Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε και κατασκευάστηκε ένα σύστημα προσομοίωσης και εξομοίωσης των χαρακτηριστικών διαφόρων καναλιών επικοινωνίας ως προς την υποβάθμιση του σήματος και το θόρυβο που αυτά εισάγουν. Για τη διαδικασία σχεδίασης, υλοποίησης και ελέγχου του συστήματος, καθώς και για την εκτέλεση των πειραμάτων χρησιμοποιήθηκε η αναπτυξιακή πλατφόρμα ZedBoard. Στο πρώτο μέ- ρος της εργασίας παρουσιάζονται και αναλύονται τα μοντέλα των υποσυστημάτων που απαρτίζουν το κανάλι, καθώς και η υλοποίησή τους σε λογισμικό και υλικό. Οι δύο κύ- ριες μονάδες επεξεργασίας στο κανάλι είναι ένα FIR φίλτρο και μία γεννήτρια θορύβου. Το φίλτρο χρησιμοποιείται ως το στοιχείο που υποβαθμίζει το σήμα εισόδου, ενώ η γεννήτρια θορύβου εισάγει το τυχαίο σήμα στο κανάλι επικοινωνίας. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας αναλύεται η αρχιτεκτονική του τελικού συστήματος, οι διεπαφές Ε/Ε που χρησιμοποιήθηκαν καθώς και η λογική ελέγχου που ακολουθήθηκε. Τέλος, περιγράφουμε την επικοινωνία και τη λογική ελέγχου του συστήματος, σε επίπεδο εντολών από το περιβάλλον της MATLAB. / The purpose of this thesis is to study and implement a simulation and emulation system of the characteristics of different communications channels concerning the degradation of the signal and the noise they introduce. For the process of design, implementation and monitoring of the system as well as to perform the experiment the ZedBoard development platform was used.In the first part we present and analyze the models of the subsystems which constitute the communication channel and also their implementation in software and hardware. The two main processing units in the channel is a FIR filter and a noise generator. The filter is used as the element that lowers the power of the input signal and the noise generator introduces the random signal to the communication channel.In the second part we analyze the architecture of the final system, the I / O interfaces used and the control logic followed.Finally, we describe the communication and control logic of the system. The commands used for this purpose are developed using the computing environment of MATLAB.

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τη χρήση πολωτικών φίλτρων στη φωτογραφία. Συγκεκριμένα, ερευνήσαμε το αν μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα πολωτικά φίλτρα σε συστήματα αναγνώρισης αντικειμένων και το ποια είδη φίλτρων μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Για το σκοπό αυτό, δημιουργήθηκε μία βάση δεδομένων με φωτογραφίες που βγάλαμε σε εξωτερικό χώρο του Πανεπιστημίου Πατρών, με τη βοήθεια διαφόρων ειδών πολωτικών φίλτρων. Η εργασία βασίστηκε κατά ένα μεγάλο μέρος σε άρθρα και πληροφορίες που συλλέξαμε από το διαδίκτυο. Τα αποτελέσματα ήταν αρκετά ικανοποιητικά και καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι, τόσο τα γραμμικά όσο και τα κυκλικά πολωτικά φίλτρα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην αναγνώριση υλικών ή αντικειμένων που φωτίζονται επαρκώς. / This project refers to the use of polarizing filters in photography. In particular, we researched if polarizers can be utilized in object identification systems and which kind of polarizers would be appropriate. For this purpose, we created a data base of photographs which were taken at an outdoor place of the University of Patras, using various kinds and orientations of polarizers. The project was based, mainly, on articles and information we found on the internet. The results were quite satisfying and we concluded that both linear and circular polarizers can be utilized in object identification under enough illumination.

Το βασικό αποτέλεσμα της παρούσας διατριβής η οποία εντάσσεται στην έρευνα που εκπονείται στο Εργαστήριο Γεωδαισίας και Γεωδαιτικών Εφαρμογών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών είναι ότι το GPS και ο ρομποτικός θεοδόλιχος (RTS), και κυρίως ο συνδυασμός τους, έχουν τη δυνατότητα μέτρησης ταλαντώσεων όχι μόνο μέχρι 1 Hz, όπως τεκμηριώνεται βιβλιογραφικά, αλλά ενός πολύ μεγαλύτερου φάσματος (μέχρι και 4Hz), ως προς ανεξάρτητο σύστημα αναφοράς της μελετούμενης κατασκευής. Η δυνατότητα αυτή καλύπτει μια σημαντική ανάγκη της σύγχρονης μηχανικής στον τομέα του ελέγχου της δομικής ακεραιότητας (Structural Health Monitoring) των κατασκευών (A’ μέρος της Διατριβής). Τα συμπεράσματα αυτά προέκυψαν με βάση πειράματα και αναλυτική επεξεργασία των δεδομένων των πειραμάτων (B μέρος της Διατριβής) και εφαρμογή της τεχνικής σε δύο δύσκαμπτες μεταλλικές γέφυρες (Γ και Δ μέρη της Διατριβής). Ειδικότερα, με βάση μεγάλο (>350) αριθμό πειραμάτων σε συσκευή προκαθορισμένων γραμμικών ταλαντώσεων, έγινε ταυτόχρονη καταγραφή ταλαντώσεων γνωστού εύρους και συχνότητας από γεωδαιτικούς δέκτες GPS και RTS, με το τελευταίο να έχει αναβαθμιστεί για λεπτομερέστερη χρονική ανάλυση των καταγραφών. Εν συνεχεία συγκρίθηκαν οι εκτιμήσεις εύρους και συχνότητας που προέκυψαν από την ανάλυση των καταγραφών των GPS, RTS με τα πραγματικά προκαθορισμένα μεγέθη των ταλαντώσεων. Η επεξεργασία και αξιολόγηση των δεδομένων επέτρεψε να εκτιμηθούν τα όρια εφαρμογής κάθε οργάνου GPS/RTS και η απόδοσή τους. Η ανάλυση βασίστηκε σε στατιστικές μεθόδους (φίλτρα) και ειδικές φασματικές μεθόδους ανάλυσης στο πεδίο συχνοτήτων και χρόνου που επιτρέπουν επεξεργασία χρονικά ανισαπέχοντων και περιορισμένων σε πλήθος δεδομένων (σε αντίθεση με την FFT), αλλά και υπέρβαση των περιορισμών των οργάνων, όπως αστάθεια ρυθμού δειγματοληψίας (‘jitter’) και απώλεια κύκλων ταλάντωσης (“clipping”) του RTS. Διαπιστώθηκε ότι κυρίως σε υψίσυχνες ταλαντώσεις το GPS προσδιορίζει την κυματομορφή και τη συχνότητα των ταλαντώσεων ενώ το RTS προσδιορίζει με μεγαλύτερη ακρίβεια το εύρος ταλάντωσης. Ο συνδυασμός των δύο οργάνων επιφέρει το πλήρη προσδιορισμό των χαρακτηριστικών (εύρος και συχνότητα) της ταλάντωσης. Η όλη τεχνική εφαρμόστηκε σε δύο σχετικά δύσκαμπτες γέφυρες. Πρώτον, μεταλλική πεζογέφυρα μήκους ~60m στη Λεωφ. Κηφισού στην Αθήνα με προβλεπόμενο εύρος μετακίνησης <30mm και ιδιοσυχνότητα >3Hz. Με χρήση υπερστατικού καταγραφικού δικτύου GPS, RTS κατεγράφησαν οι μετακινήσεις του μέσου του ανοίγματος λόγω περιοδικής διέγερσης από ομάδα ανθρώπων. Από την ανάλυση των καταγραφών των οργάνων και το συνδυασμό των αποτελεσμάτων τους προέκυψε ότι η απόκριση της γέφυρας ήταν 4-6mm και οι συχνότητες που εμφανίστηκαν ήταν 1, 2.3 και 4.3 Hz (κύρια ιδιοσυχνότητα), συμφωνόντας και με καταγραφές επιταχυνσιογράφου που χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια των πειραμάτων. Η δεύτερη περίπτωση εφαρμογής της μεθόδου αποτελεί η καταγραφή της κίνησης ενός από τα 7 ανοίγματα της σιδηροδρομικής γέφυρας του Γοργοποτάμου. Χρησιμοποιήθηκε υπερστατικό καταγραφικό δίκτυο GPS, RTS για την καταγραφή των μετακινήσεων του άκρου και μέσου ανοίγματος κατά τη διέλευση συρμών. Οι μετρήσεις του GPS επηρεάστηκαν από φαινόμενο πολυανάκλασης κατά τη διάρκεια της διέλευσης του τραίνου, οδηγώντας σε κυματομορφή η οποία χαρακτηρίζεται από σφάλμα κλίμακας το οποίο τεκμηριώθηκε από επεξεργασία των δεδομένων και πειράματα. Από τη συνολική ανάλυση των δεδομένων των δύο οργάνων και το συνδυασμό τους προέκυψε ότι η μετακίνηση της γέφυρας στη διέλευση του τραίνου ήταν ~6-7mm και η κύρια ιδιοσυχνότητα της ~3.1-3.2Hz. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι η κυματομορφή της απόκρισης παρουσιάζει διακριτή μορφή που εκφράζει το πλήθος των βαγονιών του συρμού. Το τελικό συμπέρασμα της διατριβής (Μέρος Ε) είναι ότι η τεκμηρίωση των νέων ορίων εφαρμογής και ποιότητας των καταγραφών GPS, RTS (>5mm, <5Hz) δεν επιτρέπει τη χρήση τους μόνο σε εύκαμπτες κατασκευές (καλωδιωτές γέφυρες, κλπ.) όπως εκτιμάτο μέχρι πρόσφατα, αλλά και σε πιο δύσκαμπτες κατασκευές (δικτυωτές γέφυρες, κλπ.), κάνοντας αυτά πολύτιμο εργαλείο στον έλεγχο της δομικής ακεραιότητας (Structural Health Monitoring) ευρέως τύπου κατασκευών. Η όλη έρευνα στόχευσε σε όργανα, λογισμικά και τεχνικές προσιτές σε ευρύ φάσμα ερευνητών, ώστε η μέθοδος να μην περιορίζεται σε μερικούς ειδικούς, αλλά εκτιμάται ότι τυχόν χρήση βελτιωμένων λογισμικών, οργάνων εξελιγμένων προδιαγραφών και ειδικών υπολογιστικών τεχνικών θα επιτρέψει στο εγγύς μέλλον βελτίωση της απόδοσης των δύο γεωδαιτικών οργάνων. / The main topic of this dissertation is the assessment of the performance of GPS and RTS in monitoring movements of rigid structures, such as those with main modal frequencies higher than 2Hz. This study was based on experiments of computer-controlled oscillations which were recorded simultaneously by GPS and RTS. These experiments proved that GPS was accurate in definition of the waveform of the oscillation and its frequency, while RTS was more accurate in amplitude definition. The analysis of GPS, RTS data were based on adaptive filter and spectral analysis technique developed in the Geodesy Lab. of PAtras University, which make possible to overcome data problems such as the gaps of GPS data and the jitter and clipping effect of RTS data. In the second part of this study, GPS and RTS and the developed methodology are adopted for the definition of the dynamic characteristics of two rigid structures a steel pedestrian bridge and a steel train bridge. Based on the combination of the results of GPS and RTS data the main vertical movement and the main modal frequencies of the structures were defined, proving that the combination of these instruments and by using appropriate the definition of the dynamic characteristics even of rigid structures is possible

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκαν οι αιτίες, οι επιπτώσεις και η αντιμετώπιση σε προβλήματα που αφορούν διείσδυση ανώτερων αρμονικών σε δίκτυο μέσης τάσης. Μοντελοποιήθηκε και εισήχθη ένα κομμάτι πραγματικού δικτύου μέσης τάσης στο υπολογιστικό πακέτο MATLAB. Ο εξαχθείσες προσομοιώσεις τόσο της εμπέδησης-συχνότητας όσο και της τάσης παρουσία αρμονικών, έδωσαν συμπεράσματα για τη συμπεριφορά του δικτύου. Τέλος εξετάστηκε η συμπεριφορά του παρουσία παθητικών φίλτρων. / In the present "Diploma Thesis" the causes,the effects and the treatment of high harmonics penetration in middle voltage electric distribution systems were studied.A real middle voltage electric distribution system was modeled with the use of Matlab.The simulations (impedance vs. frequency and voltage with presence of high harmonics) resulted conclusions over the behavior of such system.At last,the behavior of the electric distribution system in presence of passive filters was studied.

Το αντικείμενο της εργασίας είναι ο υπολογισμός του καρδιακού και αναπνευστικού παλμού με επεξεργασία του σήματος που λαμβάνεται με χρήση πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα. Ο αισθητήρας είναι τοποθετημένος στον λαιμό και ανιχνεύει ένα σήμα που περιλαμβάνει τόσο τον καρδιακό, όσο και τον αναπνευστικό ρυθμό. Η δειγματοληψία και μετατροπή του σήματος σε ψηφιακό γίνεται με χρήση του microcontroller MSP430F149 ο οποίος προγραμματίζεται κατάλληλα για το σκοπό αυτό. Το ψηφιακό αυτό σήμα επεξεργάζεται με κατωδιαβατό φίλτρο πεπερασμένης κρουστικής απόκρισης προκειμένου να αποκοπούν οι υψηλές συχνότητες και υπολογίζεται η ενέργεια του προκύπτοντος σήματος. Εν συνεχεία με χρήση του FFT, και κατάλληλων φίλτρων γίνεται ο διαχωρισμός του σήματος σε αναπνοής και καρδιακού ρυθμού. / -

Κατά τις δύο τελευταίες δεκαετίες έχουν αναπτυχθεί ενσωματωμένα συστήματα λήψης σημάτων φυσιολογίας που είναι ελαφριά, μικρά και ικανά να καταγράφουν σύνθετα σήματα για περισσότερες από 48 ώρες. Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούνται στις μελέτες ηλεκτροκαρδιογραφίας (ECG) για να εντοπίζουν σποραδικές καρδιακές αρρυθμίες ή ανωμαλίες στην καρδιακή λειτουργία, που συχνά σχετίζονται με τις εντάσεις της καθημερινότητας. Σήμερα τα καρδιακά σήματα καταγράφονται σε κάρτες μνήμης και μπορούν εύκολα να μεταφερθούν για ανάλυση και επεξεργασία. Με την εξέλιξη της τεχνολογίας, οι κατασκευαστές ιατρικού εξοπλισμού περιόρισαν δραστικά το μέγεθος και την κατανάλωση ενέργειας των συσκευών καταγραφής ΗΚΓ, έτσι ώστε αυτές να αποκτήσουν αυτονομία. Στην εργασία αυτή θα παρουσιαστεί ένα ενσωματωμένο σύστημα καταγραφής, αποθήκευσης και επεξεργασίας ηλεκτροκαρδιογραφικών σημάτων, ώστε να επιτυγχάνεται η παρακολούθηση των ζωτικών ενδείξεων ασθενών με αρρυθμίες και καρδιακή ανεπάρκεια Η εργασία αυτή χωρίζεται ουσιαστικά σε έξι τμήματα. Το πρώτο τμήμα ασχολείται με την φυσιολογία της καρδιάς, η οποία αποτελεί την πηγή του ηλεκτροκαρδιογραφήματος, καθώς και με την δομή ενός ηλεκτροκαρ-διογράφου και τους τρόπους με τους οποίους μπορούμε να το πάρουμε από τα διάφορα σημεία του ανθρώπινου σώματος. Τα επόμενα δύο τμήματα που ακολουθούν αφορούν την χρήση και τις δυνατότητες των ενσωματωμένων συστημάτων και μικροελεγκτών με έμφαση στην παρουσίαση του μικροελεγκτή (ADuC 7026) και των περιφερειακών του που θα χρησιμοποιηθούν για την υλοποίηση. Παράλληλα αναλύεται το περιβάλλον μVision της Keil το οποίο παρέχει τη δυνατότητα εξομοίωσης του μικροελεγκτή μας έχοντας στη διαθεσή μας μηδενικό υλικό. Το τρίτο τμήμα συνοψίζει κάποιες βασικές λειτουργίες προγραμματισμού και δυνατότητες που παρουσιάζει ο ADuC 7026 της Analog Devices. Το τέταρτο τμήμα ασχολείται με μεθόδους ψηφιακής επεξεργασίας σημάτων χαμηλής συχνότητας για την απομάκρυνση του θορύβου και την αύξηση της ευκρίνειας των αποτελεσμάτων. Τα δύο τελευταία τμήματα περιέχουν αναλυτικά τις μεθόδους επεξεργασίας που χρησιμοποιήθηκαν για τον προγραμματισμό του μικροελεγκτή και παραθέτονται τα αντίστοιχα αποτελέσματα. Για την υλοποίηση χρησιμοποιήθηκαν αρχικά προσεγγιστικά σήματα για τη μοντελοποίηση των πραγματικών σημάτων που προκύπτουν από την καρδιοαναπνευστική λειτουργία . Γίνεται τέλος με τη βοήθεια του matlab πλήρης αναδημιουργία του καρδιακού παλμού και εξάγονται τα κατάλληλα συμπεράσματα. Ο προγραμματισμός του μικροελεγκτή έγινε σε γλώσσα προγραμματισμού C. / During the two last decades there have been developed embedded systems , for the receive of physiology signals. that are small light and able to record composite signals for more than 48 hours. These systems are used at research on electrocardiography(ECG) for the locating of sporadic cardiac arrhythmias,or abnormal heart function, often associated with the stresses of everyday life. Nowadays, cardiac signals recorded on memory cards and can easily be transferred for analysis and processing. Through the technological evolution, medical equipment manufacturers have reduced drastically the size and power consumption of the ECG recorders, so that they can be autonomous. At this thesis, an embedded system for recording, saving and processing ECG signals is presented. The main purpose is to achieve the monitoring of vital signs of patients with arrhythmias and heart failure. The thesis is divided into six sections. The first part deals with the physiology of the heart, which is the source of the electrocardiogram and the structure of an electrocardiograph and how we can get it from different parts of the human body. The next two sections below cover the use and potential of embedded systems and microcontrollers with an emphasis on presentation of the microcontroller (ADuC 7026) and its peripherals that will be used for implementation. At the same time explaining the μVision the Keil environment which enables us to emulate the microcontroller having at our disposal zero hardware. The third section summarizes some basic functions and programming possibilities presented by ADuC 7026 of Analog Devices. The fourth part deals with methods of digital signal processing of low frequency to remove noise and increase clarity of results. The last two sections contain detailed the processes used for programming the microcontroller and presents the corresponding results. During the implementation, initially approximated signals were used for modeling of real signals arising from cardiopulmonary function. Finally, using matlab we achieve a full reconstruction of the heart beat and drew the appropriate conclusions. The programming of the microcontroller has been done in C

Το αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι ο διαχωρισμός των δύο κυρίαρχων συνιστωσών ανάκλσης (κατοπτρικής και διάχυτης) που οφείλονται κυρίαρχα σε επιφάνειες διηλεκτρικών υλικών. Οι κατοπτρικές ανακλάσεις αποτελούν σημαντικό πρόβλημα για πολλούς αλγορίθμους στο πεδίο της "τεχνητής όρασης" όπως στην κατάτμηση εικόνας. Μετά την ανάλυση του προβλήματος και μία εισαγωγή στη χρωματομετρία και στην πόλωση ακολουθεί μία περιγραφή δημοφιλών μεθόδων που έχουν προηγηθεί πάνω σε αυτό το αντικείμενο. Τέλος, παρουσιάζουμε τη δική μας μέθοδο διαχωρισμού, η οποία εκμεταλλεύεται τα διαφορετικά χαρακτηριστικά πολώσεως των δύο συνιστωσών και με τη βοήθεια της ανάλυσης ανεξαρτήτων συνιστωσών (ICA) επιτυγχάνει το διαχωρισμό. Η μέθοδος εφαρμόζεται τόσο σε πραγματικές όσο και σε κατασκευασμένες εικόνες. / The subject of this thesis is the separation of two reflection components (specular and diffuse) on surfaces of dielectric materials. The specular reflections are a significant problem for many algorithms in the field of computer vision, i.e. image segmentation. After the analysis of the problem and an introduction to colorimetry and polarization we describe popular methods that have already been used for this problem. Finally, we represent our own separation method, which exploits the different degree of polarization in the two reflection components and achieves the separation using independent component analysis (ICA). The method is applied on both real and virtual images.

Στα πλαίσια αυτής της εργασίας παρουσιάζεται ένα ενσωματωμένο σύστημα χαμηλού κόστους το οποίο καταγράφει, αποθηκεύει και επεξεργάζεται αναπνευστικό σήμα που έχει ληφθεί κατά τη διάρκεια ανθρώπινου ύπνου. Στα κεφάλαια που ακολουθούν αναλύεται η δομή ,οι επιμέρους συνιστώσες του συστήματος καθώς και μέθοδοι επεξεργασίας του σήματος. Αρχικά λοιπόν ορίζεται το ιατρικό και θεωρητικό υπόβαθρο πάνω στο οποίο στηρίζονται οι ισχυρισμοί και μέθοδοι που ακολουθούνται. Εν συνεχεία, γίνεται εισαγωγή στους στοιχειώδεις ορισμούς όπως αυτοί του μικροελεγκτή και ενσωματωμένου συστήματος και γίνεται μια πρώτη αναφορά στο μικροελεγκτή ADuC 7026 της Analog Devices που χρησιμοποιήσαμε και στα περιφερειακά αυτού. Επίσης γίνεται και ανάλυση των στοιχειωδών χαρακτηριστικών του περιβάλλοντος μVision της Keil που μας επιτρέπουν να κάνουμε προσομοιώσεις με μηδενικό υλικό στη διάθεσή μας. Στο επόμενο κεφάλαιο γίνεται αναλυτική επεξήγηση του μικροελεγκτή μας και δίνονται επιπλέον ενδεικτικά παραδείγματα με τα οποία γίνεται κατανοητές βασικές δυνατότητες που προσφέρει αυτός και στις οποίες θα στηριχθούμε για να δομήσουμε το δικό μας πρόγραμμα. Σημειώνουμε εδώ πως ο προγραμματισμός του μικροελεγκτή και των περιφερειακών του έγινε σε γλώσσα προγραμματισμού C. Στο τέταρτο κεφάλαιο επεξηγούμε τον αλγόριθμο που χρησιμοποιήσαμε για την επεξεργασία του σήματος και τους λόγους επιλογής του. Έπειτα παραθέτουμε αναλυτικά τον κώδικα της εφαρμογής μας και τέλος καταλήγουμε σε αποτελέσματα και συμπεράσματα. / Within this thesis, we present a low cost embedded system that records, stores and processes the respiratory signal of snores obtained during human sleep. In the following chapters we analyze the structure, each component of the system and the methods being implemented. Initially we define the medical and theoretical background on which we are based to build in our program and apply our methods. Moreover, we give the basic definitions such as the microcontroller's and the embedded system’s, and we make the first presentation of The next the microcontroller ADuC 7026 of Analog Devices and its peripherals that will be used for implementation. We also present the μVision Keil environment which enables us to emulate the microcontroller having at our disposal zero hardware. The next section gives a detailed explanation of this microcontroller and some basic examples of its programming possibilities are presented that will help us with the application. The programming of the microcontroller and its peripherals was done in C programming language. In the fourth chapter we explain the algorithm that will be used for the signal processing and the reasons for its selection. Afterwards the programming of the microcontroller is given and explained in detail and finally we conclude with the results.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστίασε το ενδιαφέρον της στην διερεύνηση των αναλογικών ολοκληρωμένων φίλτρων της κατηγορίας ELIN εξωτερικά γραμμικά, εσωτερικά μη-γραμμικά. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν και σχεδιάστηκαν, νέες δομές φίλτρων συμπίεσης-αποσυμπίεσης του προς επεξεργασία σήματος στο πεδίο του υπερβολικού ημιτόνου χαμηλής τάσης τροφοδοσίας. Η γοργή ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής στην υλοποίηση συστημάτων υψηλής αξιοπιστίας και απόδοσης μικρού βάρους και όγκου όπως φορητών ηλεκτρονικών πολυμέσων, επικοινωνιών, βιοϊατρικών συσκευών, ωθεί στην σχεδίαση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων που τα απαρτίζουν με μειωμένη κατανάλωση ισχύος και κατ’ επέκταση χαμηλής τάσης τροφοδοσίας. Σ’ ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα η ενσωμάτωση αναλογικών και ψηφιακών κυκλωμάτων σε περιβάλλον χαμηλής τάσης τροφοδοσίας, ώστε το κόστος των διατάξεων να διατηρείται χαμηλό, επηρεάζει άμεσα την απόδοση του αναλογικού τμήματος, προτάσσοντας την ανάγκη για νέες αρχιτεκτονικές σχεδίασης του. Οι διατάξεις των αναλογικών φίλτρων αποτελούν συχνά δομικό στοιχείο των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και η διερεύνηση τους για την επίτευξη μεγάλης δυναμικής περιοχής, ηλεκτρονική ρύθμισης της απόκρισης συχνότητας και ταυτόχρονα χαμηλής κατανάλωσης ισχύος, έχει απασχολήσει αρκετά το ενδιαφέρον της ερευνητικής κοινότητας. Προτείνεται αρχικά η συστηματική σχεδίαση φίλτρων υψηλής τάξης στο πεδίο του υπερβολικού ημιτόνου, αποσκοπώντας στη βελτίωση της διαδικασίας υλοποίησης τους, με χρήση ήδη υπαρχουσών μη-γραμμικών διαγωγών υπερβολικού ημιτόνου, συνημίτονου. Η συμπίεση-αποσυμπίεση του προς επεξεργασία σήματος επιτυγχάνεται με την κατάλληλη τοποθέτηση συμπληρωματικών τελεστών ενώ ταυτόχρονα διατηρείται γραμμική η συνολική συμπεριφορά των διατάξεων. Με γνώμονα την εφαρμογή τους σε βιοϊατρικές συσκευές, εξομοιώνεται με δύο διαφορετικούς τρόπους φίλτρο 3ης τάξης leapfrog με συχνότητα αποκοπής 10Hz και τα αποτελέσματα που προκύπτουν συγκρίνονται με αντίστοιχο γραμμικής συμπεριφοράς. Στην συνέχεια, υλοποιείται η σχεδίαση BiCMOS φίλτρων οποιασδήποτε τάξης, δομημένα από μη-γραμμικούς διαγωγούς υπερβολικού ημιτόνου με δυνατότητα λειτουργίας σε υψηλές συχνότητες και σε χαμηλή τάση τροφοδοσίας. Επιλέγονται οι μέθοδοι του γραμμικού μετασχηματισμού, λειτουργικής και τοπολογικής εξομοίωσης ενός πρωτότυπου ελλειπτικού βαθυπερατού 3ης τάξης με συχνότητα αποκοπής 0.5 kHz και κυμάτωση στην ζώνη διέλευσης 0.5dB. Ακολουθεί ανάλυση και σύγκριση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν στο περιβάλλον Analog Virtuoso της Cadence Software, της τεχνολογίας AMS CMOS S35 0.35μm, μεταξύ των φίλτρων στο πεδίο του υπερβολικού ημιτόνου καθώς και με αντίστοιχες διατάξεις στο πεδίο του λογαρίθμου τάξης-ΑΒ και (OTA)-C στο γραμμικό χώρο. Προτείνεται ακόμη, η BiCMOS σχεδίαση γενικευμένων φίλτρων 2ης τάξης απλής εισόδου-πολλαπλών εξόδων και πολλαπλής εισόδου-απλής εξόδου, με δυνατότητα λειτουργίας σε περιβάλλον χαμηλής τάσης τροφοδοσίας, ηλεκτρονικής ρύθμισης της συχνότητας αποκοπής ω0 του συντελεστή ποιότητας Q και της ορθογώνιας μεταβολής μεταξύ των. Από την εξομοίωση τους πρόκυψε ότι είναι ενεργειακά αποδοτικότερη η υλοποίηση τους συγκρινόμενα με αντίστοιχα στο πεδίο του λογαρίθμου. Τέλος, στα πλαίσια υλοποίησης βιοϊατρικών εφαρμογών προτείνεται η σχεδίαση ενός μη-γραμμικού τελεστή ενέργειας στο πεδίο του υπερβολικού ημιτόνου για την ανίχνευση αιχμών δραστηριότητας σε νευρωνικά δίκτυα με τάση τροφοδοσίας 0.5V. Ο μη-γραμμικός διαγωγός υπερβολικού ημιτόνου, του οποίου ο διαγραμμικός βρόγχος αποτελείται από (pMOS) τρανζίστορ δομεί τους διαφοριστές και πολλαπλασιαστές τεσσάρων τεταρτημορίων τάξης-ΑΒ που απαρτίζουν την διάταξη. Εξομοιώνεται, κάνοντας χρήση CMOS τρανζίστορ της τεχνολογίας TSMC 130 nm, στο περιβάλλον Analog Virtuoso της Cadence Software και συγκρινόμενος με ήδη υπάρχουσες διατάξεις, παρουσιάζει την μικρότερη κατανάλωση ισχύος. / This present Ph.D dissertation is focused its interest on the design of low voltage analog integrated circuits. Companding (compressing-expanding) systems are Externally Linear, Internally Non-linear (ELIN) processors with potential for low-voltage operation capability. In this direction novel topologies of companding filters in the Sinh-Domain are introduced. Τhe radical technological developments of microelectronics in the systems implementation with high reliability and performance, such as portable electronic devices for multimedia, communications and biomedical systems, demand the design of integrated circuits with reduced power consumption and thus low voltage supply. Integration of analog and digital circuits of systems-on-chip – (SoC) in order to be kept the low cost, directly affects the performance of the analog section, pointing forward the need for novel architectural design. One of the basic building blocks for circuit design is analog filters and their investigation in order to achieved large dynamic range, electronic tuning capability of their frequency characteristics which has gained a significant research effort toward these goals. At first, a new systematic method for designing Sinh-Domain filters is introduced. The proposed method offers the benefits of facilitating the design procedure of high-order Sinh-Domain filters using already introduced building blocks and of the absence of any restriction concerning the type and/or the order of the realized filter function. This is achieved by employing an appropriate set of complementary operators, in order to transpose the conventional functional block diagram representation of each linear operation to the corresponding one into the Sinh-Domain. In order to demonstrate the validity of the proposed systematic method, 3rd order leapfrog low-pass filter with a cut-off frequency at 10Hz which is typical for biomedical applications, has been realized following two alternative approaches and, also, a comparison has been performed among them and a conventional linear filter where the most important performance factors have been taken into account. Continuing, novel BiCMOS sinh-domain filter topologies, derived according to operational emulation, component substitution techniques and Linear Transformation of the corresponding 3rd-order passive prototype filters, with a cut-off frequency at 0.5 kHz and pass-band ripple 0.5dB, is proposed. This has been achieved by utilizing BiCMOS nonlinear ransconductor cells into the sinh domain. An attractive benefit of the proposed filter topologies is their capability for operating in high frequencies and a low-voltage environment. The performance of a leapfrog sinh-domain filter has been compared, using the Analog Design Environment of the Cadence software using AMS CMOS S35 0.35μm, with those of the corresponding log-domain and operational ransconductance amplifier (OTA)-C filters. Furthermore, the design of a family of Sinh-Domain universal biquad filters are introduced offering the benefits of low-voltage operation and, simultaneously, power efficient realizations in comparison with the corresponding already proposed biquads. Also, they have the capability for orthogonal adjustment between the resonance frequency and Q factor of the filter and these parameters could be also electronically adjusted through appropriate dc currents. Thus, they could be considered as attractive blocks for realizing high-performance analog signal processing systems. Finally, a Sinh-Domain topology for realizing the Non Linear Energy Operator (NEO) is introduced. For this purpose, a novel Sinh-Domain differentiator is proposed which offers the benefits of ultra low-voltage operation capability and electronic tuning of the realized time-constant. The whole system is also constructed from a four-quadrant current multiplier, realized by employing appropriately configured non-linear transconductors. Considering a single power supply voltage of 0.5V, the behavior of the proposed Sinh-Domain NEO realization has been simulated using the Analog Design Environment of the Cadence software using TSMC 130 nm design hit.

Τα ασύρματα δίκτυα μικρής εμβέλειας (short-range wireless networks) γνωρίζουν σήμερα μεγάλη ανάπτυξη. Ένα βασικό δομικό στοιχείο των ασύρματων δικτύων είναι οι δέκτες (receivers), οι οποίοι περιλαμβάνουν μεταξύ των άλλων συστήματα για τον υποβιβασμό της συχνότητας του σήματος (down conversion) σε χαμηλότερες ενδιάμεσες συχνότητες (Intermediate Frequencies-IF). Κατά τη διαδικασία αυτή δημιουργείται το πρόβλημα της εμφάνισης ενός ειδώλου συχνότητας (image frequency), το οποίο συνυπάρχει με το σήμα προς επεξεργασία και θα πρέπει να απομακρυνθεί με χρήση κατάλληλων ηλεκτρονικών μιγαδικών φίλτρων (complex filters). Στόχος της Μεταπτυχιακής Διπλωματικής Εργασίας είναι η ανάπτυξη νέων δομών μιγαδικών φίλτρων τα οποία χρησιμοποιούνται σε δέκτες που λειτουργούν με τα πρότυπα Bluetooth/Zigbee. Κύρια πλεονεκτήματα αποτελούν η δυνατότητα λειτουργίας σε χαμηλή τάση τροφοδοσίας (1.2V), η ρύθμιση των χαρακτηριστικών τους με το ρεύμα πόλωσης, καθώς και η απουσία αντιστατών. Η εξομοίωση της λειτουργίας καθώς και η φυσική τους σχεδίαση έγιναν με χρήση του λογισμικού Cadence, σε τεχνολογία AMS 0.35μm. / Short-range wireless networks nowadays find great development. A basic structural component of wireless networks is the receivers, which include among others systems for down conversion of the signal into lower Intermediate Frequencies (IF). The problem of image frequency is created due to this procedure, which coexists with the under process signal and it should be removed through suitable electronic complex filters. The objective of this diploma Thesis is the development of new complex filters structures which are compatible with the Bluetooth/ZigBee standards. The main advantages are the operation availability in low-voltage supply (1.2V) environment, the adjustment of its characteristics through the dc bias current, and also the absence of resistors. The simulation of the filter and, also, the physical layout design were performed through the utilization of the Cadence with AMS BiCMOS 0.35um design kit.