Τα φίλτρα λογαριθμικού πεδίου (log-domain filters) είναι μια οικογένεια φίλτρων συνεχούς χρόνου στην οποία γίνεται χρήση της μη-γραμμικής I/V χαρακτηριστικής των ενεργών στοιχείων (BJT τρανζίστορ, MOSFET τρανζίστορ σε ασθενή αναστροφή) για να επιτευχθεί γραμμική συμπεριφορά από είσοδο σε έξοδο. Επιπρόσθετα τα log-domain φίλτρα, προσφέρουν και άλλα πλεονεκτήματα, όπως την ηλεκτρονική ρύθμιση της συχνότητας αποκοπής, την λειτουργία σε υψηλές συχνότητες και την δυνατότητα λειτουργίας με χαμηλή τάση τροφοδοσίας. Στην παρούσα διατριβή προτείνεται μια καινούρια τεχνική σχεδιασμού log-domain φίλτρων, η οποία στηρίζεται στη κυματική μέθοδο (log-domain wave filters). Με αυτή την τεχνική, log-domain φίλτρα μπορούν να σχεδιαστούν είτε με την χρήση των κυματικών παραμέτρων σκέδασης (wave scattering parameters), είτε με την χρήση κυματικών τερματιστών θύρας (wave port terminator). Έτσι αρχικά, προτείνονται δομές log-domain κυματικών φίλτρων με χρήση των κυματικών παραμέτρων σκέδασης. Σε αυτήν την προσέγγιση, το log-domain κυματικό ισοδύναμο ενός επαγωγού σε σειρά κλάδο μετασχηματίζεται από το γραμμικό στο λογαριθμικό πεδίο. Τα log-domain κυματικά ισοδύναμα των υπολοίπων βασικών στοιχείων του παθητικού πρωτοτύπου φίλτρου προκύπτουν από το κυματικό ισοδύναμο του επαγωγού σε σειρά κλάδο με την εναλλαγή των εξόδων του ή/και την προσθήκη αντιστροφέων τάσης. Χρησιμοποιώντας μια διαφορετική προσέγγιση, προτείνονται δομές log-domain κυματικών φίλτρων με χρήση του log-domain κυματικού τερμαστιστή θύρας. Με την χρήση του σχεδιάζεται το κυματικό ισοδύναμο στο log-domain ενός πυκνωτή σε παράλληλο κλάδο, το οποίο χρησιμοποιείται ως το βασικό κυματικό ισοδύναμο δομικό στοιχείο. Τα κυματικά ισοδύναμα των υπολοίπων στοιχείων του παθητικού κυκλώματος προκύπτουν με χρήση των παραπάνω κυματικών ισοδυνάμων. Τέλος γίνεται μελέτη της επίδρασης των μη-ιδανικών χαρακτηριστικών του BJT τρανζίστορ και της επίδρασης των θερμοκρασιακών μεταβολών στην συμπεριφορά των προτεινόμενων φίλτρων, ενώ προτείνονται μέθοδοι τόσο για την επιμέρους όσο και την συνολική αντιστάθμισή τους. / Log-domain filters are a family of continuous time filters that instead of being designed using locally linearized components, directly exploit the non-linear nature of a BJT, or a MOSFET transistor operating in weak inversion, in order to obtain a system with overall linear performance. This way they exhibit high linearity even for large signal to bias ratios. In addition they have some other interesting features like tunability and the ability to work at high frequencies even with low voltage supplies. In the present dissertation a new method for the design of log-domain filters is proposed, based on the well-known wave method. According to this method log-domain filters can be designed using the wave scattering parameters or using the wave port terminator block. Structures of log-domain wave filters using wave scattering parameters are initially proposed. In this approach the log-domain wave equivalent of a series inductor is transformed from linear to log-domain. Log-domain wave equivalents of the other basic elements of a passive prototype are then derived by the interchange of its outputs or/and the addition of voltage inverters. These equivalents are then connected together forming the actual filter. Log-domain differential wave filters can be designed by the introduction of the log-domain differential wave equivalent of the series inductor. Using a different approach, log-domain wave filters have been designed, introducing the block of a log-domain wave port terminator. Using this block, the log-domain wave equivalent of a shunt capacitor is derived as the based structure element. The wave equivalents of other basic elements of the passive prototype are derived as before interchanging its outputs or/and adding voltage inverters. Finally the influence of the non-ideal characteristics of the BJT transistor on the frequency response of the derived filters is analyzed and efficient methods are proposed for their compensation.

Στόχος μου ήταν να αναφέρω τις βασικές μεθόδους βελτιστοποίησης της επιφάνειας και της καθυστέρησης ενός FIR φίλτρου σταθερών συντελεστών που έχουν προταθεί τα τελευταία χρόνια, να υλοποιήσω τις μεθόδους βελτιστοποίησης της επιφάνειας και να παραθέσω τα αποτελέσματα εξομοίωσης των παραπάνω μεθόδων. / My aim was to present the basic methods of reducing the area and delay of FIR filters of constant coefficients, to create the methods of reducing the area of FIR filters and to compare these methods.

Υλοποίηση παραμετροποιημένων FIR φίλτρων με την βοήθεια της γλώσσας περιγραφής υλικού VHDL. Μελέτη των αποτελεσμάτων για χώρο και περιοχή που καταλαμβάνει ο σχεδιαμσός. / FIR implementation with the description language VHDL. We discuss their results for area and the delay of each diagram (FIR filter).

Ένα από τα πιο σύγχρονα προβλήματα στα συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας είναι οι αρμονικές ρεύματος. Γενικά, η αρμονική μιας κύμανσης είναι μια συνιστώσα συχνότητας του σήματος, η οποία είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της θεμελιώδους συχνότητας, π.χ. εάν η θεμελιώδης συχνότητα είναι f, οι αρμονικές έχουν συχνότητες 2f,3f,4f και ούτω κάθε εξής. Για το ηλεκτρικό σήμα, η θεμελιώδης συχνότητα είναι τα 50 Hz. Άρα, οι αρμονικές του ηλεκτρικού ρεύματος έχουν συχνότητες ακέραια πολλαπλάσια της θεμελιώδους συχνότητας. Παραδείγματος χάρη, 100 Hz είναι η αρμονική δεύτερης τάξης, 150 Hz είναι η αρμονική τρίτης τάξης, 200 Hz είναι η αρμονική τέταρτης τάξης και ούτω κάθε εξής. Αιτία ύπαρξης αρμονικών ρεύματος είναι η ύπαρξη μη γραμμικών φορτίων, φορτίων δηλαδή, που παίρνουν ρεύμα διαφορετικής κυματομορφής από την τάση, άγουν δηλαδή ρεύμα μόνο σε ορισμένες περιοχές της τάσης. Τα προβλήματα που δημιουργούν οι αρμονικές είναι: α) μείωση του συντελεστή ισχύος με αποτέλεσμα αυξημένες απώλειες στα καλώδια, β) φαινόμενα συντονισμού με συνέπεια την καταστροφή πυκνωτών και μετασχηματιστών, γ) αρμονική παραμόρφωση τάσης η οποία οδηγεί σε αύξηση απωλειών σε κινητήρες, δ) παρεμβολές σε κυκλώματα ελέγχου και τηλεπικοινωνιών, ε) λανθασμένη λειτουργία συσκευών προστασίας, ζ) καταπόνηση ηλεκτρικών συσκευών. Όλα τα παραπάνω δημιουργούν υποβάθμιση της ποιότητας ισχύος. Και αν λάβουμε υπόψη την αυξανόμενη χρήση μη γραμμικών φορτίων τότε η βελτίωση της ποιότητας ισχύος είναι επιτακτική στην σημερινή εποχή. Για την αντιμετώπιση των αρμονικών ρεύματος, χρησιμοποιούμε αρμονικά φίλτρα. Τα αρμονικά φίλτρα χωρίζονται σε τρείς κατηγορίες. Υπάρχουν τα παθητικά φίλτρα, τα ενεργά φίλτρα και τα υβριδικά φίλτρα. Τα παθητικά αρμονικά φίλτρα που αποτελούνται από πυκνωτές, επαγωγές και αντιστάσεις μπορούν να χωριστούν σε φίλτρα συντονισμού και σε υψιπερατά φίλτρα. Αυτά συνδέονται παράλληλα με τα μη γραμμικά φορτία. Τα ενεργά φίλτρα μπορούν να χωριστούν σε παράλληλα ενεργά φίλτρα και σε εν σειρά ενεργά φίλτρα ανάλογα με την κυκλωματική τους διαμόρφωση. Προς το παρόν, τα παράλληλα ενεργά φίλτρα είναι πιο ελκυστικά από τα εν σειρά ενεργά φίλτρα, όσον αφορά την μορφή και την λειτουργία τους. Το παράλληλο ενεργό φίλτρο μπορεί να ελεγχθεί με βάση τον παρακάτω τρόπο ελέγχου. Ο ελεγκτής παρατηρεί το στιγμιαίο ρεύμα του φορτίου. Αποσπά το αρμονικό ρεύμα από το υπό παρατήρηση ρεύμα του φορτίου δια μέσου της ψηφιακής επεξεργασίας του σήματος. Το ενεργό φίλτρο τροφοδοτεί το φορτίο με το αρμονικό ρεύμα που χρειάζεται για να λειτουργήσει σωστά, με συνέπεια να απαλλάσσεται η πηγή τροφοδοσίας από το αρμονικό ρεύμα. Διαφορετικά από το παράλληλο ενεργό φίλτρο, το εν σειρά ενεργό φίλτρο ελέγχεται με βάση τον παρακάτω τρόπο ελέγχου. Ο ελεγκτής παρατηρεί το στιγμιαίο ρεύμα τροφοδοσίας. Αποσπά το αρμονικό ρεύμα από το υπό παρακολούθηση ρεύμα τροφοδοσίας δια μέσου της ψηφιακής επεξεργασίας του σήματος. Το ενεργό φίλτρο εφαρμόζει μια τάση εξισορρόπησης ανάλογη του αρμονικού ρεύματος και αντίθετου πρόσημου επί του πρωτεύοντος του μετασχηματιστή που είναι συνδεδεμένος σε σειρά με την πηγή τροφοδοσίας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την σημαντική μείωση του αρμονικού ρεύματος τροφοδοσίας. Τα υβριδικά φίλτρα είναι ένας συνδυασμός ενός παθητικού φίλτρου και ενός ενεργού φίλτρου. Μια υβριδική διάταξη που είναι πολύ δημοφιλής είναι η εν σειρά σύνδεση ενός ενεργού φίλτρου και ενός παθητικού φίλτρου. Γενικά, τα υβριδικά φίλτρα έχουν πλεονεκτήματα σε σχέση με τα ενεργά φίλτρα. Μερικά από αυτά είναι: α) εμφάνιση μικρότερης τάσης στον πυκνωτή του φίλτρου, β) χρησιμοποίηση μικρότερης τάσης IGBTs ως στοιχεία ισχύος, γ) μη εμφάνιση της δεσπόζουσας αρμονικής της τάσης στα άκρα του ενεργού φίλτρου, δ) μικρότερης έντασης διακοπτικές αιχμές, ε) καλύτερη εκτέλεση φιλτραρίσματος. Στην συγκεκριμένη διπλωματική εργασία εξετάζεται ένα υβριδικό ενεργό φίλτρο μέσης τάσης που χρησιμοποιεί μετατροπέα τριών επιπέδων και συνδέεται απευθείας στο δίκτυο χωρίς να παρεμβάλλεται μετασχηματιστής. Η υπό μελέτη διάταξη αποτελείται από την πηγή τροφοδοσίας, η οποία είναι ονομαστικής τάσεως 4.16 KV (πολική τάση, rms τιμή) και συχνότητας 60 Hz. Επίσης η επαγωγή της πηγής τροφοδοσίας είναι Ls=0.15 mH. Το μη γραμμικό φορτίο της διάταξης μας είναι μια ανορθωτική διάταξη διόδων, όπου στην AC πλευρά της έχει τοποθετηθεί μία επαγωγή LAC για καλύτερη προστασία ρεύματος. Το υβριδικό ενεργό φίλτρο συνδέεται απευθείας στο φορτίο χωρίς την χρήση μετασχηματιστή υποβίβασης της τάσης. Αυτή η συγκεκριμένη υβριδική διάταξη αποτελείται από ένα παθητικό φίλτρο που είναι συντονισμένο στην έβδομη αρμονική συχνότητα και ένα ενεργό αρμονικό φίλτρο. Το ενεργό και παθητικό φίλτρο συνδέονται σε σειρά. Το ενεργό φίλτρο χρησιμοποιεί μετατροπέα τριών επιπέδων. Η προσομοίωση της συγκεκριμένης διάταξης γίνεται με το πρόγραμμα PSCAD. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι με την ενεργοποίηση του υβριδικού φίλτρου η κυματομορφή του ρεύματος τροφοδοσίας γίνεται σχεδόν ημιτονοειδής. Επίσης, βλέπουμε στο φάσμα με τις αρμονικές συχνότητες του ρεύματος τροφοδοσίας ότι είναι απαλλαγμένο από αρμονικές συχνότητες. Επομένως, η συγκεκριμένη διάταξη προσφέρει καλή εκτέλεση φιλτραρίσματος για εφαρμογές μέσης τάσης. / One of the most outstanding problems in Power Systems is the harmonic current. Generally, a harmonic fluctuation is a component frequency of the signal, which is an integer multiple of the fundamental frequency, e.g. if the fundamental frequency is f, the harmonics have frequency 2f, 3f, 4f, and so forth. For the electrical signal, the fundamental frequency is 50 Hz. Therefore, the harmonics of the power frequencies are integer multiples of the fundamental frequency. For example, 100 Hz is the second order harmonic, 150 Hz is the third order harmonic, 200 Hz is the fourth harmonic order and so on. Reason being harmonic current is the presence of nonlinear loads, i.e. loads that getting a current waveform which is different from the voltage waveform, i.e. drag power only in certain areas of tension. The problems caused by harmonics are: a) reducing the power factor that resulting to increased losses in the cable b) resonance resulting in the destruction of capacitors and transformations, c) harmonic voltage distortion which leads to increased losses in motors, d) interferences to control circuits and telecommunications, e) incorrect operation of protective devices, g) harassment of the electrical devices. All these cause degradation of power quality. And considering the increasing use of nonlinear loads, the improve of power quality is imperative in this era. To meet the harmonic current, using harmonic filters. Harmonic filters are divided into three categories. There are passive filters, active filters and hybrid filters. The passive harmonic filters consisting of capacitors, inductors and resistors can be divided into coordination filters and high pass filters. These are connected in parallel with nonlinear loads. Active filters can be divided into parallel active filters and series active filters in terms of the circuit configuration. At present, the parallel active filters are more attractive than the series active filters, in terms of form and function. The parallel active filter can be controlled by the following way. The controller observes the instantaneous load current. It extracts the harmonic current from the observed load current through the digital signal processing. The active filter supplies the load with harmonic current which needs to function properly, thus the power source exempt from the harmonic current. Different from the parallel active filter, the series active filter is controlled by the following way. The controller observes the instantaneous supply current. It extracts the harmonic current from the supply current through the digital signal processing. The active filter applies a voltage which is proportional to the harmonic current and opposite sign on the primary of the transformer which is connected in series with the power source. This results in significant reduction of the harmonic supply current. Hybrid Filters are a combination of a passive filter and an active filter. A very popular hybrid device is the series connection of an active filter and a passive filter. Generally, hybrid filters have advantages over active filters. Some of these are: a) show less voltage in the capacitor of the filter, b) using lower voltage-rated IGBTs as power devices, c) non-appearance of the dominant harmonic voltage at the ends of the active filter, d) less intense switching spikes, e) better filtering performance. In this thesis examined a medium-voltage transformerless hybrid active filter with three-level converter. The device under study consists of the power source, which has rated voltage 4.16 KV (polar voltage, rms value) and frequency 60 Hz. Also, the induction power source is Ls = 0.15 mH. The non-linear load is a diode rectifier device, where in the AC side has placed an induction of LAC to better protection of current. The hybrid active filter is connected directly to the load without the use of voltage step-down transformer. This particular hybrid device consists of a passive filter which is tuned to the seventh harmonic frequency, and an active harmonic filter. The active and passive filter are connected in series. The active filter uses a three-level inverter. The simulation of this device realized with the program PSCAD. The results indicate that after the activation of the hybrid filter, the power supply waveform is almost sinusoidal. Also see the spectrum with the harmonics of the supply current that is free from harmonics. Therefore, this device offers good performance filtering in medium voltage applications.

Στην παρούσα διπλωματική ασχοληθήκαμε με την εύρεση του καρδιακού ρυθμού ενός ατόμου με τεχνικές ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας στο κοντινό και στο μέσο υπέρυθρο φάσμα. Χρησιμοποιήσαμε μια σειρά από διόδους εκπομπής στο υπέρυθρο φάσμα και μια βιντεοκάμερα με την οποία πήραμε τα προς εξέταση δεδομένα. Στηριζόμαστε στην ιδιότητας της αιμοσφαιρίνης να απορροφά το υπέρυθρο φως ορισμένου μήκους κύματος. Επεξεργαζόμενοι το οπτικό υλικό που προκύπτει από τις μετρήσεις μας με κατάλληλες μεθόδους μπορούμε να πλησιάσουμε στην εύρεση του καρδιακού ρυθμού, μελετώντας τα βιολογικά σήματα και ευρίσκοντας μεθόδους βελτίωσης τους. / -

Η πρόοδος της τεχνολογίας CMOS δίνει τη δυνατότητα σχεδιασμού φθηνών, πολυπύρηνων, κοινής μνήμης, ενσωματωμένων επεξεργαστών. Ωστόσο, η υποστήριξη της συνάφειας της κρυφής μνήμης με κάποια μέθοδο που παρουσιάζει καλή κλιμάκωση απαιτεί σημαντική προσπάθεια. Τα πρωτόκολλα υποκλοπής παρέχουν μία λύση εύκολη στο σχεδιασμό, όμως είναι απαιτητικά σε εύρος ζώνης και κατανάλωση. Επιπλέον, η κλιμάκωσή τους είναι περιορισμένη όταν χρησιμοποιούνται σε αρτηρίες. Τα πρωτόκολλα που κάνουν χρήση ευρετηρίου, ειδικά τα κατανεμημένα, επιφέρουν μικρότερη επιβάρυνση στο δίκτυο. Απαιτούν όμως ελεγκτές ευρετηρίων οι οποίοι είναι δύσκολοι στο σχεδιασμό και καταναλώνουν πολύτιμη μνήμη, επιφάνεια και κατανάλωση εντός του ολοκληρωμένου, κάνοντάς τη λύση αυτή ακατάλληλη για ενσωματωμένα πολυπύρηνα συστήματα. Στην εργασία αυτή, παρουσιάζουμε ένα μηχανισμό διατήρησης της συνάφειας ο οποίος παρουσιάζει καλή κλιμάκωση, και βασίζεται σε απλά πρωτόκολλα υποκλοπής, πάνω όμως σε ένα ιεραρχικό δίκτυο σημείο προς σημείο. Για να μειωθούν δραματικά τα μηνύματα που στέλνονται με ευρεία εκπομπή, προτείνουμε τα Χρονολογικά Φίλτρα, μια λύση βασισμένη στα φίλτρα Bloom. Σε αντίθεση με προηγούμενες προσεγγίσεις, τα Χρονολογικά Φίλτρα (Temporal Filters - TF) είναι εφοδιασμένα με ένα μοναδικό χαρακτηριστικό: την ικανότητα να σβήνουν τα περιεχόμενά τους σε συγχρονισμό - αλλά χωρίς να επικοινωνούν - με τις κρυφές μνήμες. Τα Χρονολογικά Φίλτρα και οι κρυφές μνήμες σβήνουν τα περιεχόμενά τους βασισμένα στις ενέργειες που γίνονται για τη διατήρηση της συνάφειας, παρέχοντας ασφαλές φιλτράρισμα ορισμένων μηνυμάτων του πρωτοκόλλου συνάφειας. Με τον τρόπο αυτό, ξεπερνάμε το πρόβλημα της αφαίρεσης στοιχείων των φίλτρων Bloom, χωρίς τη χρήση επιπλέον μετρητών, μηνυμάτων ή σημάτων, όπως έχουν προταθεί σε προηγούμενες εργασίες. Όλα τα παραπάνω γίνονται χωρίς καμία τροποποίηση των πρωτοκόλλων συνάφειας της κρυφής μνήμης. Ως αποτέλεσμα, η λύση που προτείνεται στην εργασία αυτή, χρησιμοποιεί μικρές δομές που μπορούν να ενσωματωθούν εύκολα στους μεταγωγείς του μέσου διασύνδεσης. Για την αποτίμηση των μηχανισμών που προτείνουμε, χρησιμοποιήθηκε το περιβάλλον προσομοίωσης GEMS - για να μοντελοποιηθούν πολυπύρηνοι επεξεργαστές εντός ολοκληρωμένου με 8 και 16 πυρήνες, με ιδιωτικές κρυφές μνήμες πρώτου και δευτέρου επιπέδου - και η σουίτα μετροπρογραμμάτων SPLASH-2. Τα Χρονολογικά Φίλτρα αποδείχτηκαν ικανά να μειώσουν έως και κατά 74.7\% (κατά μέσο όρο) τα μηνύματα στο μέσο διασύνδεσης. Επιπλέον, τα Χρονολογικά Φίλτρα προσφέρουν τη δυνατότητα μείωσης της στατικής κατανάλωσης, καθώς χρησιμοποιείται η τεχνική Decay στις κρυφές μνήμες. / Advances in CMOS technology are enabling the design of inexpensive, multicore, shared-memory, embedded processors. However, supporting cache coherence in a scalable fashion in these architectures requires considerable effort. Snoop protocols provide an easy-to-design solution but they are greedy bandwidth and power consumers. In addition, their scalability is limited over a broadcast bus. Scalable directory protocols, especially distributed ones, remedy the bandwidth overhead but require hard-to-design directory controllers that consume precious on-chip storage, area, and power, rendering the solution unattractive for embedded multicores. In this work we advocate a scalable coherence solution based on simple broadcast snooping protocols but over a scalable hierarchical point-to-point network. To dramatically cut down on broadcasts we propose Temporal Filtering, a solution based on Bloom filters - a storage-efficient memory structure. In contrast to previous approaches, Temporal Filters (TFs) are equipped with a unique characteristic: the ability to self-clean their contents in concert - but without communicating - with caches. Both TFs and caches decay their contents based on coherence activity, guaranteeing the correctness of coherence filtering. In this way, we overcome the problem of entry removal in the Bloom filters without the need of extra counters, messages, or even extra signals as in previous work and, more importantly, without requiring changes in the underlying cache snoop protocols. As a result, our solution utilizes frugal single-bit structures that can be easily integrated into network switches. For our evaluation we use GEMS to model a 8- and 16-core CMP with private L1/L2 caches of various sizes, and the SPLASH-2 suite. TFs are proven able to reduce the 74.7\% (arithmetic average) of the network messages. In addition, TFs offer also leakage saving opportunities since cache decay is also applied in private caches.

Το αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής αφορά στη σχεδίαση αναλογικών ολοκληρωμένων φίλτρων χαμηλής τάσης τροφοδοσίας με χρήση καθρεπτών ρεύματος. 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. Η μείωση της τάσης τροφοδοσίας θέτει αρκετές προκλήσεις στη σχεδίαση αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, καθώς οδηγεί σε μειωμένη απόδοση όσον αφορά το εύρος συχνοτήτων λειτουργίας αλλά και το επιτρεπόμενο πλάτος σημάτων που μπορούν να διαχειριστούν. Προς αυτήν την κατεύθυνση, μελετώνται και σχεδιάζονται δομές αναλογικών φίλτρων χρησιμοποιώντας καθρέπτες ρεύματος χαμηλής τάσης τροφοδοσίας, οι οποίοι μπορούν να διαχειριστούν σήματα με σχετικά μεγάλη διακύμανση. Όλες οι δομές έχουν τη δυνατότητα ηλεκτρονικής ρύθμισης της συχνοτικής τους απόκρισης, μεταβάλλοντας το ρεύμα πόλωσης των καθρεπτών ρεύματος. Με αυτό τον τρόπο αντισταθμίζονται οι επιπτώσεις από τις μεταβολές των παραμέτρων κατασκευής, της τάσης τροφοδοσίας και της θερμοκρασίας. Αρχικά, προτείνονται διάφορες τοπολογίες γενικευμένων φίλτρων 2ης τάξης (universal biquads) με δυνατότητα ανεξάρτητης μεταβολής της συχνότητας και του συντελεστή ποιότητας των πόλων τους. Στα πλαίσια της συγκεκριμένης ερευνητικής εργασίας κατασκευάστηκε ένα ολοκληρωμένο με την τεχνολογία AMS CMOS 0.35μm, το οποίο περιέχει δύο από τις προτεινόμενες τοπολογίες γενικευμένων φίλτρων 2ης τάξης. Τα αποτελέσματα από την πειραματική μέτρηση του ολοκληρωμένου παρουσιάζουν πολύ μικρή απόκλιση από τις προσομοιώσεις. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται μια συστηματική μέθοδος σχεδίασης ενεργών κυματικών φίλτρων με κυματικούς προσαρμογείς θύρας. Η προτεινόμενη μέθοδος εφαρμόζεται για τη σχεδίαση ενός ελλειπτικού βαθυπερατού φίλτρου 3ης τάξης με συχνότητα αποκοπής 2MHz και κυμάτωση στη ζώνη διέλευσης 0.1dB. Ακόμη, προτείνονται δύο μιγαδικά φίλτρα Butterworth 12ης τάξης για εφαρμογή σε ασύρματους δέκτες χαμηλής τάσης τροφοδοσίας, τα οποία σχεδιάστηκαν με την μέθοδο Leapfrog και την τοπολογική εξομοίωση LC κλιμακωτών φίλτρων. Στα πλαίσια της παρούσας ερευνητικής εργασίας πραγματοποιήθηκε η κατασκευή ενός ακόμη ολοκληρωμένου με την τεχνολογία AMS CMOS 0.35μm, το οποίο περιέχει τις δύο προτεινόμενες τοπολογίες μιγαδικών φίλτρων. Τα αποτελέσματα από την πειραματική μέτρηση του ολοκληρωμένου έχουν πολύ μικρή απόκλιση από τις προσομοιώσεις, επιβεβαιώνοντας την ορθή λειτουργία των μιγαδικών φίλτρων και καθιστώντας τις εν λόγω τοπολογίες αξιόπιστες για χρήση σε ασύρματους δέκτες που λειτουργούν με βάση τα πρότυπα Bluetooth/ZigBee. Μια άλλη κατηγορία φίλτρων που μελετάται, είναι αναλογικά φίλτρα τα οποία υλοποιούν συναρτήσεις κυματιδίου (wavelet filters), κατάλληλα για την επεξεργασία καρδιακών σημάτων. Οι καθρέπτες ρεύματος που χρησιμοποιούνται λειτουργούν στην περιοχή υποκατωφλίου, παρέχοντας έτσι τη δυνατότητα χρήσης της πολύ χαμηλής τάσης τροφοδοσίας 0.5V. Ταυτόχρονα, λόγω των μικρών ρευμάτων πόλωσης, τα φίλτρα που προκύπτουν παρουσιάζουν εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ισχύος. Τα αποτελέσματα από τις προσομοιώσεις καταδεικνύουν τη χρησιμότητα τους σε σύγχρονες βιοϊατρικές εφαρμογές. Τέλος, προτείνεται μια νέα τοπολογία καθρέπτη ρεύματος χαμηλής τάσης τροφοδοσίας με μεταβλητό κέρδος το οποίο ελέγχεται ηλεκτρονικά, μεταβάλλοντας τα ρεύματα πόλωσης της βαθμίδας. Η συγκεκριμένη τοπολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σχεδίαση ηλεκτρονικά ρυθμιζόμενων φίλτρων. Η ορθή λειτουργία της προτεινόμενης βαθμίδας επαληθεύεται από την πειραματική μέτρηση του αντίστοιχου ολοκληρωμένου κυκλώματος που κατασκευάστηκε με την τεχνολογία AMS CMOS 0.35μm. / This Ph.D. dissertation deals with the design of low-voltage analog integrated circuits. The technological evolution and market requirements have led to an increasing demand of low-power portable devices, featuring the reduced size and high efficiency. The supply voltage scaling sets new challenges in analog circuit design as this leads to a degraded circuit performance in terms of available bandwidth and smaller available signal swings. In this direction, novel analog filters using low-voltage high swing current mirrors are introduced. The resonant frequency of the proposed filters can be electronically controlled by modifying appropriate dc currents. Thus, any effect from process, voltage and temperature variations can be eliminated. At first, novel universal biquad filters are introduced offering the feature of orthogonal adjustment between the resonant frequency and quality factor. As part of this research work, a chip prototype containing two of the proposed universal biquad filter topologies has been fabricated using AMS 0.35μm CMOS process. The experimental results from the fabricated chip are very close to those theoretically predicted. Continuing, a new systematic method for designing high-order wave active filters employing the wave port adaptors is proposed. Attractive characteristics of the derived filters are the repeated structures and the low sensitivity in passive and active mismatches. In order to demonstrate the validity of the proposed method, a 3rd order elliptic lowpass filter with cutoff frequency at 2MHz and pass band ripple 0.1dB is designed. Furthermore, the design of two 12th Butterworth complex filters using current mirrors for low-IF receivers is discussed. The proposed topologies derived according to the Leapfrog and topological emulation techniques. As part of this work, a second prototype chip containing the two complex filters has been fabricated using AMS 0.35μm CMOS process. The experimental results from the fabricated chip demonstrate the high efficiency of the proposed topologies; thus, they can be considered as very promising counterparts for realizing filters in modern wireless systems. Moreover, novel analog wavelet filters suitable for cardiac signal analysis are introduced. The employed current mirrors are operating in subthreshold region, thus combining the operation under the low supply voltage of 0.5V and the low biasing currents. The simulation results evince their usefulness in nowadays biomedical applications. Finally, a novel scheme of a low-voltage current mirror with electronically adjustable current gain is introduced. The proposed building block is suitable for electronically controllable filters or performing signal scaling. The behavior of the proposed topology is experimentally verified through a fabricated chip.

Αντικείμενο της παρούσας Ειδικής Επιστημονικής Εργασίας είναι η μελέτη, σχεδίαση, εξομοίωση και φυσική σχεδίαση ενός αναλογικού μιγαδικού ζωνοδιαβατού φίλτρου 6ης τάξης. Βασικές δομικές μονάδες του φίλτρου είναι ενισχυτές ρεύματος οι οποίοι χρησιμοποιούν τη βαθμίδα “Flipped Voltage Follower”. Με τη συγκεκριμένη βαθμίδα είναι εφικτή η σχεδίαση όλων των επιμέρους κυκλωμάτων σε περιβάλλον χαμηλής τάσης τροφοδοσίας-χαμηλής κατανάλωσης ισχύος. / The subject of this master thesis is the design, simulation and physical layout of a 6th order analog complex bandpass filter. The filter is constructed by current mirrors which are utilizing the cell "Fliped Voltage Follower". Thus, all of the circuits offer the benefit of operating in low-voltage/low-power environment.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία ασχοληθήκαμε με την εύρεση του καρδιακού παλμού ενός ατόμου με τεχνικές ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας στο κοντινό και στο μέσο υπέρυθρο φάσμα. Χρησιμοποιήσαμε μια σειρά από διόδους εκπομπής στο υπέρυθρο φάσμα και μια βιντεοκάμερα με την οποία πήραμε τα προς εξέταση δεδομένα. Στηριζόμαστε στην ιδιότητας της αιμοσφαιρίνης να απορροφά το υπέρυθρο φως ορισμένου μήκους κύματος. Επεξεργαζόμενοι το οπτικό υλικό που προκύπτει από τις μετρήσεις μας με κατάλληλες μεθόδους μπορούμε να πλησιάσουμε στην εύρεση του καρδιακού ρυθμού, μελετώντας τα βιολογικά σήματα και ευρίσκοντας μεθόδους βελτίωσης τους. Θα κάνουμε μία σύντομη αναφορά στα κεφάλαια που περιλαμβάνει η εργασία αυτή. Στην αρχή γίνεται μια γνωριμία με τον τομέα της Βιοιατρικής Τεχνολογίας, τις εφαρμογές αυτού και τους κλάδους που τον συνθέτουν. Εν συνεχεία, δίνονται κάποιες εισαγωγικές έννοιες σε σχέση με τα βιολογικά σήματα καθώς και οι βασικές αρχές επεξεργασίας αυτών. Κατόπιν προσεγγίζονται βασικές έννοιες φυσιολογίας του καρδιοκυκλοφοριακού συστήματος και της αιμοσφαιρίνης, καθώς διαδραματίζει σημαντικότατο ρόλο στην πειραματική μας διαδικασία. Ακολουθεί η περιγραφή της πειραματικής διάταξης καθώς και τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις πειραματικές διαδικασίες που πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο μας. Στα επόμενα τρία κεφάλαια πραγματοποιείται η επεξεργασία των σημάτων μας αρχικά με τη βοήθεια του μετασχηματισμού Fourier και έπειτα με τη χρήση μιας σειράς κατωδιαβατών φίλτρων εφαρμοσμένων στα σήματα φωτεινότητας αλλά και στις εικόνες που προέκυψαν από το πειραματικό μέρος της εργασίας. Παραθέτουμε τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα μας από τη μελέτη αυτών. Τέλος,γίνεται αναφορά στις βασικές αρχές που διέπουν την απορρόφηση του φωτός κια στις βασικές διεργασίες που συνtελούν στη λειτουργία αυτή. / In this paper we dealt with finding the heartbeat of a person with digital image processing techniques in the near and mid infrared range. We used a series of infrared emitting diodes spectrum and a CCD video camera with which we got to test data. We rely on the status of hemoglobin to absorb the infrared light of certain wavelength. By editing visual materials resulting from our measurements using appropriate methods we can get closer to finding the rhythm, studying the biological signals. In the beginning there is an introduction to the field of medical technology, applications and industries such as it is composed. Then, we present some introductory concepts in relation to biological signals and the basic principles of processing. Afterwards, we approached concepts of circulation physiology and the properties of hemoglobin, as it plays a crucial role in our experimental procedure. We also describe the experimental setup and the results of the experimental procedures performed in our laboratory. The next three chapters are about the processing of signals using the Fourier transformation and then we use a series of low-pass filters applied to luminance signals and images obtained from the experimental part. Then we refer to the results and conclusions from our study which shows similarities between the heart rate curve and the luminance curve. Finally, reference is made to the basic principles governing the absorption of light,as it is the basic feature used to interpret our results.

Η ψηφιακή τεχνολογία έχει διεισδύσει πλήρως στην περιοχή της Ακουστικής και της Τεχνολογίας Ήχου, όπως επίσης και σε όλους σχεδόν τους κλάδους της σύγχρονης επιστήμης και της τεχνολογίας. Στον τομέα των ηλεκτρονικών για ηχητικές εφαρμογές, ιδιαίτερα καθοριστικό ρόλο κατέχουν οι ενι- σχυτές. Σκοπός της εργασίας αυτής, είναι να παρουσιάσει το λειτουργικό μοντέλο ενός ψηφιακού ενι- σχυτή Class-D για ηχητικά σήματα, το οποίο προσομοιώθηκε και λειτούργησε σε περιβάλλον Matlab & Simulink. Στο τέλος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα χρήσιμων μετρήσεων για σημαντικούς δεί- κτες της ηλεκτροακουστικής όπως η Απόκριση Συχνότητας, Total Harmonic Distortion(THD), Total Harmonic Distortion plus Noise (THD+N) ως προς τη συχνότητα και ως προς την ισχύ, από όπου βγαίνουν συμπεράσματα σχετικά με την ποιότητα και την απόδοση της συγκεκριμένης τεχνολογίας υλοποίησης. / DigitalTechnology has been fully into Acousctics and Audio Technology,as in virtually all branches of modern science and technology.In audio electronics applications, amplifiers have a significant role. The purpose of this thesis is to present the functional model of a digital Class-D amplifier for audio signals, which has been simulated and run in Matlab & Simulink environment. Finally the results of measurements relating to some important electroacoustics indexes like Frequency Response, Total Harmonic Distortion (THD), Total Harmonic Distortion plus Noise (THD+N), relative to the audio signal’s frequency and power, are presented and lead to some conclusions concerning the quality and efficiency of this implementation technology.