Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2013-01-08T17:27:39Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AmplificadorRegistroPotenciais.pdf: 1573358 bytes, checksum: c63088be31befb563c0bd2c13bcb865f (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2013-01-16T15:29:40Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AmplificadorRegistroPotenciais.pdf: 1573358 bytes, checksum: c63088be31befb563c0bd2c13bcb865f (MD5) / Made available in DSpace on 2013-01-16T15:29:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AmplificadorRegistroPotenciais.pdf: 1573358 bytes, checksum: c63088be31befb563c0bd2c13bcb865f (MD5) Previous issue date: 2005 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Vários órgãos do corpo humano manifestam suas funções por meio de atividades elétricas. A medição desses e de outros biopotenciais pode fornecer indícios importantes que permitem o estudo do funcionamento real dos órgãos. Tais medições não constituem tarefa simples porque envolvem aquisição de dados de sinais cujas amplitudes podem ser na faixa entre 1 μV e 10 mV e também porque, no ambiente em que são feitos esses registros, estão presentes diversos tipos de sinais interferentes que causam degradação da relação sinal/ruído. Logo, o projeto do condicionador de biopotencial deve ser cercado de cuidados para que o circuito final reúna as melhores características de desempenho. Neste trabalho apresenta-se um estudo da origem dos biopotenciais, suas características, os circuitos utilizados para ganho e filtragem do sinal, além das interferências presentes nos sistemas de medições e alguns circuitos para redução desses sinais. É desenvolvido então, um condicionador para registro de biopotenciais corticais com blocos de filtragem e ganho do sinal em até 40 000. Os testes com o condicionador foram realizados registrando o potencial cortical provocado visual e o eletroencefalograma, e nos resultados experimentais é possível observar um desempenho satisfatório do equipamento. / Many organs in the human body manifest their functions through electric activities. Measurements of these and other biopotentials can provide vital clues that permits study as real functions of the organs. These measurements are not an easy task because envolves extremely low amplitudes data acquisition, between 1 μV and 10 mV, and also because these bioelectric recordings are often disturbed by an excessive level of interference presents, resulting in signal/noise degradation. Therefore, the biopotential amplifier project must be associated with precaution to final circuit can meet great characteristics in such signals measureming. This work shows a study about biopotentials origins, their characteristics, circuits used in signal amplifiering and filtering, interferences present in measurement systems and some circuits used to reduce such interferences. Thereafter, is developed a cortical biopotential amplifier with filtering and gain blocks. The tests with amplifier where realized by registering a visual evoked potential and the electroencephalogram. In the experimental results is possible to observe a satisfactory equipment performance.

Neste trabalho investiga-se, inicialmente, o comportamento de um amplificador klystron de múltiplas cavidades segundo uma análise a pequenos sinais linear considerando o efeito de carga espacial para, na seqüência, apresentar uma análise do dispositivo utilizando um modelo não-linear a grandes sinais. Na primeira investigação apresenta-se, a partir da teoria dos modos normais, expressões que descrevem o balanço de potência complexo em uma cavidade excitada por um feixe de elétrons. Na seqüência, utiliza-se um modelo linearizado a pequenos sinais para desenvolver uma expressão para a densidade de corrente de convecção ao longo do tubo de deriva acoplado a múltiplas cavidades reentrantes, em função do campo elétrico produzido nos gaps de interação das cavidades. Estas expressões formam a base para a determinação do ganho de voltagem e de ganho de potência de um amplificador klystron de múltiplas cavidades, além da determinação de uma expressão para a largura de banda, sob a hipótese de cavidades idênticas e igualmente espaçadas. O código desenvolvido é validado utilizando-se os parâmetros de um amplificador klystron de 4 cavidades, com corrente d.c. de 525 mA, voltagem d.c. de 6 kV e freqüência de 1,849 MHz, quando se obteve um ganho de 70 dB. Na análise a grandes sinais, o modelo matemático utiliza o formalismo lagrangiano para resolver a dinâmica das partículas, descritas conforme o modelo de discos com raio finito, em uma análise unidimensional, considerando os efeitos não-lineares devido aos campos de carga espacial. O código é validado usando os dados de um amplificador klystron comercial Varian. Dentre outros, os gráficos da velocidade e da densidade do feixe de elétrons, da corrente harmônica, do ganho por cavidade, da conversão AM/AM, da compressão de ganho e da energia do sistema são mostrados e discutidos. Além disso, apresentou-se também um método para a determinação da freqüência de ressonância 0 f , para o fator de qualidade Q e para a razão (R Q) em cavidades cilíndricas reentrantes, de relevância para o projeto de amplificadores klystron de múltiplas cavidades, utilizando a técnica do casamento de admitância do gap de interação entre a cavidade e o tubo de deriva. Um dos resultados mais significativos é o da corrente harmônica fundamental, que resultou 60% maior do que a corrente d.c. considerando um dispositivo com 4 cavidades. / This work investigates, initially, a klystron amplifier with multiple cavities using a small signal analysis considering the space charge effects for, in sequence, provide an analysis of the device using a model for large signals. In the first investigation is presented, from the normal modes theory according to J. Slater, expressions that describe the complex balance of power in a cavity excited by an electron beam. Subsequently, it uses a linearized model for small signals to develop an expression for the convection current density along the drift tube coupled to multiple reentrant cavities, depending on the electric field produced in the interaction gaps of the cavities. These expressions form the basis for determining the voltage gain and power gain of an amplifier klystron to multiple cavities, and determination of an expression for the bandwidth, under the hypothesis of identical and equally spaced cavities. The developed code is validated using the parameters of a klystron amplifier, four cavities, with dc current 525 mA, dc voltage of 6 kV, and frequency of 1.849 GHz, when it obtained a gain of 70 dB. In the large signal analysis, the mathematical model uses the lagrangian formalism to solve the dynamics of particles, described as the model disk with finite radius in a one-dimensional analysis, considering the nonlinear effects due to space charge fields. The code is validated using data from a commercial Varian klystron amplifier of 1.848 GHz. Among others, the graphs of velocity and density of the electron beam, the harmonic current, the gain per cavity, the conversion AM/AM compression gain and energy of the system are shown and discussed. Moreover, it is presented a method for determining the resonant frequency 0 f , for the quality factor Q and the (R Q) at reentrant cylindrical cavities, of relevance for the design of a klystron amplifier of multiple cavities, using the admittance matching technique in the gap of interaction between the cavity and drift tube. One of the more significant is the fundamental harmonic current, which resulted 60% higher than the dc current considering a device with four cavities.

Neste trabalho investiga-se, inicialmente, o comportamento de um amplificador klystron de múltiplas cavidades segundo uma análise a pequenos sinais linear considerando o efeito de carga espacial para, na seqüência, apresentar uma análise do dispositivo utilizando um modelo não-linear a grandes sinais. Na primeira investigação apresenta-se, a partir da teoria dos modos normais, expressões que descrevem o balanço de potência complexo em uma cavidade excitada por um feixe de elétrons. Na seqüência, utiliza-se um modelo linearizado a pequenos sinais para desenvolver uma expressão para a densidade de corrente de convecção ao longo do tubo de deriva acoplado a múltiplas cavidades reentrantes, em função do campo elétrico produzido nos gaps de interação das cavidades. Estas expressões formam a base para a determinação do ganho de voltagem e de ganho de potência de um amplificador klystron de múltiplas cavidades, além da determinação de uma expressão para a largura de banda, sob a hipótese de cavidades idênticas e igualmente espaçadas. O código desenvolvido é validado utilizando-se os parâmetros de um amplificador klystron de 4 cavidades, com corrente d.c. de 525 mA, voltagem d.c. de 6 kV e freqüência de 1,849 MHz, quando se obteve um ganho de 70 dB. Na análise a grandes sinais, o modelo matemático utiliza o formalismo lagrangiano para resolver a dinâmica das partículas, descritas conforme o modelo de discos com raio finito, em uma análise unidimensional, considerando os efeitos não-lineares devido aos campos de carga espacial. O código é validado usando os dados de um amplificador klystron comercial Varian. Dentre outros, os gráficos da velocidade e da densidade do feixe de elétrons, da corrente harmônica, do ganho por cavidade, da conversão AM/AM, da compressão de ganho e da energia do sistema são mostrados e discutidos. Além disso, apresentou-se também um método para a determinação da freqüência de ressonância 0 f , para o fator de qualidade Q e para a razão (R Q) em cavidades cilíndricas reentrantes, de relevância para o projeto de amplificadores klystron de múltiplas cavidades, utilizando a técnica do casamento de admitância do gap de interação entre a cavidade e o tubo de deriva. Um dos resultados mais significativos é o da corrente harmônica fundamental, que resultou 60% maior do que a corrente d.c. considerando um dispositivo com 4 cavidades. / This work investigates, initially, a klystron amplifier with multiple cavities using a small signal analysis considering the space charge effects for, in sequence, provide an analysis of the device using a model for large signals. In the first investigation is presented, from the normal modes theory according to J. Slater, expressions that describe the complex balance of power in a cavity excited by an electron beam. Subsequently, it uses a linearized model for small signals to develop an expression for the convection current density along the drift tube coupled to multiple reentrant cavities, depending on the electric field produced in the interaction gaps of the cavities. These expressions form the basis for determining the voltage gain and power gain of an amplifier klystron to multiple cavities, and determination of an expression for the bandwidth, under the hypothesis of identical and equally spaced cavities. The developed code is validated using the parameters of a klystron amplifier, four cavities, with dc current 525 mA, dc voltage of 6 kV, and frequency of 1.849 GHz, when it obtained a gain of 70 dB. In the large signal analysis, the mathematical model uses the lagrangian formalism to solve the dynamics of particles, described as the model disk with finite radius in a one-dimensional analysis, considering the nonlinear effects due to space charge fields. The code is validated using data from a commercial Varian klystron amplifier of 1.848 GHz. Among others, the graphs of velocity and density of the electron beam, the harmonic current, the gain per cavity, the conversion AM/AM compression gain and energy of the system are shown and discussed. Moreover, it is presented a method for determining the resonant frequency 0 f , for the quality factor Q and the (R Q) at reentrant cylindrical cavities, of relevance for the design of a klystron amplifier of multiple cavities, using the admittance matching technique in the gap of interaction between the cavity and drift tube. One of the more significant is the fundamental harmonic current, which resulted 60% higher than the dc current considering a device with four cavities.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FAUSTO_MIZUTANI_ENG.pdf: 975527 bytes, checksum: 1384f3ad6af75b99bf9eaa01b7a2fc3a (MD5) Previous issue date: 2006-08-29 / The performance of a distributed Raman amplifier at C and S bands using the TrueWave Reach LWP fiber in 100 km span is analyzed through numerical simulations. The physical parameters of the fiber, such as, attenuation, dispersion, and Raman gain efficiency for C and S bands were experimentally characterized by the manufacturer, the OFS Denmark. It is required around four pumping lasers to assure an on-off gain of approximately 15dB in 70nm (1500nm to 1570nm), covering operation in the C and S band. / O desempenho de uma amplificador Raman distribuído na banda C e S utilizando a fibra TrueWave Reach LWP em 100 km de enlace é analisado através de simulações numéricas. Os parâmetros físicos da fibra, como atenuação, dispersão, e eficiência de ganho Raman para bandas C e S foram caracterizados experimentalmente pelo fabricante, a OFS Denmark. Em torno de quatro lasers de bombeamento são necessários para garantir um ganho on-off da ordem de 15dB em 70nm (1500nm a 1570nm), cobrindo a operação na banda C e S.

[pt] O presente trabalho apresenta uma estrutura balanceada em quadratura para linearização de amplificadores de potência em RF e microondas. Várias técnicas de linearização têm sido utilizadas para reduzir a intermodulação. Alguns exemplos, tais como Feedback, Pre-distorsion e Feedforward, podem ser mencionados. A característica ímpar de nosso arranjo é que ele não precisa de ajustes, enquanto que os outros métodos precisam. A desvantagem de nosso arranjo é que ele reduz apenas os produtos de intermodulação de terceira ordem. Um trabalho prático foi conduzido, mostrando que nosso arranjo é capaz de reduzir o conteúdo de intermodulação de terceira ordem em até 17 dB. / [en] The present work introduces a quadrature balanced structure for linearization of RF and microwave amplifiers. Several linearization techniques have been used to reduce intermodulation products. Some examples such as Feedback, Pre-distorsion and Feedforward may be mentioned. The unique feature of our arrangment is that it does not need adjustments, while the other methods do. The drawback of our arrangement is that it only reduces the third-order intermodulation products. A pratical work was carried out, showing that our arrangement is able to reduce the third-order intermodulation content up to 17 dB. / [es] EL presente trabajo presenta una extructura balanceada en cuadratura para linealización de amplificadores de potencia en RF y microondas. Varias técnicas de linealización han sido utilizadas para reducir la intermodulación. Algunos ejemplos como Feedback, Pre-distorsion y Feedforward, pueden ser mencionados. La principal ventaja de nuestro arreglo frente a los otros métodos es que éste no precisa de ajustes. La desventaja de nuestro arreglo es que reduce solamente los produtos de intermodulación de tercer orden. Se condujo un trabajo práctico, mostrando que nuestro arreglo es capaz de reducir el contenido de intermodulación de tercera orden en hasta 17 dB.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucia Akemi Saito -EE2006.pdf: 2213180 bytes, checksum: d5a6d162d17171e2b4cf99c0fa4797ce (MD5) Previous issue date: 2006-08-02 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Most of researches about Raman amplifier had been made in C and L bands (1530-1625 nm), which is possible to found more data of Raman efficiency gain and the requirements for design is consolidated. The first issue that should be considered when the amplifier is to use in another band, like our project (O-band) is to consider the decrease of effective area and wavelength in the calculation of Raman efficiency, not only the pump wavelength. We have two configuration types: for the first one, the gain is obtained in the transmission fiber and for the second that is demonstrated in this work, we need special fibers as DSF, DCF and Raman fiber to amplifier the signals. Note that the amplification can be obtained in any band of optical spectrum, which depends on the pump wavelength that is used for made it. Our studies demonstrated that the discrete Raman amplifier that was made of Raman fiber of OFS Fitel Denmark was more efficient in short wavelengths and has more improvement when it was working in O-band. In spite of the higher attenuation, we can have higher Raman gain efficiency (CR) because the effective area (Aeff) decreased in short wavelengths. The characteristics of Raman fiber were studied when we found the Raman gain efficiency peak of 3.9 (W.km)-1 for a pump laser of 1240 nm wavelength. For this case, the gain of O-band amplifier was about 50 % higher when we compared with the C-band. For a CWDM system, we need to design a multi-pump amplifier. It is necessary four pump lasers to amplifier a bandwidth of 70 nm and six pump lasers to cover all O-band. The gain value depends on the pump power and if we want a good result, we should verify the total power of channels in the input of amplifier to avoid the device saturation. In addition, the noise figure of Raman amplifier was studied and then we found results that demonstrated higher noise values in short wavelengths specially, when we need to locate some pump lasers between signal wavelengths. / A maior parte das pesquisas realizadas sobre amplificadores Raman tem seus estudos centrados nas bandas C (1530 a 1565 nm) e L (1565 a 1625 nm), regiões onde os dados de eficiência de ganho Raman e a parametrização dos amplificadores têm seus estudos consolidados. Um ponto importante para ser considerado quando se deseja trabalhar numa banda diferente, como no caso a banda O (1260 a 1360 nm), é que a alteração não é apenas no comprimento de onda do laser de bombeio. Deve-se considerar o decréscimo da área efetiva e do comprimento de onda que influenciará diretamente no valor da eficiência e conseqüentemente no próprio ganho do amplificador Raman. Alguns amplificadores Raman utilizam a própria fibra de transmissão e outros têm como meio de amplificação fibras especiais como DSF, DCF ou a própria fibra Raman como é demonstrado neste trabalho. Sabe-se, no entanto, que a amplificação Raman pode ocorrer em qualquer banda do espectro óptico sendo necessário para a sua montagem, apenas alterar o comprimento de onda do laser de geração do efeito. Este trabalho demonstrou que o Amplificador Raman Discreto utilizando a fibra Raman da OFS Fitel Denmark é mais eficiente em comprimentos de onda menores e com melhor aproveitamento na região compreendida pela banda O . Nossos estudos demonstraram que apesar do aumento da atenuação nesta região, pode-se obter maior Eficiência de Ganho Raman (CR) devido ao decréscimo da Área Efetiva (Aeff) em comprimentos de onda curtos. A variação das características da fibra Raman para a banda O foram analisadas sendo encontrado um pico de Eficiência de Ganho Raman de 3,9 (W.km)-1 para um laser de bombeio de 1240 nm resultando em torno de 50 % a mais de Ganho no amplificador quando comparado com a banda C . Analisando o amplificador utilizando múltiplos lasers de bombeio, verificou-se que para uma aplicação em sistema CWDM seriam necessários 4 lasers para amplificação numa faixa de 70 nm e 6 lasers para cobrir toda a banda O sendo que a magnitude de amplificação depende diretamente da potência destes lasers devendo-se observar a potência total dos canais na entrada para evitar a saturação do dispositivo. Foi analisada a figura de ruído do amplificador Raman sendo encontrados valores mais altos em comprimentos de onda curtos e de maior magnitude quando há lasers de bombeio entre os comprimentos de onda de sinal.

Os sistemas ópticos atuais, baseados em fibras monomodo, operam próximos ao limite teórico da capacidade. Sistemas ópticos baseados em multiplexação modal (Mode Division Multiplexing – MDM) possibilitam o aumento da capacidade do sistema por meio do uso de fibras de poucos modos. Nestes sistemas, a propriedade de ortogonalidade entre os modos propagantes permite que cada modo espacial carregue um sinal óptico específico. O amplificador à fibra dopada com érbio (Erbium-Doped Fiber Amplifier – EDFA) segue fundamental para assegurar a transmissão em longas distâncias. No entanto, devido às distintas distribuições de intensidade dos modos que compõem o sinal de entrada, cada modo experimenta diferentes valores de ganho. Desta forma, o objetivo principal no projeto de EDFAs de poucos modos (Few-Mode Erbium-Doped Fiber Amplifier – FM-EDFA) é determinar os melhores parâmetros opto-geométricos da fibra para produzir uma amplificação eficiente. A metodologia normalmente empregada é baseada na resolução das equações de taxa e de propagação. Nesta tese, é proposta uma metodologia alternativa de projeto de FM-EDFA, baseada em uma nova figura de mérito. Este parâmetro quantifica o nível de inversão da população dos íons na fibra a partir da integral de superposição (overlap integral), considerando tanto o perfil de dopagem da fibra dopada com érbio para poucos modos (Few-Mode Erbium-Doped Fiber – FM-EDF) quanto as distribuições de intensidade dos sinais de entrada e de bombeio. A aplicação desta metodologia permite reduzir, em cerca de 25-40 vezes, o número de resoluções das equações de taxa e de propagação e, consequentemente, diminuir o tempo de processamento e reduzir o esforço computacional. Como consequência da maior velocidade de processamento, torna-se possível a aplicação de métodos de otimização mais rigorosos, permitindo uma busca em um espaço irrestrito de soluções. Especificamente, a partir de uma metodologia baseada em algoritmos genéticos, obteve-se um perfil de dopagem otimizado. É também demonstrado que os perfis com geometria circular exibem melhores características, como excelente desempenho do FM-EDFA e maior facilidade de fabricação. Por meio da análise da figura de mérito, é mostrado que o desempenho do FM-EDFA é afetado pelas características do modo de bombeio. Finalmente, o desempenho de um sistema óptico MDM é avaliado, simulado por meio da integração entre as ferramentas MatLab® e VPItransmissionMakerTM, comprovando a necessidade do projeto de um amplificador específico para sistemas MDM. / Modern optical systems based on single-mode fiber, operate close to the theoretical capacity limit. By using few-mode fibers, optical systems based on modal division multiplexing (MDM) allows increased system capacity. In these systems, orthogonality between the propagating modes allows each spatial mode to carry a specific optical signal. The erbium doped fiber amplifier (EDFA) remains essential to ensure long distance transmission. However, due to the distinct intensity profile distributions of the modes which comprise the input signal, each mode experiences a different value of optical gain. Thus, the main objective in the few-mode EDFA design (FM-EDFA) is to determine the best opto-geometrical fiber parameters in order to produce an efficient amplification. The methodology normally used is based on the simultaneous resolution of the rate and propagation equations. In this thesis, we propose an alternative methodology for the FM-EDFA design, based on a new figure of merit which quantifies the level of population inversion for the Er ions in the fiber, by means of a overlap integral considering both the doping profile of the few-mode erbium doped fiber (FM-EDF) as well as the intensity distributions of the optical signals and pump beams. This methodology reduces, by a factor of 25-40, the number of resolutions of the rate and propagation equations, thereby decreasing processing time and computational effort. As a consequence of the improved processing speed, it becomes possible to apply more rigorous optimization methods in an unrestricted solution space. Specifically, by using a genetic algorithm technique, we obtained an optimized doping profile. It is also shown that profiles with circular geometry exhibit improved features, such as excellent FM-EDFA performance and ease of manufacturing. By analyzing the figure of merit, it is shown that the FM-EDFA performance is affected by the characteristics of the pump mode. Finally, the performance of an MDM optical system is evaluated, by integrating Matlab and VPI simulation tools, to demonstrate the need for specific amplifier designs in MDM systems.

Os sistemas ópticos atuais, baseados em fibras monomodo, operam próximos ao limite teórico da capacidade. Sistemas ópticos baseados em multiplexação modal (Mode Division Multiplexing – MDM) possibilitam o aumento da capacidade do sistema por meio do uso de fibras de poucos modos. Nestes sistemas, a propriedade de ortogonalidade entre os modos propagantes permite que cada modo espacial carregue um sinal óptico específico. O amplificador à fibra dopada com érbio (Erbium-Doped Fiber Amplifier – EDFA) segue fundamental para assegurar a transmissão em longas distâncias. No entanto, devido às distintas distribuições de intensidade dos modos que compõem o sinal de entrada, cada modo experimenta diferentes valores de ganho. Desta forma, o objetivo principal no projeto de EDFAs de poucos modos (Few-Mode Erbium-Doped Fiber Amplifier – FM-EDFA) é determinar os melhores parâmetros opto-geométricos da fibra para produzir uma amplificação eficiente. A metodologia normalmente empregada é baseada na resolução das equações de taxa e de propagação. Nesta tese, é proposta uma metodologia alternativa de projeto de FM-EDFA, baseada em uma nova figura de mérito. Este parâmetro quantifica o nível de inversão da população dos íons na fibra a partir da integral de superposição (overlap integral), considerando tanto o perfil de dopagem da fibra dopada com érbio para poucos modos (Few-Mode Erbium-Doped Fiber – FM-EDF) quanto as distribuições de intensidade dos sinais de entrada e de bombeio. A aplicação desta metodologia permite reduzir, em cerca de 25-40 vezes, o número de resoluções das equações de taxa e de propagação e, consequentemente, diminuir o tempo de processamento e reduzir o esforço computacional. Como consequência da maior velocidade de processamento, torna-se possível a aplicação de métodos de otimização mais rigorosos, permitindo uma busca em um espaço irrestrito de soluções. Especificamente, a partir de uma metodologia baseada em algoritmos genéticos, obteve-se um perfil de dopagem otimizado. É também demonstrado que os perfis com geometria circular exibem melhores características, como excelente desempenho do FM-EDFA e maior facilidade de fabricação. Por meio da análise da figura de mérito, é mostrado que o desempenho do FM-EDFA é afetado pelas características do modo de bombeio. Finalmente, o desempenho de um sistema óptico MDM é avaliado, simulado por meio da integração entre as ferramentas MatLab® e VPItransmissionMakerTM, comprovando a necessidade do projeto de um amplificador específico para sistemas MDM. / Modern optical systems based on single-mode fiber, operate close to the theoretical capacity limit. By using few-mode fibers, optical systems based on modal division multiplexing (MDM) allows increased system capacity. In these systems, orthogonality between the propagating modes allows each spatial mode to carry a specific optical signal. The erbium doped fiber amplifier (EDFA) remains essential to ensure long distance transmission. However, due to the distinct intensity profile distributions of the modes which comprise the input signal, each mode experiences a different value of optical gain. Thus, the main objective in the few-mode EDFA design (FM-EDFA) is to determine the best opto-geometrical fiber parameters in order to produce an efficient amplification. The methodology normally used is based on the simultaneous resolution of the rate and propagation equations. In this thesis, we propose an alternative methodology for the FM-EDFA design, based on a new figure of merit which quantifies the level of population inversion for the Er ions in the fiber, by means of a overlap integral considering both the doping profile of the few-mode erbium doped fiber (FM-EDF) as well as the intensity distributions of the optical signals and pump beams. This methodology reduces, by a factor of 25-40, the number of resolutions of the rate and propagation equations, thereby decreasing processing time and computational effort. As a consequence of the improved processing speed, it becomes possible to apply more rigorous optimization methods in an unrestricted solution space. Specifically, by using a genetic algorithm technique, we obtained an optimized doping profile. It is also shown that profiles with circular geometry exhibit improved features, such as excellent FM-EDFA performance and ease of manufacturing. By analyzing the figure of merit, it is shown that the FM-EDFA performance is affected by the characteristics of the pump mode. Finally, the performance of an MDM optical system is evaluated, by integrating Matlab and VPI simulation tools, to demonstrate the need for specific amplifier designs in MDM systems.

Orientador: Prof. Dr. Carlos Eduardo Capovilla / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2014. / Este trabalho propoe o projeto de um ASIC CMOS para o controle direto de potencia de aerogeradores de relut¿ancia variavel atraves de um controlador de modos deslizantes analogico, implementado por um arranjo de amplificadores operacionais. O circuito é projetado a fim de realizar, de maneira mais otimizada possível, 'a funçao matematica necessaria para a execução do controle, processando diretamente o erro de potência e fornecendo o angulo de desligamento das chaves do conversor do gerador, garantindo assim, que a potencia gerada seja igual 'a referência adotada. Os resultados de simulações do ASIC para controle anal'ogico demonstraram excelente desempenho, validando o dispositivo integrado proposto. Por fim 'e apresentado o layout completo do ASIC. / This paper proposes a design of a CMOS ASIC, implemented by CMOS Operational Amplifiers, that performs a direct power control for switched reluctance aerogenerator using a sliding mode controller. The complete circuit is designed in order to carry out, in the most optimal way, the mathematical function which processing directly the power error and supply the turn-off angle to the power system converter. The simulations results of the ASIC showed excellent results in tests, proving to be effective. The ASIC final layout is also presented.

Esta dissertação apresenta o projeto de um amplificador de baixo ruído (LNA) para aplicação em 2,4 GHz na tecnologia CMOS 0,35 µm. A metodologia baseia-se na obtenção das dimensões dos dispositivos do circuito considerando o consumo de potência e o desempenho em relação ao ruído. Os resultados mostram que a metodologia implementada é eficaz no projeto de um LNA quando se comparam os resultados obtidos nos cálculos com os resultados obtidos no simulador. A expressão de corrente que considera canal curto impõe maior precisão nos resultados, pois se aplica o ajuste de curva com a curva de corrente obtida pelo simulador. Isto permite maior precisão nos resultados dos cálculos de ruído. O fluxo do projeto baseia-se na implementação de dispositivos ideais obtidos de projeto com o propósito de fazer-se comparações dos resultados de cálculos com as simulações, então, usa-se dispositivos reais e ajusta-se o circuito para encontrar melhores desempenhos quanto às especificações. Os resultados mostram a necessidade de ajuste do circuito quando inserido o modelo do indutor para que se consiga desempenhos próximos dos obtidos inicialmente. Em seguida, realiza-se o layout do circuito e sua extração parasitária para fins de fabricação. Verifica-se que a metodologia apresentada é capaz de direcionar a um projeto de um LNA na tecnologia com resultados finais satisfatórios de ganho, ruído e consumo. Assim os resultados esperados são 14,66 dB de ganho, 1,9 dB de fator de ruído e 2,99 mA de consumo de corrente (9,87 mW em 3,3 V de alimentação) ambos no primeiro estágio. / This work presents the design of a low-noise amplifier (LNA) for application at 2.4 GHz using CMOS 0.35 µm technology. The methodology is based on obtaining the dimensions of the devices taking into account of power consumption and performance on noise. Results show that the implemented methodology is efficient in the design of LNAs when it compares results obtained by calculation and simulation. The expression of current that considers short-channel effects increases the precision of results because curve fitting is applied with the current of the simulator. This permits precision on the results of the noise calculation. The design-flow firstly bases on implementation of ideal devices obtained by design on purposes of doing comparisons between calculated and simulated results, then real devices is used and the circuit is fixed to find better performance regarding the specifications. The results showed the necessity of adjusts in the circuit when the inductor is inserted to reach a closer initial performance. Afterwards, the layout of the circuit and its parasitic extraction are worked out for purposes of fabrication. It is verified that this methodology is capable of directing to the design of LNAs using the proposed technology with satisfactory final results of gain, noise and power consumption. Therefore, the expected results are 14,66 dB of gain, 1,9 dB of noise figure, 2,99 mA of current consumption (9,87 mW within 3.3 V of supply voltage) both of them at first stage.