Symbolic modeling of analog circuits

ELYOENAI MARTINEZ ROMERO (2010)

Symbolic analysis has been for some years a topic of interest in electronics, because it represents a way to have a better understanding on circuit behavior. Through this time, different approaches have been developed to obtain expressions that allow representing the circuit behavior and then try to improve its performance.

These approaches have been done for example, through graphs methods, flow charts or analytical methods, like MNA or pure nodal analysis, which is the chosen method to be used in this Thesis.

Nodal analysis utilized in this Thesis could not be employed without an important element in circuit analysis; it is the nullor, which can be employed to model different devices. But it is also useful for reducing the rank of matrices of the system being analyzed, by using the properties this element have.

In this Thesis, a method for obtaining symbolic expressions is explained, and it is shown how the nullor helps creating the nodal formulation which allows getting those expressions.

There is an open research in symbolic analysis due to the length of symbolic expressions and the necessity to reduce them in order they could be easier to be understood, this way, some simplification methods have been developed and presented in this Thesis, to show their usefulness to obtain shorter expressions.

Within these reduction methods, a method of reducing order is treated, it is known as asymptotic waveform evaluation, and allows the reduction of order in expressions, to have smaller expressions.

Symbolic analysis is also useful for calculating expressions that represent parameters like noise in amplifiers; this topic is also reviewed in this Thesis.

Master thesis

Symbol manipulation Analogue circuits Circuit noise Symbolic analysis CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Generación de haces estructurados para manipulación de micropartículas

RAFAEL PAEZ LOPEZ (2017)

Here we present a method to generate efficiently scalar and vector optical

fields, both theoretically and experimentally, as well as their application in optical

manipulation of microparticles suspended in water. These fields are generated

using synthetic phase holography, which offers high efficiency and quality of

reconstruction. The holograms are implemented experimentally using a spatial

light modulator based on liquid crystal technology.

Additionally, we show the reconstruction of structured optical beams, such as

optical vortices, which can be used to manipulate multiple microparticles at the

same time. In this context, it was shown that using this method the light is able to

efficiently transfer orbital angular momentum, causing the particles to rotate.

En este trabajo se presenta un método para generar de manera eficiente campos

ópticos escalares y vectoriales, tanto teórica como experimentalmente, así como

su aplicación en la manipulación de micropartículas suspendidas en agua. Estos

campos son generados utilizando hologramas sintéticos de fase, los cuales

ofrecen una alta eficiencia y calidad de reconstrucción. Los hologramas son

implementados experimentalmente usando un modulador espacial de luz basado

en tecnología de cristal líquido.

Adicionalmente se muestra la creación de haces de luz estructurados, como

vórtices ópticos, de manera dinámica, que pueden ser utilizados para manipular

múltiples partículas al mismo tiempo. En este contexto, se mostró que al utilizar

este método la luz es capaz de transferir eficientemente momento angular orbital,

provocando que las partículas roten.

Doctoral thesis

Holography Manipulation structured Vortex Optical twezeers CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA

Fermentative biohydrogen production: trends and perspectives

Biological hydrogen production: trends and perspectives

GUSTAVO DAVILA VAZQUEZ SONIA LORENA ARRIAGA GARCIA FELIPE ALATRISTE MONDRAGON ANTONIO DE LEON RODRIGUEZ LUIS MANUEL ROSALES COLUNGA ELIAS RAZO FLORES (2008)

"Biologically produced hydrogen (biohydrogen) is a valuable gas that is seen as a future energy carrier, since its utilization via combustion or fuel cells produces pure water. Heterotrophic fermentations for biohydrogen production are driven by a wide variety of microorganisms such as strict anaerobes, facultative anaerobes and aerobes kept under anoxic conditions. Substrates such as simple sugars, starch, cellulose, as well as diverse organic waste materials can be used for biohydrogen production. Various bioreactor types have been used and operated under batch and continuous conditions; substantial increases in hydrogen yields have been achieved through optimum design of the bioreactor and fermentation conditions. This review explores the research work carried out in fermentative hydrogen production using organic compounds as substrates. The review also presents the state of the art in novel molecular strategies to improve the hydrogen production."

Article

Anaerobic conditions Biohydrogen Biomass Bioreactor Dark fermentation Gene manipulation Hydrogenases Hydrogen production Mixed culture CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Animal nutrition strategies to reduce greenhouse gas emissions in dairy cattle

Estrategias de nutrición animal para reducir emisiones de gases de efecto invernadero en ganado lechero

JUAN ANTONIO RENDON HUERTA JUAN MANUEL PINOS RODRIGUEZ Ermias Kebreab (2018)

The objective of this study was to analyze different animal nutrition strategies from published papers to reduce greenhouse gas (GHG) emissions, particularly methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) in dairy catt-le. Ration data used (n = 32 diets) was obtained from 15 published papers selected according to differences between forage:concentrate ratio and crude protein (CP) content. An empirical model was used to estima-te enteric methane emissions based on fiber and CP content in the diets. The N2O emission was calculated according to Intergovernmental Panel of Climate Change (IPCC) recommendations. Differences between CH4 and N2O affected by FC or CP content were analyzed through a variance analysis. Furthermore, a co-rrelation analysis was carried out to compare CP content and nitrogen excretion in feces, urine and milk. Estimations of enteric CH4 were not significantly different between diets with various forage content le-vels. Diets with high concentrate content had lower GHG intensity. Nitrogen excretion in feces and urine increased linearly as dietary protein level was increased from the lowest to the highest concentrations, but conversion of nitrogen intake to nitrogen excreted in milk was not affected by increasing dietary protein. In conclusion, dietary manipulation could decrease GHG emissions by unit of produced milk

El objetivo de este estudio fue analizar diferentes estrategias de alimentación animal de diferentes artículos publicados para disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), en particular metano y óxido nitroso, en ganado lechero. Datos de dietas usados (32 dietas) fueron obtenidos de 15 estudios publicados y seleccionados de acuerdo a diferencias entre la proporción de forraje: concentrado y el contenido de proteína cruda (PC). Se utilizó un modelo empírico para estimar las emisiones de metano entérico basado en el contenido de fibra y PC en las dietas. Las emisiones de N2O fueron calculadas de acuerdo a las recomendaciones del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés). Diferencias entre CH4 y N2O afectados por el contenido de Forraje y PC, fueron analizados mediante un análisis de varianza. Además, se realizó un análisis de correlación para comparar el conte-nido de PC y la excreción de nitrógeno en el estiércol, la orina y la leche. No se presentaron diferencias significativas en estimaciones de CH4 de entérico entre dietas con distintos contenidos de forraje. Las die-tas con mayor contenido de concentrado presentaron las menores intensidades de GEI. La excreción de nitrógeno en el estiércol y la orina se incrementó linealmente al aumentar el contenido de proteína, desde las concentraciones más bajas a las más altas, pero la conversión de nitrógeno consumido a nitrógeno en leche no se vio afectado por incrementos de proteína en la dieta. En conclusión, la manipulación de las raciones podría reducir las emisiones de GEI por unidad de producción de leche

Article

CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA Nitrogen excretion Feeding manipulation Methane Nitrous oxide Milk Excreción de nitrógeno Manipulación de la alimentación Metano Óxido nitroso Leche

Variational analysis of analog integrated circuits based on symbolic analysis

ADOLFO ADAIR PALMA RODRIGUEZ (2012)

It is well known that with the down-scaling of the integrated circuit (IC) technology,

nanometer circuit designs become more and more sensitive to process variations. It

is caused in part by matching requirements between transistors. Those variations are

produced by fluctuations at the moment of manufacturing and have been continuously

increasing in relative magnitude as IC technology continues to scale to 45nm and below.

That is why the integrated circuit designer must study these process variations in order

to obtain more and more reliable circuits. Analog circuit designers usually perform a

Monte-Carlo (MC) simulation to analyze the stochastic mismatch and to predict the

variational responses of their designs under faults. As MC analysis requires a large

number of repeated circuit simulations, its computational cost is very expensive. In

this Thesis, a new performance bound analysis of analog circuits considering process

variations are proposed. The new method applies a recently reported graph based analysis

approach to generate the symbolic transfer function of a linear(ized) analog circuit. As a

result of applying symbolic analysis, one can have a good understanding on the behavior of the analog IC with respect to its circuit elements, and for that same reason, repeated

simulations as in MC analysis aren't needed, because the analytical expression is helpful

in determining performance bounds. For instance, in this Thesis, the frequency response

bounds (maximum and minimum) are obtained by performing nonlinear constrained

optimization, where the magnitude of the transfer function is the objective function to

be optimized subject to some ranges of process variational parameters. As shown in

this Thesis, the response bounds given by the optimization method are very accurate.

Furthermore, experimental results on testing several analog ICs show that the proposed

method gives the correct bounds, as those provided by the Monte Carlo analysis, while

the time process is comparable to the Monte Carlo simulation.

Es bien sabido que con el escalamiento de la tecnología de circuitos integrados (IC),

los circuitos de dimensiones nanométricas se vuelven más sensibles a las variaciones de

proceso, debidas en parte a los requerimientos de acople entre transistores. Estas variaciones

son producidas por fluctuaciones al momento de fabricarlos y se han incrementado

debido al continuo escalamiento de la tecnología por debajo de los 45nm. Es por eso

que los diseñadores de circuitos integrados deben estudiar estas variaciones de proceso

para obtener circuitos cada vez más confiables. Los diseñadores analógicos usualmente

realizan el análisis Monte-Carlo (MC) para analizar la disparidad estocástica y para

predecir las respuestas variacionales de sus diseños bajo fallas. Dado que el análisis MC

requiere un gran número de simulaciones repetidas, su costo computacional es alto. En

esta Tesis, un nuevo método de análisis variacional para circuitos analógicos considerando

variaciones de proceso es propuesto. Este nuevo método aplica un análisis basado en

grafos, reportado recientemente, para generar la función de transferencia simbólica de

un circuito analógico linealizado. Como resultado de aplicar análisis simbólico, se puede tener un buen entendimiento del funcionamiento de un IC analógico con respecto a sus

elementos de circuito, y por esa misma razón, no se requiere hacer simulaciones repetidas

como en el análisis MC, porque la expresión analítica es útil para obtener los bordes de

comportamiento. Por lo pronto, en esta Tesis, los límites de la respuesta en frecuencia

(máximo y mínimo) son obtenidos por medio de optimización con restricciones, en las

que la magnitud de la función de transferencia es la función objetivo a ser optimizada

sujeta a algunos rangos de los parámetros dados por las variaciones de proceso. Como se

muestra en esta Tesis, los límites obtenidos de este método son muy exactos. Además,

resultados experimentales para varios IC analógicos muestran que el método propuesto

calcula los límites correctos, como los obtenidos en el análisis MC, mientras que el tiempo

de ejecución es comparable a la simulación MC.

Master thesis

Non-monte Carlo methods Symbol manipulation Optimization Simulation CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Atrapamiento y manipulación óptica para aplicaciones biológicas

SUSANA ALEJANDRA TORRES HURTADO (2016)

Las pinzas ópticas son un mecanismo de captura y manipulación óptica no invasiva que se han convertido en una herramienta muy versátil en biología y medicina. Un sistema de pinzas ópticas es capaz de clasificar, direccionar y transportar cualquier objeto nano/microscópico, el cual generalmente utiliza potencias bajas y un rango de longitud de onda de ~750-1200 nm, para evitar daño en materiales biológicos.

Este trabajo se enfocó en el análisis de los efectos de pinzas ópticas en presencia de efectos térmicos y aplicaciones con material biológico. Primero, se trabajó en el atrapamiento y manipulación óptica de micropartículas, por corrientes de convección causadas por la absorción de un haz en una película de a-Si:H. Por debajo de 3 mW las micropartículas son atrapadas en el centro del haz, entre 3 y 11 mW se juntan alrededor del haz formando un anillo por la competencia de dos fuerzas: Stokes y termoforética, y por arriba de 12 mW se forma una burbuja de vapor capaz de atraparlas alrededor de ella.

Después, se trabajó en el estudio de la proteína K560 unida a una nanopartícula, dentro de una celda de flujo con microtúbulos y partículas de 800 nm (como referencia para encontrar una distancia aproximada de la nanopartícula respecto al microtúbulo, usando el método 'template matching'), adheridas a la superficie. Con esto, se determinó el tiempo que le toma a la proteína unirse al microtúbulo, dependiendo de la distancia a la que se encuentra la nanopartícula de él.

Y por último, se trabajó con hongos dermatofitos de la especie Trichophyton mentagrophytes, tratados con terapia fotodinámica antimicrobiana (aPDT), usando azul de metileno como colorante y un láser HeNe como fuente de luz. El hongo fue irradiado con 60 J / cm2. Después se analizó el crecimiento, cambios morfológicos y elasticidades, utilizando pinzas ópticas, en hongos sanos y en hongos tratados con aPDT.

Doctoral thesis

Optical tweezers Optical trapping and manipulation Thermophoresis Molecular motors Fungi CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA

Caracterización de un sistema de micromanipulación óptica

Optical micromanipulation system description

Teth Azrael Cortés Aguilar (2005)

El sistema de micromariipulacién Optica. es una técnica no invasiva que permite la manipulacioén de objetos inertes y bioldgicos de micrémetros de diametro, mediante un haz laser enfocado. Este sistema ha generado nuevos métodos experimentales en el control dinamico de pequefios objetos, siendo extensiva su aplicabilidad a multiples campos de la fisica y de la biologia. La necesidad de conocer los alcancesy los limites de esta técnica conducen a un estudio minucioso del disefio dptico involucrado en los arreglos experimentales, asi como a la comprensién de los fendmenos fisicos trascendentes, tales como la presién debida a la radiaci6n y las fuerzas que se desencadenanalocurrir la transferencia del momento de los fotones hacia el objeto. A partir de la primera trampa dptica realizada por A. Ashkin (Ashkin, 1997), se han propuesto varios disefios para la construccién de micromanipuladores Opticos, desde la adaptacién de multiples haces, hasta la integraciOn del laser pulsado para escisiones en objetos bioldgicos, cada uno, con un propésito de aplicacién o demostraci6n en particular. En esta tesis se construy6 y caracterizo un sistema de micromanipulacién dptica con uno y dos haces de manipulacion. Se realizaron mediciones experimentales sobre la fuerza principal causante del asimiento de objetos, y ademas se incluye un analisis de los efectos hidrodinamicos y termodinamicos inherentes a los objetos de experimentacion. Asi como la manipulacién de especimenesbioldgicos.

An optical micromanipulation system is a noninvasive technique that allows the manipulation of biological and inert objects of micrometer diameter using a focused laser beam. This system has encouraged new experimental methods for dynamic control of small objects. Its applicability is extensive in many fields of physics and biology. The necessity of knowing its operational range has lead to meticulous study of the optical design of the experimental apparatus, and the understanding of physical phenomena, such as, radiation pressure and forces due to momentum transfer from photons to an object. Starting with A. Ashkin’s first optical trap, many optical micromanipulation designs have been proposed, from multiple beam adaptation techniques to pulsed lasers as optical scissors in biological objects, each of them with some application, purpose, or demonstration. Webuilt and characterized an optical micromanipulation system with one or two laser beams. Experimental measurements of gradient forces have been obtained. The thesis included a study of the hydrodynamic and thermodynamic effects that are inherent to the objects used in our experiments. Further biological specimens have been manipulated.

Master thesis

Micromanipulador Optico, Pinzas Opticas, Presién de la Radiacion, Fuerza Gradiente, Manipulaci6n bioldgica no invasiva, Optical Micromanipulation, Optical Tweezers, Radiation Pressure, Gradient Force, Noninvasive biological manipulation. CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA