- / -

Η διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στην αποκωδικοποίηση με τη χρήση LDPC κωδικών. Στα πλαίσιά της, θα μελετηθεί και θα αξιολογηθεί η κωδικοποίηση και η αποκωδικοποίηση LDPC, με συνδυασμένα κριτήρια παρεχόμενης ποιότητας (κριτήρια BER σε διάφορες συνθήκες μετάδοσης) και πολυπλοκότητας υλοποίησης σε υλικό. Μέσω εξομοίωσης, θα εξεταστεί κατά πόσο επηρεάζεται η απόδοση των αποκωδικοποιητών από την αναπαράσταση πεπερασμένου μήκους λέξης, η οποία χρησιμοποιείται για την υλοποίηση της αρχιτεκτονικής τους σε υλικό. Αφού αποφασιστεί το μήκος λέξης, ώστε η απόδοση του αποκωδικοποιητή να προσσεγγίζει τη θεωρητική, θα ακολουθήσει η μελέτη και ο σχεδιασμός της αρχιτεκτονικής του αποκωδικοποιητή, ώστε να ικανοποιεί και άλλα πρακτικά κριτήρια, με έμφαση στην χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Η καινοτομία της διπλωματικής έγκειται στην παρουσίαση ενός νέου κριτηρίου για τον τερματισμό των επαναλήψεων σε αποκωδικοποιητές LDPC. Το προτεινόμενο κριτήριο είναι κατάλληλο για υλοποίηση σε υλικό, και όπως προκύπτει τελικά, μπορεί να αποφέρει σημαντική μείωση στην κατανάλωση ενέργειας των αποκωδικοποιητών. Το κριτήριο ελέγχει αν υπάρχουν «κύκλοι» στην ακολουθία των soft words κατά την αποκωδικοποίηση. Οι «κύκλοι» αυτοί προκύπτουν σε κάποιες περιπτώσεις χαμηλού λόγου σήματος προς θόρυβο, όπου ο αποκωδικοποιητής δε μπορεί να καταλήξει σε αποτέλεσμα, κάτι το οποίο οδηγεί σε ανόφελη κατανάλωση ενέργειας, αφού δε βελτιώνεται το bit error rate, ενώ ο αποκωδικοποιητής συνεχίζει να λειτουργεί. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική τερματίζει τη διαδικασία της αποκωδικοποίησης σε περίπτωση που υπάρχει «κύκλος», επιτρέποντας σημαντική μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, η οποία συνοδεύεται από πολύ μικρή μείωση στην απόδοση του αποκωδικοποιητή. Το προτεινόμενο κριτήριο μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιαδήποτε υπάρχουσα αρχιτεκτονική για LDPC αποκωδικοποιητές. Συγκεκριμένα, στη διπλωματική αυτή, μελετώνται τα αποτελέσματα της εφαρμογής του κριτηρίου στις Hardware-Sharing και Parallel αρχιτεκτονικές. / This thesis introduces a novel criterion for the termination of iterations in iterative LDPC Code decoders. The proposed criterion is amenable for VLSI implementation, and it is here shown that it can enhance previously reported LDPC Code decoder architectures substantially, by reducing the corresponding power dissipation. The concept of the proposed criterion is the detection of cycles in the sequences of soft words. The soft-word cycles occur in some cases of low signal-to-noise ratios and indicate that the decoder is unable to decide on a codeword, which in turn results in unnecessary power consumption due to iterations that do not improve the bit error rate. The proposed architecture terminates the decoding process when a soft-word occurs, allowing for substantial power savings at a minimal performance penalty. The proposed criterion is applied to Hardware-Sharing and Parallel Decoder architectures.

- / -

Το θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αντικεραυνική προστασία όσον αφορά τα κυκλώματα γραμμής των ηλεκτρικών σιδηροδρομικών συστημάτων. Προτού όμως αναφερθούν τρόποι και συσκευές προστασίας ή δoθούν κάποια παραδείγματα εφαρμογών στις σιδηροδρομικές γραμμές κάποιων χωρών, πρέπει να γίνει μια εισαγωγική αναφορά γύρω από τον πυρήνα αυτής της εργασίας: τον κεραυνό. Έτσι, στο 1 κεφάλαιο γίνεται περιγραφή κάποιων εισαγωγικών εννοιών σχετικά με τον κεραυνό. Ξεκινώντας από τη φόρτιση των σύννεφων και στο πως αυτή γίνεται, καταλήγουμε στα διάφορα είδη κεραυνών. Ακολουθεί η εξομοίωση στο εργαστήριο με ορισμένα μεγάλα διάκενα εκκένωσης για την εξαγωγή κάποιων συμπερασμάτων της εκκένωσης του κεραυνού. Στη συνέχεια αναλύεται ο μηχανισμός των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων μέσα από τρεις φάσεις: έναρξη οχετού (οχετός προεκκένωσης), φάση του οχετού επιστροφής και ο συνδετικός οχετός. Τέλος γίνεται ανάλυση του ρεύματος κεραυνού και των παραμέτρων του, ενώ δίνονται και κάποιες σχέσεις για τη συχνότητα εμφάνισης των κεραυνών. Στο 2 κεφάλαιο γίνεται ανάλυση των συνδέσεων ασφαλειών (fuse link), μιας εφαρμογής που χρησιμοποιείται για την αντικεραυνική προστασία των κυκλωμάτων γραμμής. Αρχικά γίνεται περιγραφή των ειδικών παραμέτρων του συστήματος της συγκεκριμένης εφαρμογής που χρησιμοποιείται στα κινητήρια συστήματα. Στη συνέχεια δίνεται μια σύντομη επισκόπηση του πλήρους σχεδίου. Ακολούθως περιγράφονται οι προσομοιώσεις υπολογιστών, στις οποίες καθορίστηκε η κατανομή του ρεύματος κεραυνού σ’ ένα κινητήριο σύστημα. Στην παράγραφο 2.1.3.δ, εξηγείται η εργαστηριακή δοκιμή της συσκευής περιορισμού της τάσης, ειδικά της συμπεριφοράς (με τη χαρακτηριστική) του ρεύματος κεραυνού. Επιπλέον, γίνεται περιγραφή της πρακτικής εφαρμογής των ασφαλειών που είναι ανθεκτικές σε κεραυνούς, παρουσιάζοντας μια πρακτική δοκιμή. Δίνονται επίσης ορισμένες τυποποιημένες εφαρμογές. Τέλος, εξηγείται το σχέδιο των συνδέσεων των ασφαλειών που είναι ανθεκτικές σε κεραυνούς. Στο 3 κεφάλαιο αναλύονται τα αλεξικέραυνα μεταλλικών οξειδίων (ΜΟ). Τα συστήματα ισχύος των ηλεκτρικών σιδηρόδρομων μπορούν να προστατευτούν έναντι υπερτάσεων με τη χρήση αυτών των συσκευών. Στο κεφάλαιο περιγράφεται η αρχή λειτουργίας των αλεξικέραυνων ΜΟ, η οποία βασίζεται στη μη γραμμική χαρακτηριστική τάσης - ρεύματος συγκεκριμένων κεραμικών στοιχείων, αποκαλούμενα MO varistors. Ακολουθούν οι τρεις τύποι αλεξικέραυνων υπέρτασης ΜΟ για τα ηλεκτρικά συστήματα σιδηρόδρομων: με περίβλημα πορσελάνης, με συνθετικό πολυμερές περίβλημα και με άμεσα διαμορφωμένο πολυμερές περίβλημα. Τέλος, γίνεται λόγος για τη χρήση των αλεξικέραυνων ΜΟ στα DC κινητήρια συστήματα σύμφωνα με την Ένωση των Γερμανικών Επιχειρήσεων Μεταφορών (VDV), σε διάφορες σιδηροδρομικές εφαρμογές. Στο 4 κεφάλαιο γίνεται ανάλυση ενός πλάνου αντικεραυνικής προστασίας για τα συνεχούς ρεύματος (DC) σιδηροδρομικά συστήματα. Αρχικά, γίνεται μια αναφορά στις τάσεις του συστήματος και τις διάφορες μορφές υπερτάσεων, των άμεσων και έμμεσων πληγμάτων κεραυνού. Στη συνέχεια περιγράφονται κάποιες συσκευές προστασίας (καθώς και τα χαρακτηριστικά αυτών), όπως είναι τα αλεξικέραυνα υπερτάσεων ΜΟ (τύπου Α1 και Α2), οι περιοριστές χαμηλής τάσης (LVL), ενώ εισάγεται ένας προσφάτως ανεπτυγμένος υβριδικός περιοριστής τάσης (HVL) ο οποίος συνδυάζει την προστασία από υπερτάσεις και την προστασία έναντι των επικίνδυνων τάσεων επαφής. Τέλος, γίνεται μία περιγραφή διαφόρων μέτρων προστασίας στις γραμμές μεταφοράς, στους υποσταθμούς καθώς επίσης και στα οχήματα κίνησης, ενώ δίνονται και κάποια αποτελέσματα δοκιμών με χρήση LVLs. Το 5 κεφάλαιο αναλύει την πρόβλεψη των σφοδρών εκκενώσεων κεραυνού που μπορούν να προκαλέσουν μια σοβαρή διαταραχή στη λειτουργία της αμαξοστοιχίας, με τη χρησιμοποίηση υπολογιστών βασισμένων στο Ιαπωνικό Δίκτυο Ανίχνευσης Κεραυνού (Japanese Lightning Detection Network - JLDN), προκειμένου να υποστηρίξουν πομπούς για να κάνουν μια αποτελεσματική λήψη απόφασης σχετικά με τη ρύθμιση των μηχανικών συντήρησης, τις γεννήτριες ηλεκτρικής ενέργειας έκτακτης ανάγκης και τις επιπλέον ηλεκτρικές συσκευές για γρήγορη ανάκτηση. Ένα πραγματικού χρόνου σύστημα υποστήριξης λήψης απόφασης έχει αναπτυχθεί. Τέλος, γίνεται αναφορά στις δύο κύριες τεχνικές εκτίμησης, που εχουν αποτιμηθεί με την εφαρμογή τους σε πραγματικά δεδομένα κεραυνού, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της τροχιάς της περιοχής που κινείται επικίνδυνα και της διάρκειας της δραστηριότητας του κεραυνού. Στο 6 κεφάλαιο περιγράφονται οι λεπτομέρειες του αισθητήρα υπερτάσεων/υπερρευμάτων κεραυνού για το σιδηρόδρομο. Πρόκειται για ένα νέο σύστημα ελέγχου του σιδηροδρομικού σήματος, το οποίο ελέγχει σιδηροδρομικά σήματα, διακόπτες, κυκλώματα γραμμής βασισμένα στο πρωτόκολλο IP. Σε αυτό το σύστημα, πολλές ηλεκτρονικές συσκευές εγκαθίστανται κατά μήκος του σκληρού περιβάλλοντος του σιδηροδρόμου. Επομένως, αυτές οι ηλεκτρονικές συσκευές πρέπει να έχουν αντοχή προς το περιβάλλον για υπέρταση/υπέρρευμα κεραυνού, για θερμοκρασία, για δόνηση, για βροχή και για ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο. Σαν αντίμετρο για την υπέρταση κεραυνού, χρησιμοποιούμε την προστατευτική συσκευή (το αλεξικέραυνο). Η υποβάθμιση της προστατευτικής συσκευής μπορεί να προκαλέσει την καταστροφή των ηλεκτρικών συσκευών. Έτσι αναπτύχθηκε ο αισθητήρας υπερτάσεων/υπερρευμάτων για την ανίχνευση της υποβάθμισης της προστατευτικής συσκευής. Στο 7 κεφάλαιο περιγράφονται οι μετρήσεις των υπερτάσεων και των μεταβατικών ρευμάτων κεραυνού που εισέρχονται σε μια εγκατάσταση σιδηροδρόμου κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού του 2003 στο Tierp της Σουηδίας. Οι μετρήσεις υπερτάσεων έγιναν σε μια τεχνητή βάση που παρέχει έναν αδιάκοπο εφοσδιασμό για τα τηλεπικοινωνιακά συστήματα και τα συστήματα σηματοδότησης. Επίσης παρουσιάζονται και συζητούνται τα παραδείγματα των κυματομορφών των μεταβατικών ρευμάτων. Τέλος, το κεντρικό μήνυμα που περνάνε τα δύο τελευταία κεφάλαια, 8 και 9, είναι ότι πρέπει να ενισχυθούν τα αποτελεσματικά και οικονομικά αντίμετρα για την παρεμπόδιση των ζημιών κεραυνού στο σιδηροδρομικό σύστημα σηματοδότησης. Στο 8 κεφάλαιο μετρήθηκε η κατανομή του δυναμικού του κρασπέδου εδάφους όταν προκλήθηκε μια αύξηση δυναμικού της ράγας με την έγχυση ενός υπερρεύματος κεραυνού σε μια ράγα. Επιπλέον, διοχετεύθηκε ένα υπέρρευμα κεραυνού μέσα στη ράγα ή στο κράσπεδο εδάφους για να αυξηθεί το δυναμικό τους, προκειμένου να μετρηθούν οι υπερτάσεις κεραυνού σε μια ισόπεδη διάβαση έτσι ώστε να μπορέσουν να λάβουν βασικά δεδομένα για το σχεδιασμό της μόνωσης. Τέλος, αποδεικνύεται ότι ένα αποτελεσματικό αντίμετρο είναι να γειώσουμε τις συσκευές αντικεραυνικής προστασίας που συνδέονται με τους ηλεκτρονικούς ανιχνευτές τραίνων σε μια ισόπεδη διάβαση προκειμένου να κατασταλούν οι υπερτάσεις κεραυνού στην ισόπεδη διάβαση. Στο 9 κεφάλαιο μετρήθηκαν οι υπερτάσεις κεραυνού που προκλήθηκαν από την εισβολή των κυμάτων κεραυνού στο σιδηροδρομικό σύστημα ισόπεδης διάβασης, στην περίπτωση ενός πραγματικού πλήγματος κεραυνού, ώστε να μπορούν να κατανοηθούν οι υπερτάσεις αυτές ποσοτικά. Έτσι θα μπορούσαμε να διευκρινίσουμε τη συχνότητα εμφάνισης των υπερτάσεων κεραυνού στο σύστημα της ισόπεδης διάβασης στην κατάσταση του πραγματικού πλήγματος κεραυνού. / The subject of this project is the lightning protection for track circuits of electrical railway systems. But before being reported ways and protection devices or given some examples of applications for rail lines in some countries, should be an introductory reference around the core of this work: the lightning. Thus, chapter 1 contains a description of some import concepts about lightning. Starting from the charge of the clouds and how it is, we arrive at the different types of lightning. Here the simulation in the laboratory with some major gaps evacuation for some of the conclusions of the lightning discharges. Then analyze the mechanism of atmospheric discharges through three phases: entry drain, phase of the return drain and the connecting drain. Finally an analysis of lightning current and his parameters became, while some relationships are given about occurrence frequency of lightning. In the 2nd chapter an analysis of fuse link, an application used for lightning protection on track circuits, is described. First the special system parameters for this specific application, used in traction systems will be described. Then a brief overview of the complete project is given. Following computer simulations will be described, in which the lightning current distribution in a traction system was determined. In the paragraph 2.1.3.δ, the laboratory testing of the voltage limiting device, especially its lightning current behavior is explained. Moreover the practical application of the lightning resistant fuse link both in a field test and following in stand applications is described. Finally the design of this lightning resistant fuse link is explained. In the 3rd chapter Metal-Oxide (MO) surge arresters are described. Power systems of electric railways may be protected against overvoltages by using them. The operating principle of an MO surge arrester is essentially based on the strongly non-linear current-voltage characteristic of specific ceramic elements, so-called MO varistors, is described. Following the three types of (MO) surge arresters for electrical railway systems: with a Porcelain Housing, with a Polymer Composite Housing and with a Directly Moulded Polymer Housing. Finally, talk about use of MO surge arresters in DC traction systems as per Association of German Transport Undertakings (VDV), in various railway applications. In the 4th chapter an overvoltage protection concept for DC railway systems, is analyzed. First, there is a reference about system voltages and on various forms of overvoltages, of direct and indirect lightning strokes. Below, some protection devices (and their characteristics), such as the (MO) lightning surge arresters (A1 and A2 type), the Low Voltage Limiters (LVLs), while a newly developed Hybrid Voltage Limiter (HVL), which combines overvoltage protection and the protection against dangerous touch voltages, is introduced, are quoted. Finally, a description about some protection measures on overhead lines, for substations, and also on traction vehicles, while some test results using LVLs, are given. The 5th chapter investigates the prediction of severe lightning discharges that might cause a serious disturbance in train operation, by using computers based on the Japanese Lightning Detection Network (JLDN), in order to support dispatchers to make an effective decision about arranging maintenance engineers, emergency electrical power generators and extra electrical devices for quick recovery. A real-time decision support system has been developed. Two principal estimation techniques, which are used for estimating the trajectory of moving hazardous area and the lifetime of the lightning activity, have been evaluated by applying them to the real lightning data. In the 6th chapter details of the lightning surge sensor for railway are described. This is a new railway signal control system, which controls railway signals, switches, track circuits based on IP protocol. In this system, much electronic devices are installed along harsh railway environment. Therefore, these electronic devices must have environment resistance for lightning surge, temperature, vibration, waterproof, and electromagnetic noise. As a countermeasure for the lightning surge, we utilize the protective device (cable arrester). The degradation of the protective device may cause the damage of the electric devices. So we develop a lightning surge sensor to detect the degradation of a protective device. In the 7th chapter the measurements of lightning transients entering a railway facility during the summer of 2003, in Tierp, Sweden, are described. The measurements of the transients were made in a technical house that supplies an uninterrupted supply for the telecommunication systems and the signal systems. Examples of transient waveforms are presented and discussed. Finally, the major idea of chapters 8 and 9 is that it’s required to build up effective and economical countermeasures for preventing lightning damages on the railway signalling system. In the 8th chapter the wayside ground potential distribution when a rail potential rise was caused by injecting a lightning surge current into a rail, are measured. Moreover, a lightning surge current into the rail or wayside ground is injected, to raise their potential, in order to measure the lightning overvoltages on a level crossing so that we can obtain basic data for insulation design. It is shown in the paper that an effective countermeasure is to earth lightning protective devices attached to electronic train detectors for a level crossing in order to suppress the lightning overvoltages on the level crossing. In the 9th chapter the lightning overvoltages caused by invading lightning surges into the railway level crossing system in the event of real lightning stroke so that we can grasp the lightning overvoltages quantitatively, are measured. So, we could clarify the occurrence frequency of lightning overvoltages on the level crossing system in the condition of the real lightning stroke.

- / -

- / -

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η υλοποίηση σε υλικό κρυπτογραφικών μηχανισμών με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να αποκτήσουν ιδιότητες αυτό-ελέγχου χρησιμοποιώντας μηχανισμούς ανίχνευσης σφαλμάτων. Για το σκοπό αυτό θα προσπαθήσουμε να επιλέξουμε μέσα από γνωστούς μηχανισμούς ανίχνευσης λαθών που είναι διαθέσιμοι στη βιβλιογραφία, αυτούς που θα μας βοηθήσουν να εισάγουμε στο σύστημά μας τις επιθυμητές ιδιότητες αυτό-ελέγχου λαμβάνοντας παράλληλα φροντίδα για την διατήρηση των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του. Λόγω της κρισιμότητας που έχει η διαδικασία κρυπτογράφησης είναι πολύ σημαντικό να πραγματοποιείται χωρίς σφάλματα. Πιθανά σφάλματα θα μπορούσε να τα εκμεταλλευτεί κάποιος εισβολέας ώστε να διαβάσει το περιεχόμενο του μηνύματος κατά τη διάρκεια μιας μετάδοσης ή θα μπορούσαν να προκαλέσουν λάθη στο ίδιο το μήνυμα και την hash value που του αντιστοιχεί. Για αυτούς τους λόγους θα προσπαθήσουμε να εισάγουμε στην υλοποίηση του αλγόριθμου κρυπτογράφησης μηχανισμούς ανίχνευσης σφαλμάτων ώστε να διασφαλιστεί η απροβλημάτιστη λειτουργία του. Παράλληλα λόγω των ιδιαίτερων απαιτήσεων που υπάρχουν για ένα σύστημα κρυπτογράφησης που έχουν να κάνουν με ταχύτητα επεξεργασίας και την όσο το δυνατόν μικρότερη επιφάνεια ολοκλήρωσης θα λάβουμε ιδιαίτερη φροντίδα ώστε το σύστημα μας να διατηρήσει αυτά τα επιθυμητά χαρακτηριστικά. / The purpose of this thesis is the design and implementation in hardware of cryptographic mechanisms in order to gain self-checking properties using error detection techniques. In order to do so we will try to pick through known error detection mechanisms, those who will help us apply the desired self-checking characteristics to our system while taking care to maintain its characteristics. It is critical for the encryption process to be error-free. Possible errors could be exploited by an attacker to read the contents of the message during a broadcast or could cause errors in the message itself and the hash value that corresponds. For these reasons, we try to apply error detection mechanisms to the hardware implementation of the hash algorithms in order to ensure trouble free operation. At the same time, due to the special requirements of an encryption system about high processing speed and the smallest integration area possible we will take care so as our system to maintain these desired characteristics.

Οι ηλεκτρικά μικρές κεραίες χαρακτηρίζονται από εμπεδήσεις με μεγάλες αντιδράσεις και μικρή αντίσταση ακτινοβολίας. Αυτές οι αντιδράσεις λειτουργούν ως αποθήκη της ενέργειας που δίνεται στην κεραία μην επιτρέποντας της να ακτινοβολεί. Η προσαρμογή αυτών των εμπεδήσεων σε μια συγκεκριμένη τιμή αντίστασης (πχ 50 Ω) είναι πραγματική πρόκληση. Σε αυτή την εργασία θα εξετάσουμε τη δυνατότητα χρησιμοποίησης ενεργών κυκλωμάτων αρνητικής αντίστασης ώστε να «ακυρώσουμε» σε μια μεγάλη περιοχή συχνοτήτων τη χωρητική- επαγωγική συμπεριφορά μιας κεραίας, καθιστώντας έτσι το έργο της προσαρμογής πιο εύκολο. Στο πρώτο κεφάλαιο εξετάζουμε εισαγωγικές έννοιες των κεραιών και της προσαρμογής. Στο δεύτερο ασχολούμαστε θεωρητικά με κυκλώματα που παράγουν στην είσοδο τους μια αρνητική εμπέδηση. Στο τρίτο και στο τέταρτο κεφάλαιο εφαρμόζουμε την παραπάνω λογική σε ένα μονόπολο και μια patch κεραία αντίστοιχα. / Electrically small antennas present impedances characterized by large reactance and small radiation resistance. These reactances act to store much of the energy input to the antenna instead of allowing it to radiate. Matching these impedances to a 50-Ohm source is a real challenge. In this project we will consider the use of active negative resistance circuits in order to cancel out over o broadband the capacitive-inductive behavior of an antenna, making the task of matching easier. In the first chapter we consider introductory concepts of antennas and matching. In the second chapter we theoretically deal with circuits that produce a negative impedance at their input. In the third and fourth chapter we apply the previous concepts to a monopole and a patch antenna respectively.

Οι εφαρμογές της σύγχρονης τεχνολογίας επιτάσσουν τη χρήση συσκευών με όσο το δυνατόν μικρότερες διαστάσεις, χαμηλή τάση τροφοδοσίας, χαμηλή κατανάλωση ισχύος και ταυτόχρονα υψηλές επιδόσεις. Το αντικείμενο της εργασίας αυτής, αφορά στη σχεδίαση αναλογικών ολοκληρωμένων φίλτρων, χαμηλής τάσης τροφοδοσίας, για υλοποίηση μεγάλων σταθερών χρόνου, στο πεδίο του λογαρίθμου. Προς αυτή την κατεύθυνση, μελετώντας και σχεδιάζοντας δομές αναλογικών φίλτρων στο πεδίο του λογαρίθμου, επιτεύχθηκε η σχεδίαση φίλτρων δεύτερης τάξης με μεγάλες σταθερές χρόνου, διατηρώντας τις φυσικές διαστάσεις των κυκλωμάτων σε εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα. Αρχικά, παρουσιάζονται κάποια εισαγωγικά στοιχεία για την σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων σε περιβάλλον χαμηλής τάσης τροφοδοσίας. Γίνεται εισαγωγή στην ιδέα των λογαριθμικών φίλτρων και αναλύονται οι βασικές αρχές σχεδίασης. Παρουσιάζονται βασικά χαρακτηριστικά των κυκλωμάτων στο πεδίο του λογαρίθμου, καθώς και ανάλυση των τελεστών και των διαγωγών που αποτελούν τη βάση της σχεδίασης στο λογαριθμικό πεδίο. Επιπλέον, παρουσιάζονται οι υλοποιήσεις των ολοκληρωτών των φίλτρων στο πεδίο του λογαρίθμου. Στη συνέχεια, γίνεται τοπολογική εξομοίωση 2ης τάξης βαθυπερατών φίλτρων στο πεδίο του λογαρίθμου. Σχεδιάζονται φίλτρα με την κλασική μέθοδο υλοποίησης, κάνοντας χρήση ισοδύναμων των παθητικών στοιχείων στο λογαριθμικό πεδίο, αλλά και φίλτρα υλοποιημένα με διάγραμμα ροής (SFG). Παρουσιάζονται τα πρώτα αποτελέσματα των εξομοιώσεων που πραγματοποιήθηκαν με το λογισμικό Cadence και το γραφικό περιβάλλον που διαθέτει για την σχεδίαση αναλογικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων (Virtuoso Analog Environment). Προτείνονται, δύο κυκλώματα τα οποία πραγματοποιούν πολλαπλασιασμό της χωρητικότητας των πυκνωτών, επιτυγχάνοντας έτσι μεγάλες σταθερές χρόνου, και η υλοποίηση νέων ολοκληρωτών που κάνουν χρήση των πολλαπλασιαστών. Δημιουργούνται έτσι οι βάσεις για την υλοποίηση φίλτρων με εξαιρετικά μικρές διαστάσεις, των οποίων η σχεδίαση, η εξομοίωση και η φυσική σχεδίαση (layout design) παρουσιάζονται, αναλύονται και συγκρίνονται. / The technological evolution and market requirements have led to an increasing demand of low - power portable devices, featuring the reduced size of the devises and high efficiency. This M.Sc project deals with the design of analog integrated, Log - Domain filters, for low - voltage implementation, with large time - constants. In this direction, the design of a second order, low - pass filter, with the above features, and with the occupied silicon area maintained at very low levels, was achieved. In Chapters 1 and 2, an introduction to the design of integrated circuits in low voltage environment is presented. There is an introduction to the idea and the basic principles of Log - Domain filters. The key characteristics of circuits in a large signal operation point of view, and an analysis of the operators and the exponential transconductor cells are, also presented. Furthermore, the basic Log - Domain integrators has been analyzed. A topologic analysis of second order Log - Domain filters is given in Chapter 3. Filters has been initially designed firstly with the classic implementation, using Log - Domain equivalent of passive elements. In a second step, the filter has been realizes by employing the signal flow diagram (SFG) representation. These filters were simulated with the Analog Design environment of the Cadence software. the obtained simulation results confirmed the correct operation of the circuit. Two implementations for realizing the Log - Domain equivalent of a capacitor multiplier are introduced. In addition, implementations of new Log - Domain integrators, that use the capacitor multipliers, are given in Chapter 4. Using these implementations, Log - Domain filters, with reduced total area and large time - constants, are designed, simulated and characterized in Chapter 5. Finally, the layout design of a second - order has been performed in Chapter 6 and the provided post - layout simulation results show that the performance of the filter was close to that of the filter realized in schematic level.

Οι μετατροπείς της ενεργούς τιμής σήματος σε συνεχές είναι βαθμίδες με ευρεία εφαρμογή σε τηλεπικοινωνιακά συστήματα και σε βιοϊατρικά συστήματα. Στην εργασία αυτή, προτείνεται μια νέα γενική τοπολογία μετατροπέα ενεργούς τιμής σήματος σε συνεχές, η οποία λειτουργεί στο πεδίο του υπερβολικού ημιτόνου. Κύρια πλεονεκτήματα είναι η δυνατότητα λειτουργίας σε περιβάλλον χαμηλής τάσης τροφοδοσίας και η δυνατότητα επεξεργασίας σημάτων πολύ μεγαλύτερων της πόλωσης. Η εξομοίωση της λειτουργίας του κυκλώματος έγινε με τη χρήση του λογισμικού Analog Design Environment της Cadence. / Rms to DC converters, are stages with wide range of applications in telecommunication and biomedical systems. In this project, a new rms to dc converter topology is proposed, operating in sinh domain. Main advantages are the ability to operate in low voltage and the ability to process signals larger than bias. The circuit was simulated using Cadence Analog Design Environment software.