The work presented in this paper regards the improvement of a housekeeping system for data acquisition of a suborbital vehicle (VIRIATO rocket or launcher). The specifications regarding the vehicle are presented and hardware is chosen accordingly, considering commercial off-the-shelf components. Mechanical and thermal simulations are performed regarding the designed system and a physical prototype is manufactured, assembled and programmed. Functional and field test results resorting to unmanned aerial vehicles, as well as the system’s integration within VIRIATO project’s mock-up vehicle, are presented. These tests demonstrate the viability of this system as an independent data acquisition system, and simulation results show that commercial off-the-shelf components have the capability of surviving expected launch environments.

This paper presents the conception, design and real miniature instrument implementation of a dual-purpose sensor for small satellites that can act as a star tracker and space debris detector. In the previous research work, the authors conceived, designed and implemented a breadboard consisting of a computer laptop, a camera interface and camera controller, an image sensor, an optics system, a temperature sensor and a temperature controller. It showed that the instrument was feasible. In this paper, a new real star tracker miniature instrument is designed, physically realized and tested. The implementation follows a New Space approach; it is made with Commercial Off-the-Shelf (COTS) components with space heritage. The instrument’s development, implementation and testing are presented.

This dissertation explores the development of a software synthesizer with physical control by integrating a microprocessor with a MIDI controller to create a headless configuration, eliminating the need for additional peripherals. By leveraging the low-cost and high- performance capabilities of modern microprocessors, specifically a Raspberry Pi, this research aims to bridge the gap between hardware and software synthesizers. The study begins with a detailed literature review, focusing on articles with similar aims. Follows with a comprehensive review of related work, sourcing information from websites, discussion forums, and open-source project platforms. The existing solutions are critically examined to identify gaps and opportunities for innovation. The development process employs Design Science Research methodology, involving iterative development and evaluation of the synthesizer software. The final outcome is a synthesizer software that enhances real-time control while maintaining the advantages of software synthesis. This integration of a microprocessor and MIDI controller in a headless configuration demonstrates the potential for creating high- quality, budget-friendly synthesizers.

Malhas de relógio são arquiteturas de rede de relógio adequadas para distribuir confiavelmente o sinal de relógio na presença de variações de processo e ambientais. Tal propriedade se torna muito importante nas tecnologias submicrônicas onde variações têm um papel importante. A confiabilidade da malha de relógio é devido aos caminhos redundantes conectando o sinal de relógio até os receptores de forma que variações afetando um caminho possam ser compensadas pelos outros caminhos. A confiabilidade vem ao custo de mais consumo de potência e fiação. Desta forma fica claro o balanceamento necessário entre distribuir confiavelmente o sinal de relógio (mais redundância) e o consumo de potência e aumento de fiação. O clock skew é definido como a diferença entre os tempos de chegada do sinal de clock nos seus receptores. Quanto maior é o clock skew, mais lento o circuito precisa operar. Além de diminuir a velocidade do circuito, um valor alto de clock skew aumenta a probabilidade de o circuito não funcionar devido às variações. Neste trabalho, nos focamos no problema de clock skew. Inicialmente extraímos informações úteis de como o comprimento da fiação e a capacitância variam a medida que o tamanho da malha varia. São apresentadas fórmulas analíticas que encontram o tamanho ótimo para ambos objetivos e é apresentado um estudo de como o clock skew varia a medida que nos afastamos do tamanho ótimo da malha de relógio. Um método para a redução de clock skew através do deslocamento dos buffers também é apresentado. Tal melhoria no clock skew não afeta o consumo de potência já que o tamanho dos buffers e a malha não são alterados.

Variações ambientais e de processo representam um grande desafio a ser vencido pelas redes de distribuição de relógio. O efeito das variações nos atrasos da rede de distribuição de relógio não pode ser previsto com precisão e portanto não podem ser diretamente considerados no projeto das redes de distribuição de relógio. Estruturas baseadas em clock meshes (i.e. clock mesh, clock spines e crosslinks) são a maneira mais eficiente de proteger a rede de relógio do efeito das variações nos atrasos. Clock meshes tem sido utilizados por bastante tempo no projeto de microprocessadores e recentemente foram incluídos no fluxo de síntese de ASICs. Embora o uso de clock meshes esteja aumentando há uma grande necessidade por métodos de analise e otimização dos mesmos. Essa tese propõe soluções para ambos os problemas. Uma metodologia para permitir a simulação elétrica de clock meshes grandes é proposta. O método proposto permite que a simulação dos clock meshes seja paralelizada com um erro menor que 1%. Duas metodologias de otimização também são propostas nessa tese. A primeira consiste em um algoritmo para dimensionamento para os mesh buffers. Esse algoritmo permite que o clock skew e o consumo de potência sejam reduzidos ao custo de aumentar o clock slew. O segundo método de otimização proposto consiste em um novo projeto para os mesh buffers. O novo mesh buffer é capaz de reduzir o clock skew em 22% e o consumo de potencia em 59%.

Este trabalho propõe uma análise térmica de um microprocessador de alta performance, a fim de avaliar a eficiência térmica de variadas configurações de construção física através de simulações computacionais em volumes finitos. Devido ao avanço da tecnologia, a quantidade de transistores acomodadas em um microchip dobra a cada 18 meses. Porém, a geração de calor também cresce constantemente, tornando-se um obstáculo a ser superado a fim de suprir a crescente demanda por processamento computacional. O estudo se baseou no microprocessador “Intel i5 3570K” e os modelos foram criados no software de desenho 3D SolidWorks da Dassault Systèmes S.A. Foram criados 5 modelos a partir da pesquisa acerca das configurações usuais dos microprocessadores e hipóteses de simplificação foram adotadas a fim de tornar possível a elaboração dos modelos. As simulações numéricas em volumes finitos foram realizadas no software Multiphysics da ANSYS, Inc., onde o problema de condução de calor foi aproximado. Para obter resultados mais abrangentes, variou-se os parâmetros para a resistência térmica de dissipador e a potência térmica de projeto (TDP). Foram analisadas as temperaturas máximas e mínimas atingidas no Die (núcleo), e a temperatura no centro geométrico da superfície superior do Difusor de Calor Integrado (IHS), tampa metálica que cobre o Die. Verificou-se que a diferença da solda de Índio com 0,2 mm de espessura para a pasta térmica Dow Corning TC-1996 com 0,025 mm de espessura foi de 1,9 e 2,5 ºC para a temperatura máxima no Die com TDP de 77 e 100 W, respectivamente, para resistências térmicas equivalentes do dissipador. Quantificou-se a importância de garantir uma espessura mínima para a pasta térmica, comparando espessuras de 0,025, 0,05 e 0,075 mm. Quanto à utilização do Die exposto, ficou clara a vantagem sobre as outras configurações. A temperatura máxima no Die foi de 9,7 a 11,9 ºC menor do que as observadas para a configuração mais usual de pasta térmica, com 0,025 mm de espessura, para a TDP de 77 W. Para 100 W, essa diferença aumentou para 12,6 a 15.5 ºC. Também se observou que a diferença entra as temperaturas máximas e mínimas foi menor nessa configuração, resultando em uma distribuição mais homogênea.

This thesis discusxes electronic instrumentation designed and built with a specific application in mind, namely, the application of induced X-ray emission (PIXE) to the qualitative and quantitative analysis materials. The physical principles upon which PIXE is based are briefly reviewed and a short description of the experimental arrangement - particle accelerator and peripheral equipment - where the instrumentation described in this thesis has been operating is given.

Nos dias de hoje, a sociedade procura supervisionar o meio que habita, recolhendo, armazenando e analisando dados. A aquisição destes dados recorre ao auxílio da eletrónica, esta tem permitido a supervisão requerida, através do melhoramento das técnicas já existentes ou mesmo com novas abordagens. Os requerimentos passam por sistemas cada vez mais fiáveis, eficientes, análises no local, complexidade baixa e entre outras características. No meio aquático, a monitorização das variáveis marítimas tem um papel importante para estudo biológico, geológico, químico e físico. Especialmente com o debate das alterações climatéricas é necessário dar uma resposta usando os respetivos estudos e resultados. Este meio é o maior no nosso planeta, porém é o que se tem menor conhecimento. A leitura das variáveis do meio aquático tem como obstáculo associado à sua baixa amplitude de sinal. O que requer o uso de técnicas de amplificação de sinal, porém este é facilmente afetado por ruído, comprometendo a viabilidade das leituras. É então de extrema importância, a implementação de um mecanismo de leitura de alta sensibilidade, imune a ruído e de selecionar a componente do sinal de interesse. O amplificador lock-in utiliza uma das técnicas mais conhecidas e eficazes para a medição de sinais de baixa magnitude, propondo-se esta dissertação ao seu estudo e implementação de um amplificador deste tipo. Neste caso com uma abordagem digital que entre outras vantagens estão presentes a maior adaptabilidade a ajustes e alterações via software. Ao longo desta dissertação o sistema em estudo é dimensionado com principal finalidade a captação de uma luz proveniente fluorescência da clorofila, para quantificação do fitoplâncton presente no meio. A fluorescência é a resposta à excitação do microrganismo a um comprimento de onda restrito. No presente documento são descritas metodologias estudadas, assim como as soluções escolhidas para desenvolver um sistema capaz de realizar a medição da clorofila presente na amostra. É apresentado as características do projeto e as simulações realizadas, assim como os componentes usados e seus parâmetros. É implementado a solução do sistema de leitura digital, o mesmo é testado e equiparado ao seu homólogo analógico. O sistema desenvolvido apresentou resultados satisfatórios com diferenciação de clorofila até 1:1000. No capítulo final são apresentadas as conclusões e alterações a serem efetuadas para melhorar o sistema desenvolvido.