias stress in order to study their stability. We studied the influence of the stressing time and voltage on the transfer characteristics, threshold voltage, activation energy and density of states. The threshold voltage increased under positive gate bias stress and decreased under negative gate bias stress. After both positive and negative stresses, the threshold voltage recovered its initial values without annealing. This behaviour indicated that temporary charge trapping in the channel/gate insulator interface is the responsible process for the device performance under stress. Measurements of space-charge limited current confirmed that bulk states were not affected by the positive nor by negative stress.Analysis of the activation energy and the density of states gave more detailed information about the physical processes taking place during the stress. Typical drawback of the nc-Si:H films grown by HWCVD with tungsten (W) filament is the bad quality of the bottom, initially grown, interfacial layer. It is normally amorphous and porous. We assume that this property of the nc-Si:H film is determining for charge trapping and the consecutive temporary changes of the TFT's characteristics. On the other hand, the absence of defect-state creation during the gate bias stress demonstrates that the nc-Si:H films did not suffer degradation under the applied stress conditions. The electrical characteristics and the operational regimes of the nc-Si:H TFTs were studied in details in order to obtain the best possible fit using the Spice models for a-Si:H and poly-Si TFTs existing until now. The analysis of the transconductance gm showed behaviour typical for a-Si:H TFTs at low gate voltages. In contrast, at high gate voltages unexpected increasing of gm was observed, as in poly-Si TFTs. Therefore, it was impossible to fit the transfer and output characteristics with the a-Si:H TFT model neither with poly-Si TFT model.We performed numerical simulations using the Silvaco's Atlas simulator of semiconductor devices in order to understand the physical parameters, responsible for the device behaviour. The simulations showed that the reason for this behaviour is the density of acceptor-like states, which situates the properties of nc-Si:H TFTs between the amorphous and the polycrystalline transistors. Taking into account this result, we performed analysis of the concentrations of the free and the trapped carriers in nc-Si:H layer. It was found that nc-Si:H operates in transitional regime between above-threshold and crystalline-like regimes. This transitional regime was predicted earlier, but not experimentally observed until now. Finally, we introduced new equations and three new parameters into the existing a-Si TFTs model in order to account for the transitional regime. The new proposed model permits the shapes of the transconductance, the transfer and the output characteristics to be modelled accurately.

Many methods for EMI suppression have been developed in the last fifty years, most of them, showing a hardly change in its implementation. Traditional tools for EMI suppression are related to the use of filters, shielding techniques and new methods for layout improvement. These hardware techniques are normally supported with waveform shapes having themselves a lower spectral content. This kind of signals makes part of a different concept of EMI suppression that consists of limiting the spectral content in the signal itself. When possible, just waveforms with a lower spectral content should be used, this way making easier, simpler and cheaper the use of filters and other suppression means. In this line, EMI-reduction techniques such a Spread Spectrum Clock Generation (SSCG) are contributing to eliminate or limit the problem at the root, that is, at the signal itself.This thesis is developed in several parts, corresponding to different chapters. A summary of these chapters is presented onwards:After introduction in chapter 1, a wide theoretical development of the modulation and related concepts are presented in chapter 2. It is explained generically all aspects related to the modulation and particularly, to the frequency modulation. Main parameters of frequency modulation are presented and explained in detail and how practical considerations may affect to the theoretical behaviour of these parameters. Because the theoretical part of this thesis is completely based on the fundamentals of Fourier Transform, a sufficient explanation was thought to include for its right understanding . Finally, all this knowledge is summarized in a computational algorithm (MATLAB environment), capable of generating any frequency modulation of a sinusoidal carrier and the corresponding spectral components resulting from the modulation process.Chapter 3 takes profit of the results obtained in Chapter 2 where it is possible to obtain the theoretical behaviour of the different modulation profiles of interest: sinusoidal, triangular, exponential and mixed waveforms. This way, chapter 3 is intended to completely understand and analyze the theoretical behaviour of these modulation profiles and be quantified according to several significant measure parameters. Afterwards, a comparison of these modulation profiles is carried out by means of the measure parameters defined previously. A proposal of control for a real power converter and theoretical considerations to apply a certain SSCG method to switching power converters are also included in this chapter. After all aspects of frequency modulation by means of SSCG methods have been theoretically developed, it is mandatory the verification of the theoretical conclusions through an experimental test plant. Chapter 4 starts with the description, theoretical calculation and physical implementation of this test plant. Most practical considerations are here dealt with, like the influence of the Spectrum Analyzer's Resolution Bandwidth (RBW) on the measured EMI, a proposal of a practical method to select a valuable SSCG technique applied to Switching Power Converters, comparative measurements of conducted EMI within the range of conducted emissions (0 Hz 30 MHz) and a proposal about SSCG as a method to avoid interfering a certain signal.Chapter 5 summarizes the whole conclusions gathered through the previous chapters and, finally, chapter 6 lists references related to the thesis, separated into different thematic groups.

En la dècada actual, l'augment del consum energètic dels circuits integrats està tenint un impacte cada vegada més important en el disseny electrònic. Segons l'informe de la Semiconductor Industry Association de l'any 1997, es preveu que aquest impacte serà encara major en la propera dècada. En la bibliografia existeixen diversos treballs on es relaciona un consumo energètic elevat amb la degradació de les prestacions i la fiabilitat del xip. Per aquesta raó, el consum energètic ha estat incorporat com a un altre paràmetre a tenir en compte en el disseny dels circuits integrats. Es coneix com a energia de transició l'energia consumida per un circuit combinacional CMOS quan es produeix un canvi en les seves entrades. Una energia de transició excessivament elevada pot afectar a la fiabilitat del xip a través dels anomenats hot spots, i de l'electromigració. Altres efectes com el ground bouncing i la signal integrity degradation poden repercutir en les prestacions del circuit. La minimització de les degradacions esmentades anteriorment requereixen de la caracterització de l'energia de transició màxima durant la fase de disseny. A tal efecte, en aquesta tesi es proposen dues metodologies que permeten l'estimació de l'energia de transició màxima en circuits combinacionals CMOS. Donat que l'estimació del nivell màxim exacte es inviable en circuits a partir de mides mitjanes, es proposa el càlcul de dues cotes, una d'inferior i una altra de superior, que delimiten un interval de localització de l'esmentat nivell màxim. La tesi està estructurada en els següents capítols. En el capítol 1 es fa una introducció al tema investigat en aquesta tesi i es presenten els treballs existents que el tracten. En el capítol 2 s'introdueixen els models d'estimació de l'energia de transició emprats més habitualment a nivell lògic, que és el nivell de disseny considerat en aquesta tesi. Aquests models assumeixen que l'únic mecanisme de consum és la commutació de les capacitats paràsites del circuit. En els capítols 3 i 4 es tracta l'estimació de l'energia de transició màxima. Aquesta estimació es realitza a partir del càlcul de dues cotes properes, una superior i una altre inferior, a aquesta energia màxima. En el capítol 5 es presenta l'anàlisi del comportament de l'activitat ponderada front als models de retard estàtics. Finalment, en el capítol 6 s'aborden les conclusions generals de la tesis i el treball futur. / El consumo energético de los circuitos integrados es un factor cuyo impacto en el diseño electrónico ha crecido significativamente en la década actual. Según el informe de la Semiconductor Industry Association del año 1997, se prevé que este impacto será aún mayor en la próxima década. En la bibliografía existen diversos trabajos donde se relaciona un consumo energético elevado con la degradación de las prestaciones y la fiabilidad del chip. Por esta razón, el consumo energético ha sido incorporado como otro parámetro a tener en cuenta en el diseño de los circuitos integrados. Se conoce como energía de transición la energía consumida por un circuito combinacional CMOS cuando se produce un cambio en las entradas del mismo. Una energía de transición excesivamente elevada puede afectar a la fiabilidad del chip a través de los hot spots, de la electromigración. Otros efectos como el ground bouncing y la signal integrity degradation pueden repercutir en las prestaciones del circuito. La minimización de las degradaciones mencionadas anteriormente requiere de la caracterización de la energía de transición máxima durante la fase de diseño. A este efecto, se propone en esta tesis dos metodologías que permiten la estimación de la energía de transición máxima en circuitos combinacionales CMOS. Dado que la estimación del nivel máximo exacto es inviable en circuitos a partir de tamaños medios, se propone el cálculo de dos cotas, una de inferior y otra de superior, que delimiten un intervalo de localización de dicho nivel máximo. La tesis está estructurada en los siguientes capítulos. En el capítulo 1 se presenta una introducción al tema investigado en esta tesis y se resumen los trabajos existentes más importantes. En el capítulo 2 se introducen los modelos de estimación de la energía de transición más comúnmente utilizados a nivel lógico, que es el nivel de diseño considerado en esta tesis. Estos modelos asumen que el único mecanismo de consumo es la conmutación de las capacidades parásitas del circuito. En los capítulos 3 y 4 se aborda la estimación de la energía de transición máxima. Esta estimación se realiza a partir del cálculo de dos cotas cercanas, una superior y una inferior, a esta energía máxima. En el capítulo 5 se presenta el análisis del comportamiento de la actividad ponderada frente a los modelos de retardo estáticos. Finalmente, en el capítulo 6 se presentan las conclusiones generales de la tesis y el trabajo futuro. / The importance of the energy consumption on the design of electronic circuits has increased significantly during the last decade. According to the report of the Semiconductor Industry Association, of 1997, the impact in the next decade will be even greater. In the bibliography several works exist relating to the high energy consumption with the degradation of the reliability and performance of the xip. For this reason, the energy consumption has been included as another parameter to take into account during the design of integrated circuits. It is known as transition energy, the energy consumed by a CMOS combinational circuit when its inputs change their value. Excessively high transition energy may affect the reliability of the chip through the generation of hot spots and electromigration. Other effects such as ground bouncing and signal integrity degradation may reduce the performance of the circuit. In order to minimize the previously detected bad effects it is useful to characterize the maximum transition energy, during the design phase. To this objective, this thesis presents two methodologies that allow for the estimation of the maximum transition energy in CMOS combinational circuits. Given that the estimation of the maximum level is only attainable for medium size circuits, it is proposed the calculation of bounds (higher and lower) delimiting the interval where the maximum level is located. The thesis is divided into the following chapters. In chapter 1 an introduction to the topic and a review of the previous works related to this research domain is given. In chapter 2 the models most extended for the estimation of the transition energy are presented. These models are mainly used at logic level which is the level assumed in this thesis. They assume that the switching of the parasitic capacitances is the only mechanism producing energy consumption. In chapters 3 and 4 the estimation of the maximum transition energy is considered. This estimation is made from the calculation of an upper and lower bound to this maximum transition energy. In chapter 5 the analysis of the switching activity is made for different static delay models. Finally, in chapter 6 the general conclusions of the thesis and future work are discussed.

The present work focuses on the exploration of the conformational space of biological active peptides in different conditions with the aim of characterizing their conformational profile. Different techniques have been used within the molecular mechanics framework. A first hurdle is encountered in the exploration as the exhaustiveness of the exploration and the definition of a criterion for stopping the procedure were not well defined at the beginning of the present work. A solution to this problem is presented in the second chapter for the iterative simulated annealing.Determining the bioactive conformation is a requirement for the design of peptidomimetics in computer-aided drug design. The bioactive conformation can be simplified by the moieties that are known to interact with the receptor and the relative distances between these moieties, and this schematic entity is termed pharmacophore. The pharmacophore can be used to screen three-dimensional databases of molecules for the search of peptidomimetics. The compounds obtained in the search can be subsequently tested for activity and a new group of lead compounds can be thus identified. In chapter 3 an example of this procedure is described with the aim of obtaining a new group of bradykinin antagonists.Peptides have been traditionally considered as flexible molecules especially in polar solvents like water. This flexibility is difficult to measure by experimental techniques and as a consequence peptides have been regarded as molecules lacking of structure under such conditions. On the other hand, biological active peptides are known to interact with their receptors in a preferred conformation, often termed as the bioactive conformation. The most accepted hypothesis for explaining the interaction of peptides and their receptors is the induced fit. Thus, the peptide will exhibit in solution conformational motives that are part of the conformation adopted in the receptor. Subsequent to the binding of the peptide to the receptor, the conformation in solution will be modified in order to optimize the interaction of the peptide to the receptor. Therefore, a contradiction appears to exist between the need for certain degree of structure in the peptide prior to the receptor binding and the inherent lack of structure of peptides in solution. It has been argued in some instances that the binding of the peptide to the biological membrane is a prerequisite for the adoption of the bioactive conformation and the subsequent binding to the receptor. In chapters 4 and 5 this hypothesis will be criticized and an alternative hypothesis will be presented.Recently, it has been reported several instances were the folding of peptides has been simulated by means of long molecular dynamics trajectories. A problem arises when the wealth of conformations obtained has to be classified in terms of their respective degree of folding. In chapter 4 a novel methodology is described for the classification and grouping of the peptide structures based on the presence of structural motifs and the similarities among them. This methodology can prove very useful as it almost automated and it does not present any limitation regarding the size of the peptide or protein of study.In order to follow what are the problems arising when the size and the flexibility of peptides are increased, the sequence of chapters of the present study is presented with increasing size. Thus, in chapter 2 the conformational profile of 4-residue long farnesyltransferase inhibitors is studied by means of the iterative simulated annealing procedure. The first part of chapter 3 deals with a bradykinin antagonist, Hoe 140. Although Hoe 140 with 10 residues is larger than the 4-residue farnesyltransferase inhibitors, the conformational diversity of the peptide is only considered for the last 5 residues. This simplification of the peptide is carried out in order to compare the conformational profiles of Hoe 140 and the group of bradykinin analogs presented in the second part of the chapter: 5-residue long peptides containing 1-amino-2-phenylclyclopropanecarboxylic acid, a conformationally restricted residue. Finally, chapters 4 and 5 are dedicated to an 11-residue neuropeptide: substance P. The increase in size provoked a change in the methodology. Indeed, the conformational profile of the peptide has been studied by means of iterative simulated annealing and extensive molecular dynamics trajectories. This has permitted the comparison between both methodologies and to derive conclusions to the kind of information that can be obtained through these different methodologies for the exploration of the conformational space of peptides.The present work has been partially published through two papers:F.J Corcho, M. Filizola, J.J. Pérez. Evaluation of the iterative simulated annealing technique in conformational search of peptides. Chemical Physics Letters. 2000, 319: 65-70.F.J. Corcho, M. Filizola y J.J. Pérez. Assessment of the bioactive conformation of the farnesyltransferase protein binding recognition motif by computational methods.Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. 1999, 16(5): 1043-1052. / El present treball està dedicat a l'exploració de l'espai conformacional de pèptids biològicament actius, sota diferent condicions, amb l'objectiu de caracteritzar el seu perfil conformacional. S'han usat diferents tècniques dins del marc de la mecànica molecular. Un primer obstacle a l'inici d'aquest treball va ser la definició d'un criteri per mesurar com d'exhaustiu havia estat i quan s'havia d'aturar la cerca. Al segon capítol es presenta una solució a aquest problema per al recuit simulat iteratiu.La determinació de la conformació bioactiva és un requeriment per al disseny de peptidomimetics assistit per ordinador. La conformació bioactiva pot ser simplificada prenent els grups funcionals que se sap que interactuen amb el receptor i la distància relativa entre aquests grups. Aquesta entitat esquemàtica és anomenada farmacòfor. El farmacòfor pot ésser utilitzat per cribar bases de dades tridimensionals de molècules per a la cerca de peptidomimètics. A continuació, per als compostos obtinguts en la cerca es pot testar la seva activitat i identificar així un nou grup de caps de sèrie. Al capítol 3 es descriu un exemple d'aquest procediment que té com a objectiu l'obtenció d'un nou grup d'antagonistes de la bradiquinina.Els pèptids han sigut tradicionalment considerats molècules flexibles especialment en solvents polars com l'aigua. La flexibilitat és difícil de mesurar mitjançant tècniques experimentals i com a conseqüència els pèptids han sigut considerats molècules que no presentaven estructura sota aquestes condicions. Per una altra banda els pèptids biològicament actius se sap que interactuen amb els seus receptors a través d'una conformació preferida, sovint anomenada conformació bioactiva. La hipòtesi més acceptada per explicar la interacció dels pèptids i els seus receptors és l'ajustament induït o "induced fit". Així, el pèptid mostrarà en solució motius conformacionals que són part de la conformació adoptada al receptor. Posteriorment a la unió del pèptid al receptor, la conformació en solució serà modificada de manera que s'optimitzi la interacció del pèptid i el receptor. Per tant, sembla existir una contradicció entre la necessitat de que hi hagi un cert grau d'estructura en el pèptid prèviament a la unió al receptor i la manca d'estructura del pèptid en solució. En alguns casos s'ha argumentat que la unió del pèptid a la membrana biològica és un prerequisit per a l'adopció de la conformació bioactiva i la subsegüent unió al receptor. Als capítols 4 i 5 aquesta hipòtesi és criticada i es presenta una hipòtesi alternativa.Recentment, s'han presentat diferent exemples de plegament de pèptids que han sigut simulats mitjançant llargues trajectòries de dinàmica molecular. Sorgeix un problema quan la gran diversitat de conformacions obtingudes ha de ser classificada en termes del seu grau de plegament respectiu. Al capítol 4 es descriu una nova metodologia per a la classificació i l'agrupament d'estructures peptídiques basades en la presència de motius estructurals i les similituds entre elles. Aquesta metodologia pot resultar molt útil ja que és gairebé automàtica i no presenta cap tipus de limitació respecte al tamany del pèptid o la proteïna en estudi.Per tal de seguir els problemes que apareixen quan la mida i la flexibilitat dels pèptids s'incrementen, la seqüència dels capítols d'aquest estudi es presenta amb mida dels pèptids creixent. Així, al capítol 2 el perfil conformacional dels inhibidors de la farnesiltransferasa que tenen una llargària de 4 residus és estudiat mitjançant el procés de recuit simulat iteratiu. La primera part del capítol 3 tracta amb un antagonista de la bradiquinina, Hoe 140. Malgrat que Hoe 140 amb 10 residus és més gran que els inhibidors de la farnesiltransferasa, que tenen 4 residus, la diversitat conformacional del pèptid només s'ha considerat pels darrers 5 residus. Aquesta simplificació del pèptid es realitza per tal de comparar el perfils conformationals de Hoe 140 i d'un grup d'anàlegs de la bradiquinina, que es presenten a la segona part del capítol, de 5 residus de llargària i que contenen l'àcid 1-amino-2-fenilciclopropacarboxílic que és un residu conformacionalment restringit. Finalment, els capítols 4 i 5 estan dedicats a un neuropèptid d'onze residus: substància P. L'increment de la mida va provocar un canvi en la metodologia emprada. Així, el perfil conformacional del pèptid ha sigut estudiat mitjançant el recuit simulat iteratiu i mitjançant trajectòries extenses de dinàmica molecular. Això ha permès la comparació entre ambdues metodologies i l'extracció de conclusions sobre el tipus d'informació que pot obtenir-se a través de les diferents metodologies per a l'exploració de l'espai conformacional de pèptids.El present treball s'ha publicat parcialment a dos articles:F.J Corcho, M. Filizola, J.J. Pérez. Evaluation of the iterative simulated annealing technique in conformational search of peptides. Chemical Physics Letters. 2000, 319: 65-70.F.J. Corcho, M. Filizola y J.J. Pérez. Assessment of the bioactive conformation of the farnesyltransferase protein binding recognition motif by computational methods.Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. 1999, 16(5): 1043-1052. / de la Tesis DoctoralEl presente trabajo está dedicado a la exploración del espacio conformacional de pèptids biológicamente activos, bajo diferentes condiciones, i con el objetivo de caracterizar su perfil conformacional. Se han usado diferentes técnicas dentro del marco de la mecánica molecular. Un primer obstáculo al inicio de este trabajo fue la definición de un criterio para medir como de exhaustivo había sido y cuando se debía detener la búsqueda. En el segundo capítulo se presenta una solución a este problema para al recocido simulado iterativo.La determinación de la conformación bioactiva es un requerimiento para al diseño de peptidomiméticos asistido por ordenador. La conformación bioactiva puede ser simplificada tomando los grupos funcionales que se sabe que interactúan con el receptor y la distancia relativa entre estos grupos. Esta entidad esquemática es llamada farmacóforo. El farmacóforo puede ser utilizado para cribar bases de datos tridimensionales de moléculas para la búsqueda de peptidomiméticos. A continuación, para los compuestos obtenidos en la búsqueda se puede testar la actividad e identificar así un nuevo grupo de cabezas de serie. En el capítulo 3 se describe un ejemplo de este procedimiento que tiene como objetivo la obtención de un nuevo grupo de antagonistas de la bradiquinina.Los péptidos han sido tradicionalmente considerados moléculas flexibles especialmente en solventes polares como el agua. La flexibilidad es difícil de medir mediante técnicas experimentales y como consecuencia los péptidos han sido considerados moléculas que no presentaban estructura bajo estas condiciones. Por otra parte los péptidos biológicamente activos se sabe que interactúan con sus receptores a través de una conformación preferida, a menudo llamada conformación bioactiva. La hipótesis más aceptada para explicar la interacción de los péptidos y sus receptores es el ajuste inducido o "induced fit". Así, el péptid mostrará en solución motivos conformacionales que son parte de la conformación adoptada en el receptor. Posteriormente a la unión del péptido al receptor, la conformación en solución será modificada de manera que se optimice la interacción del péptido y el receptor. Por tanto, parece existir una contradicción entre la necesidad de que haya un cierto grado de estructura en el péptido previamente a la unión al receptor y la ausencia de estructura del péptido en solución. En algunos casos se ha argumentado que la unión del péptido a la membrana biológica es un prerrequisito para la adopción de la conformación bioactiva y la subsiguiente unión al receptor. En los capítulos 4 i 5 esta hipótesis es criticada y se presenta una hipótesis alternativa.Recientemente, se han presentado diferentes ejemplos de plegamiento de péptidos que han sido simulados mediante largas trayectorias de dinámica molecular. Surge un problema cuando la gran diversidad de conformaciones obtenidas ha de ser clasificada en términos de su grado de plegamiento respectivo. En el capítulo 4 se describe una nueva metodología para la clasificación y el agrupamiento de estructuras peptídicas basadas en la presencia de motivos estructurales y las similitudes entre ellas. Esta metodología puede resultar muy útil ya que está casi automatizada y no presenta ningún tipo de limitación respecto al tamaño del péptido o la proteína en estudio.Con el objetivo de seguir los problemas que aparecen cuando la medida y la flexibilidad de los péptidos se incrementan, la secuencia de los capítulos de este estudio se presenta con la medida de los péptidos creciente. Así, en el capítulo 2 el perfil conformacional de los inhibidores de la farnesiltransferasa que tienen una longitud de 4 residuos es estudiado mediante el proceso del recocido simulado iterativo. La primera parte del capítulo 3 trata con un antagonista de la bradiquinina, Hoe 140. Aunque Hoe 140 con 10 residuos es más grande que los inhibidores de la farnesiltransferasa, que tienen 4 residuos, la diversidad conformacional del péptido solo se ha considerado para los últimos 5 residuos. Esta simplificación del péptido se realiza por tal de comparar los perfiles conformationales de Hoe 140 y de un grupo de análogos de la bradiquinina, que se presentan en la segunda parte del capítulo, de 5 residuos de longitud y que contienen el ácido 1-amino-2-fenilciclopropacarboxílico que es un residuo conformacionalmente restringido. Finalmente, los capítulos 4 y 5 están dedicados a un neuropéptido de once residuos: sustancia P. El incremento de la medida provocó un cambio en la metodología utilizada. Así, el perfil conformacional del péptido ha sido estudiado mediante el recocido simulado iterativo y mediante trayectorias extensas de dinámica molecular. Esto ha permitido la comparación entre ambas metodologías y la extracción de conclusiones sobre el tipo de información que se puede obtener a través de las diferentes metodologías para la exploración del espacio conformacional de péptidos.El presente trabajo se ha publicado parcialmente en dos artículos:F.J Corcho, M. Filizola, J.J. Pérez. Evaluation of the iterative simulated annealing technique in conformational search of peptides. Chemical Physics Letters. 2000, 319: 65-70.F.J. Corcho, M. Filizola y J.J. Pérez. Assessment of the bioactive conformation of the farnesyltransferase protein binding recognition motif by computational methods.Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. 1999, 16(5): 1043-1052.

.Se desarrolla un Sistema de Gestión de la Inyección Secuencial de Combustible en el Colector de Admisión del motor de ciclo Otto, el cual basa su gestión en tres señales analógicas que definen: la composición de la mezcla aire combustible en el escape, las r.p.m y la posición de la mariposa de gases del motor. La señal utilizada para evaluar la composición de la mezcla aire combustible proviene de una sonda lambda proporcional (UEGO) instalada en el colector de escape justo antes del catalizador. Esta nueva gestión (a diferencia de las contemporáneas) no posee cartografías previamente grabadas, sino estrategias definidas en el software de control para gestionar el motor según su estado de funcionamiento detectado por el sistema.Descripción del Sistema.El sistema está compuesto por tres subsistemas, los cuales se definen como:" Subsistema de Adquisición de Datos." Subsistema de Procesamiento de Datos." Subsistema de Inyección Electrónica.Funcionamiento del Sistema." Generación de Pulsos de Inyección.El ordenador lee continuamente las señales de , r.p.m., par, contaminantes y posición de la mariposa de gases provenientes del motor a través de una tarjeta de adquisición de datos analógica/digital. Seguidamente, por medio de un algoritmo de aproximación instalado en el ordenador del sistema y a partir de una de consigna establecida (variable según el estado del motor) se genera: 1) valor expresado en milisegundos de duración de los pulsos de inyección y 2) valor expresado en grados del instante de la inyección; este último tomando como referencia el PMS en fase abierta, y cuya magnitud puede variar en +/- 180º a partir de esta referencia.Una vez definidos estos valores por el algoritmo de aproximación, son convenientemente codificados digitalmente y enviados a la tarjeta de escritura digital (también instalada en el ordenador); la cual envía estos valores expresados en tiempo hacia la unidad de inyección electrónica, que finalmente es la encargada de enviar estos pulsos de inyección hacia los inyectores del motor.El proceso descrito anteriormente se desarrolla de forma cíclica (retroalimentación continua) de manera que para cualquier estado de funcionamiento del motor se obtenga la composición de la mezcla deseada, en este caso la de consigna." Sincronización de la Inyección.El sistema de inyección instalado es del tipo multipunto secuencial, por lo que el sistema cuenta con un encoder absoluto y programable para garantizar una correcta sincronización de la inyección en cada cilindro.Cuando se genera el valor del pulso de inyección es necesario inyectarlo en el instante justo definido mediante el ángulo de inyección. Para ello se emplea un encoder absoluto programable en el árbol de levas, cuya salida binaria de 5 bits de precisión es convenientemente leída y comparada por el subsistema de inyección electrónica.El encoder genera 32 números por vuelta, de los cuales se definen aquellos que, vistos en una circunferencia, representen los cardinales cada 90º. La electrónica posee un circuito auxiliar capaz de leer y comparar estos números, de manera que cuando coincide con alguno de los cardinales señalados anteriormente activa el inyector correspondiente de acuerdo al orden de inyección, en este caso 1-3-4-2, y cuyo valor del pulso será aquel que el algoritmo de aproximación haya determinado. Durante el tiempo que el encoder genere el resto de los números la electrónica corta la inyección. " Determinación de la Posición de la Mariposa de Gases.El sistema mantiene el accionamiento mecánico de la mariposa, no obstante posee un potenciómetro instalado para informar al sistema de su posición y velocidad de abertura en todo momento. En función de la velocidad de abertura de la mariposa el sistema es capaz de detectar un estado transitorio del motor (positivo o negativo) y variar su estrategia de gestión del motor.Jerarquía de los Estados del Motor durante su Gestión.En estados estacionarios y transitorios de baja velocidad la señal de la sonda prevalece, para el sistema, sobre la señal de posición de la mariposa de gases en la gestión del motor. En estas condiciones, la gestión del motor está basada en la Estrategia de Gestión de Estacionarios del sistema.Mediante la información de la velocidad y magnitud de la abertura de la mariposa de gases, el sistema detecta un estado transitorio del motor, ya sea positivo o negativo. En este momento el sistema cambia hacia la Estrategia de Gestión de Transitorios. Durante este estado, la señal de la posición de la mariposa de gases prevalece sobre la señal de la sonda durante los primeros ciclos de ajuste del motor hacia la de consigna. Este número de ciclos estará en dependencia de la magnitud del transitorio.El resto de los parámetros (par, contaminantes, consumo específico de combustible y ángulo de inyección) se muestran en el ordenador para la evaluación visual del funcionamiento del motor.