Ce travail est une étude de caractérisation de différents composants du réseau basse tension (BT) français dans la bande de fréquence utilisée par les courants porteurs en ligne en bande étroite entre 9 kHz et 500 kHz. L’objectif est de permettre une compréhension approfondie de la propagation du signal CPL dans le réseau BT français. L’approche ascendante est choisie. Elle consiste en la caractérisation du réseau à partir de la caractérisation de chaque composant le constituant. Deux composants essentiels du réseau BT ont été caractérisés : les câbles d’énergie et les installations des clients. Dans la première partie, différentes technologies de câbles de distribution et de branchement ont été caractérisées expérimentalement. Deux modèles ont été choisis, un premier modèle dit ligne simple (LS) qui ne prend pas en compte le couplage et un deuxième modèle dit ligne couplée (LC) plus complet qui prend en compte le couplage inductif et capacitif entre les lignes de transmission des câbles. Dans la deuxième partie, on s’est intéressé à l’obtention des impédances d’entrée des installations des clients vues par le réseau BT. Ces impédances ont été obtenues à partir de la caractérisation du câble électrique domestique ainsi que celle de différents appareils domestiques parmi les plus présents dans les installations. Pour ces différentes caractérisations, trois méthodes expérimentales ont été conçues et mises au point. Une étude paramétrique a été réalisé pour évaluer l’influence des longueurs des câbles ainsi que les valeurs des impédances connectées aux extrémités des lignes de transmission de ces câbles sur l’atténuation, le couplage et l’impédance d’accès. / This work presents the characterization of different components of the French Low Voltage (LV) network in the frequency band used by the narrowband power line communication (PLC) between 9 kHz and 500 kHz. The aim of this work is to provide a deeper understanding of the propagation of the PLC signal in the French LV network. For this, the bottom-up approach is used. This approach consists in LV network characterization starting from the characterization of each component of this LV network. Two essential components of the LV network have been characterized: energy cables and customer installations. In the first part, different distribution and connection cable technologies have been experimentally characterized.Two models have been chosen: a first model called LS consisting on the characterization of cables without taking into account the coupling and a second one more complete called LC which, takes into account the inductive and capacitive coupling between the transmission lines of the cables. In the second part, the work focused on obtaining the input impedance of the customer installations seen by the LV network. These impedances were obtained from the characterization of the domestic electrical cable as well as various domestic appliances among the most present in the installations. Finally, the results of both parts allowed to make a parametric study of the influence of cable lengths and the impedance values connected to the ends of the transmission lines of these cables on attenuation, coupling and access impedances.

Disertační práce se zabývá proudovými konvejery CCII v proudovém modu s nízkým napájecím napětím. Potřeba velké rychlosti, vysokého výkonu a nízkého napájecího napětí pro mobilní elektroniku a komunikační systémy a potíže se současným stavem tlačí analogové návrháře k nalezení obvodové architektury a nové nízkopříkonové techniky. Je zde podrobně rozebrána technika složené kaskody a substrátu řízeného tranzistoru, která pomáhá produkci nízkopříkonových nízkovoltových obvodů. Dále jsou rozebrány a diskutovány základní funkční bloky, jako jsou proudová zrcadla, diferenční zesilovače a další, schopné pracovat při nízkých napájecích napětích. Jádrem práce je návrh konvejerů typu CCII s nízkým napájecím napětím. Jsou rozebrány jejich výhody a srovnání s konvenčními obvody. Princip a implementace operačního zesilovače založeného na proudovém konvejeru CCII je v práci navržen a popsán.

In dieser Arbeit wird ein Modell für die Simulation des Verbraucherverhaltens in Haushalten entwickelt. Das Ziel ist die Erstellung von Lastprofilen für den Strom- und Wasserverbrauch. Das Modell wird in einem Programm implementiert. Die Ergebnisse werden anschließend validiert und verschiedene Kenngrößen mit Literaturwerten verglichen. Abschließend wird eine Parameterstudie durchgeführt, um den Einfluss verschiedener Faktoren wie z.B. das Arbeitszeitmodell oder die Feiertagsmodellierung auf Lastprofile zu quantifizieren. Das Modell basiert auf einem Bedürfnismodell aus der Psychologie und ermöglicht den Verzicht auf die Errechnung von Aktivitäts-Wahrscheinlichkeitsverteilungen.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Ziel der Arbeit 2 Einordnung 3 Wissensstand 3.1 Lastprofile 3.1.1 VDEW-Standard-Lastprofile 3.1.2 Referenzlastprofile von Ein- und Mehrfamilienhäusern für den Einsatz von KWK-Anlagen (VDI 4655) 3.1.3 BDEW-Standardlastprofile Gas 3.1.4 IEA Annex 42 Lastkurven 3.2 Lastprofilgeneratoren 3.2.1 Methoden 3.2.2 Auswahl der Beispiele 3.2.3 Lastprofilgenerator nach Stokes 3.2.4 Lastprofilgenerator nach IEA Annex 42 3.2.5 Lastprofilgenerator nach Jordan 3.2.6 Lastprofilgenerator nach NREL 3.2.7 Lastprofilgenerator nach Walker und Pokoski 3.2.8 Lastprofilgenerator nach Capasso 3.2.9 Lastprofilgenerator nach Widen et al. 3.2.10 Lastprofilgenerator nach Richardson 3.2.11 Lastprofilgenerator nach Metz 3.2.12 Lastprofilgenerator nach Fischer 3.2.13 Zusammenfassung der Lastprofilgeneratoren 3.3 Verhaltenssimulation 3.3.1 Rational Choice Model 3.3.2 Verhaltensmodell nach D. Dörner 3.4 Hausinfrastrukturmodelle 3.4.1 Heizung und Kühlung 3.4.2 Modellierung in TRNSYS 4 Das Modell des bLPG 4.1 Bedürfnismodell 4.2 Modellierung eines einzelnen Haushalts 4.2.1 Desires 4.2.2 Person 4.2.3 Load Types 4.2.4 Devices 4.2.5 Time Profile 4.2.6 Time Limits 4.2.7 Affordances 4.2.8 Berechnungsbeispiel Aktivitätenauswahl 4.2.9 Zusammenfassung der Modellierung eines Haushalts 4.3 Verbesserung der Modellqualität 4.3.1 Locations 4.3.2 Holidays 4.3.3 Geographic Locations 4.3.4 Subaffordances 4.3.5 Temperature Profiles und Date Based Profiles 4.3.6 Vacations 4.3.7 Autonome Geräte 4.4 Houses und Settlements 4.4.1 House Types 4.5 Abstraktion der Geräte 4.6 Abstraktion Haushaltsdefinition 4.7 Elemente für Auswertungen 4.8 Zusammenfassung des Modells des bLPG 5 Implementierung 5.1 Allgemeines 5.2 Historie 5.3 Features 5.4 Struktur 5.5 User Interface 5.6 Database 5.7 CalcController 5.8 Calculation 5.8.1 Aktivitätswahl 5.8.2 Protokollierung 5.8.3 House Infrastructure 5.9 ChartCreator 5.10 SimulationEngine.Exe 5.11 Verwendete Bibliotheken 5.12 Zusammenfassung der Implementierung 6 Modellierung der vordefinierten Haushalte 6.1 Datenbasis und Modellierung 6.2 Vordefininierte Elemente 6.3 Namensschema 6.4 Erfahrungen bei der Erstellung der vordefinierten Haushalte 6.5 Zusammenfassung 7 Validierung 7.1 Einzelner Haushalt 7.1.1 Aktivitäten - Rasterdiagramme 7.1.2 Aktivitäten - Zeit pro Affordanz 7.1.3 Summe des Stromverbrauchs 7.1.4 Verlauf des Lastprofils 7.1.5 Wasserverbrauch 7.1.6 Integration von Photovoltaik 7.1.7 Lichtbedarf 7.1.8 Zusammenfassung CHR03 7.2 Vordefinierte Haushalte 7.2.1 Stromverbrauch 7.2.2 Verhaltensgesteuerter Anteil am Stromverbrauch 7.2.3 Zeitverbrauch der Aktivitäten 7.2.4 Eigenverbrauchsquote mit einer Photovoltaik-Anlage 7.2.5 Jahresdauerlinien 7.3 Validierung einer Siedlung 7.3.1 Gleichzeitigkeitsfaktor des Stromverbrauchs 7.3.2 Vergleich einer Siedlung mit dem H0-Profil 7.4 Fazit 8 Anwendungsmöglichkeiten und Ergebnisse 8.1 Integration von Photovoltaik und Batterien 8.2 Parameterstudie 8.2.1 Vergleichskriterien 8.2.2 Einfluss von Brückentagen 8.2.3 Einfluss von Urlaubsreisen 8.2.4 Einfluss des Rentneranteils 8.2.5 Einfluss von Schichtarbeitern 8.2.6 Einfluss von Arbeitslosigkeit 8.2.7 Einfluss der Energieintensitätseinstellung 8.2.8 Einflussgröße Beleuchtung 8.3 Zusammenfassung der Parameterstudie 9 Ausblick 9.1 Verbesserungspotenziale der Implementierung 9.2 Verbesserungspotenziale der Datenbasis 9.3 Zusammenfassung des Ausblicks 10 Zusammenfassung Anhänge Anhang A Website Anhang B LoadProfileGenerator Manual Literaturverzeichnis / In this thesis a model for the simulation of the behaviour of people in residential households is introduced. The goal is to generate load profiles for residential electricity and water consumption. The model is implemented as a Windows program. The results are validated and various metrics are compared with literature values. A parameter study is performed to quantify the influence of various factors such as the working hours or the influence of holidays on the load profile. The model is based on a desire model from the field of psychology and makes it possible to avoid calculating any probabilty distributions.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Ziel der Arbeit 2 Einordnung 3 Wissensstand 3.1 Lastprofile 3.1.1 VDEW-Standard-Lastprofile 3.1.2 Referenzlastprofile von Ein- und Mehrfamilienhäusern für den Einsatz von KWK-Anlagen (VDI 4655) 3.1.3 BDEW-Standardlastprofile Gas 3.1.4 IEA Annex 42 Lastkurven 3.2 Lastprofilgeneratoren 3.2.1 Methoden 3.2.2 Auswahl der Beispiele 3.2.3 Lastprofilgenerator nach Stokes 3.2.4 Lastprofilgenerator nach IEA Annex 42 3.2.5 Lastprofilgenerator nach Jordan 3.2.6 Lastprofilgenerator nach NREL 3.2.7 Lastprofilgenerator nach Walker und Pokoski 3.2.8 Lastprofilgenerator nach Capasso 3.2.9 Lastprofilgenerator nach Widen et al. 3.2.10 Lastprofilgenerator nach Richardson 3.2.11 Lastprofilgenerator nach Metz 3.2.12 Lastprofilgenerator nach Fischer 3.2.13 Zusammenfassung der Lastprofilgeneratoren 3.3 Verhaltenssimulation 3.3.1 Rational Choice Model 3.3.2 Verhaltensmodell nach D. Dörner 3.4 Hausinfrastrukturmodelle 3.4.1 Heizung und Kühlung 3.4.2 Modellierung in TRNSYS 4 Das Modell des bLPG 4.1 Bedürfnismodell 4.2 Modellierung eines einzelnen Haushalts 4.2.1 Desires 4.2.2 Person 4.2.3 Load Types 4.2.4 Devices 4.2.5 Time Profile 4.2.6 Time Limits 4.2.7 Affordances 4.2.8 Berechnungsbeispiel Aktivitätenauswahl 4.2.9 Zusammenfassung der Modellierung eines Haushalts 4.3 Verbesserung der Modellqualität 4.3.1 Locations 4.3.2 Holidays 4.3.3 Geographic Locations 4.3.4 Subaffordances 4.3.5 Temperature Profiles und Date Based Profiles 4.3.6 Vacations 4.3.7 Autonome Geräte 4.4 Houses und Settlements 4.4.1 House Types 4.5 Abstraktion der Geräte 4.6 Abstraktion Haushaltsdefinition 4.7 Elemente für Auswertungen 4.8 Zusammenfassung des Modells des bLPG 5 Implementierung 5.1 Allgemeines 5.2 Historie 5.3 Features 5.4 Struktur 5.5 User Interface 5.6 Database 5.7 CalcController 5.8 Calculation 5.8.1 Aktivitätswahl 5.8.2 Protokollierung 5.8.3 House Infrastructure 5.9 ChartCreator 5.10 SimulationEngine.Exe 5.11 Verwendete Bibliotheken 5.12 Zusammenfassung der Implementierung 6 Modellierung der vordefinierten Haushalte 6.1 Datenbasis und Modellierung 6.2 Vordefininierte Elemente 6.3 Namensschema 6.4 Erfahrungen bei der Erstellung der vordefinierten Haushalte 6.5 Zusammenfassung 7 Validierung 7.1 Einzelner Haushalt 7.1.1 Aktivitäten - Rasterdiagramme 7.1.2 Aktivitäten - Zeit pro Affordanz 7.1.3 Summe des Stromverbrauchs 7.1.4 Verlauf des Lastprofils 7.1.5 Wasserverbrauch 7.1.6 Integration von Photovoltaik 7.1.7 Lichtbedarf 7.1.8 Zusammenfassung CHR03 7.2 Vordefinierte Haushalte 7.2.1 Stromverbrauch 7.2.2 Verhaltensgesteuerter Anteil am Stromverbrauch 7.2.3 Zeitverbrauch der Aktivitäten 7.2.4 Eigenverbrauchsquote mit einer Photovoltaik-Anlage 7.2.5 Jahresdauerlinien 7.3 Validierung einer Siedlung 7.3.1 Gleichzeitigkeitsfaktor des Stromverbrauchs 7.3.2 Vergleich einer Siedlung mit dem H0-Profil 7.4 Fazit 8 Anwendungsmöglichkeiten und Ergebnisse 8.1 Integration von Photovoltaik und Batterien 8.2 Parameterstudie 8.2.1 Vergleichskriterien 8.2.2 Einfluss von Brückentagen 8.2.3 Einfluss von Urlaubsreisen 8.2.4 Einfluss des Rentneranteils 8.2.5 Einfluss von Schichtarbeitern 8.2.6 Einfluss von Arbeitslosigkeit 8.2.7 Einfluss der Energieintensitätseinstellung 8.2.8 Einflussgröße Beleuchtung 8.3 Zusammenfassung der Parameterstudie 9 Ausblick 9.1 Verbesserungspotenziale der Implementierung 9.2 Verbesserungspotenziale der Datenbasis 9.3 Zusammenfassung des Ausblicks 10 Zusammenfassung Anhänge Anhang A Website Anhang B LoadProfileGenerator Manual Literaturverzeichnis

Disertační práce je zaměřena na nízkoenergetické konvertory pro zpracování energie. Pro fotovoltaické generátory pracující při nízké úrovní osvětlení byly navrženy konvertory založené na konfiguraci single cell. Pomocí levných výrobních procesů a dostupných materiálů byl navržen a vyroben jednoduchý a spolehlivý termogenerátor. Výrobní postupy využívaly plazmatické aktivace povrchu pomocí výboje s dielektrickou bariérou a modifikované metody depozice PEDOT. Byly navrženy jednoduché a spolehlivé DC/DC měniče pro nízkonapěťové aplikace jako termoelektrické generátory a fotovoltaické články v konfiguraci single cell. Měniče pracují od napětí několika desítek mV a výstupní napětí může být na úrovni několika voltů. Účinnost se blíží 50% a náklady na materiál a výrobu jsou ve srovnání s použitím běžně dostupných integrovaných obvodů pro Energy Harvesting výrazně nižší. Pro řídicí obvody byly použity bipolární tranzistory, které v režimu velmi malých proudů mohou mít napájecí napětí od 0,5 V. Byla ověřena možnost výroby integrovaných obvodů s extrémně nízkým provozním napětím. Tranzistory FET zde pracují v podprahovém režimu a v režimu Bulk-driven.

Low power consumption is a critical requirement for all liquid crystal display (LCD) devices. A field sequential color (FSC) LCD was proposed by using red (R), green (G) and blue (B) LEDs and removing the lossy component of color filters which only transmits ~30% of the incoming white light. Without color filters, FSC LCDs exhibit a ~3X higher optical efficiency and 3X higher resolution density as compared to the conventional color filters-based LCDs. However, color breakup (CBU) is a most disturbing defect that degrades the image quality in FSC displays. CBU can be observed in stationary or moving images. It manifests in FSC LCDs when there is a relative speed between the images and observers’ eyes, and the observer will see the color splitting patterns or rainbow effect at the boundary between two different colors. In Chapter 2, we introduce a five-primary display by adding additional yellow(Y) and cyan(C) colors. From the analysis and simulations, five primaries can provide wide color gamut and meanwhile the white brightness is increased, as compared to the three-primary. Based on the five-primary theorem, we propose a method to reduce CBU of FSC LCDs by using RGBYC LEDs instead of RGB LEDs in the second section. Without increasing the sub-frame rate as three-primary LCDs, we can reduce the CBU by utilizing proper color sequence and weighting ratios. In addition, the color gamut achieves 140% NTSC and the white brightness increases by more than 13%, as compared to the three-primary FSC LCDs. Another strategy to suppress CBU is using higher field frequency, such as 540 Hz or even up to 1000 Hz. However, this approach needs liquid crystals with a very fast response time (

With the rapid development of microprocessor and semiconductor technology, industry continues to update the requirements for power supplies. For telecommunication and computing system applications, power supplies require increasing current level while the supply voltage keeps decreasing. For example, the Intel's CPU core voltage decreased from 2 volt in 1999 to 1 volt in 2005 while the supply current increased from 20A in 1999 to up to 100A in 2005. As a result, low-voltage high-current high efficiency dc-dc converters with high power-density are demanded for state-of-the-art applications and also the future applications. Half-bridge dc-dc converter with current-doubler rectification is regarded as a good topology that is suitable for high-current low-voltage applications. There are three control schemes for half-bridge dc-dc converters and in order to provide a valid unified analog model for optimal compensator design, the analog state-space modeling and small signal modeling are studied in the dissertation and unified state-space and analog small signal model are derived. In addition, the digital control gains a lot of attentions due to its flexibility and re-programmability. In this dissertation, a unified digital small signal model for half-bridge dc-dc converter with current doubler rectifier is also developed and the digital compensator based on the derived model is implemented and verified by the experiments with the TI DSP chip. In addition, although current doubler rectifier is widely used in industry, the key issue is the current sharing between two inductors. The current imbalance is well studied and solved in non-isolated multi-phase buck converters, yet few discusse this issue in the current doubler rectification topology within academia and industry. This dissertation analyze the current sharing issue in comparison with multi-phase buck and one modified current doubler rectifier topology is proposed to achieve passive current sharing. The performance is evaluated with half bridge dc-dc converter; good current sharing is achieved without additional circuitry. Due to increasing demands for high-efficiency high-power-density low-voltage high current topologies for future applications, the thermal management is challenging. Since the secondary-side conduction loss dominates the overall power loss in low-voltage high-current isolated dc-dc converters, a novel current tripler rectification topology is proposed. Theoretical analysis, comparison and experimental results verify that the proposed rectification technique has good thermal management and well-distributed power dissipation, simplified magnetic design and low copper loss for inductors and transformer. That is due to the fact that the load current is better distributed in three inductors and the rms current in transformer windings is reduced. Another challenge in telecommunication and computing applications is fast transient response of the converter to the increasing slew-rate of load current change. For instance, from Intel's roadmap, it can be observed that the current slew rate of the age regulator has dramatically increased from 25A/uS in 1999 to 400A/us in 2005. One of the solutions to achieve fast transient response is secondary-side control technique to eliminate the delay of optocoupler to increase the system bandwidth. Active-clamp half bridge dc-dc converter with secondary-side control is presented and one industry standard 16th prototype is built and tested; good efficiency and transient response are shown in the experimental section. However, one key issue for implementation of secondary-side control is start-up. A new zero-voltage-switching buck-flyback isolated dc-dc converter with synchronous rectification is proposed, and it is only suitable for start-up circuit for secondary-side controlled converter, but also for house-keeping power supplies and standalone power supplies requiring multi-outputs.

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The new class of fully silicon-compatible hafnia-based ferroelectrics with high switchable polarization and good endurance and thickness scalability shows a strong promise for new generations of logic and memory devices. Among other factors, their competitiveness depends on the power efficiency that requires reliable low-voltage operation. Here, we show genuine ferroelectric switching in HfₓZr₍₁₋ₓ₎ O₂ (HZO) layers in the application-relevant capacitor geometry, for driving signals as low as 800 mV and coercive voltage below 500 mV. Enhanced piezoresponse force microscopy with sub-picometer sensitivity allowed for probing individual polarization domains under the top electrode and performing a detailed analysis of hysteretic switching. The authentic local piezoelectric loops and domain wall movement under bias attest to the true ferroelectric nature of the detected nanodomains. The systematic analysis of local piezoresponse loop arrays reveals a totally unexpected thickness dependence of the coercive fields in HZO capacitors. The thickness decrease from 10 to 7 nm is associated with a remarkably strong decrease of the coercive field, with about 50% of the capacitor area switched at coercive voltages ≤0.5 V. Our explanation consistent with the experimental data involves a change of mechanism of nuclei-assisted switching when the thickness decreases below 10 nm. The practical implication of this effect is a robust ferroelectric switching under the millivolt-range driving signal, which is not expected for the standard coercive voltage scaling law. These results demonstrate a strong potential for further aggressive thickness reduction of HZO layers for low-power electronics.

Αντικείμενο της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η σχεδίαση ενός ενισχυτή χαμηλής τάσης τροφοδοσίας για την ανίχνευση καρδιακών σημάτων σε βηματοδότες. Οι επιταγές της σύγχρονης τεχνολογίας για τα ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι η χαμηλή κατανάλωση ισχύος, η χρήση χαμηλής τάσης τροφοδοσίας, η μείωση του κόστους παραγωγής, οι όλο και μικρότερες διαστάσεις των transistors και ταυτόχρονα υψηλές επιδόσεις. Η χρήση όμως της χαμηλής τάσης τροφοδοσίας αποτελεί πρόκληση από σχεδιαστικής άποψης, για την ταυτόχρονη μείωση της κατανάλωσης ισχύος χωρίς να υποβαθμίζεται η ποιότητα του σήματος. Αυτό το πρόβλημα λύνουν μέθοδοι όπως η σχεδίαση στο πεδίο του λογαρίθμου. Τα συστήματα στο πεδίο του λογαρίθμου (Log-Domain systems) αποτελούν υποκατηγορία των συστημάτων συμπίεσης – αποσυμπίεσης (companding systems) και ανήκουν στα ELIN (Externally Linear Internaly Non-linear) συστήματα. Τα πλεονεκτήματα των συστημάτων στο πεδίο του λογαρίθμου είναι η μεγάλη δυναμική περιοχή (Dynamic Range), η δυνατότητα επεξεργασίας μεγάλων σημάτων (large signal), καθώς και η λειτουργία σε περιβάλλον χαμηλής τροφοδοσίας. Υλοποιώντας φίλτρα στο πεδίο του λογαρίθμου προσφέρονται ελκυστικά χαρακτηριστικά όπως η ηλεκτρονική ρύθμιση της συχνότητας αποκοπής ή κεντρικής συχνότητας (electronic tuning) και η σχεδίαση χωρίς παθητικές αντιστάσεις (resistorless realization). Η καρδιά είναι ένα περίπλοκο σύστημα το οποίο φροντίζει για την κυκλοφορία του αίματος στο σώμα. Το έναυσμα για την εκκίνηση κάθε καρδιακού κύκλου προέρχεται από ένα ηλεκτρικό σήμα το οποίο ξεκινάει από το φλεβοκόμβο και διαδίδεται στο υπόλοιπο μυοκάρδιο, για να ξεκινήσει ένας νέος καρδιακός κύκλος. Σε ορισμένες περιπτώσεις η καρδιά δεν λειτουργεί σωστά και το ρόλο του φλεβοκόμβου έρχεται να καλύψει το ηλεκτρονικό σύστημα του βηματοδότη, το οποίο ανιχνεύει το καρδιακό σήμα και όταν κριθεί απαραίτητο εφαρμόζει την κατάλληλη θεραπεία με ηλεκτρικές ώσεις. Για την βελτίωση της ποιότητας ζωής ασθενών με καρδιακά προβλήματα ένας βηματοδότης πρέπει να έχει όσο δυνατόν μικρότερο μέγεθος και μεγαλύτερη αυτονομία. Η πρόοδος της τεχνολογίας αποζητά τη σχεδίαση ενός συστήματος ενισχυτή για την ανίχνευση καρδιακών σημάτων πλέον ικανό να ανταπεξέλθει στη χαμηλή τάση τροφοδοσίας και να έχει μεγάλη αυτονομία λειτουργίας για την εισαγωγή του π.χ. σε ένα βηματοδότη. Το σύστημα που προτείνεται σε αυτή τη Διπλωματική Εργασία έχει ως σκοπό να εκπληρώσει τις ανάγκες αυτές χρησιμοποιώντας κυκλώματα τα οποία μπορούν να λειτουργήσουν σε χαμηλή τάση τροφοδοσίας και ταυτόχρονα να μειώνουν την κατανάλωση ισχύος. Η υλοποίηση των κυκλωμάτων μόνο με CMOS transistors στην περιοχή υποκατωφλίου, εκτός του γεγονότος ότι μειώνει το κόστος παραγωγής καθώς δεν χρησιμοποιούνται BJT transistors, προσφέρει λόγω της τεχνικής σχεδίασης στο πεδίο του λογαρίθμου και μεγάλη δυναμική περιοχή. Για την τεχνολογία 0.35μm της AMS επιτυγχάνεται λειτουργία σε περιβάλλον με 0.5V τάση τροφοδοσίας και κατανάλωση ισχύος της τάξης των 2.92nW. Ο ενισχυτής για την ανίχνευση καρδιακών σημάτων που προτείνεται, περιλαμβάνει ένα ζωνοπερατό φίλτρο σχεδιασμένο στο πεδίο του λογαρίθμου και τα κυκλώματα απόλυτης τιμής, μετατροπής της ενεργής τιμής σήματος σε σταθερό ρεύμα και συγκριτή ρεύματος. / This M.Sc Thesis deals with the design of a low voltage cardiac sense amplifier for pacemakers. The demands of modern technology for integrated circuits are low power consumption, ultra low power supply voltage, reduction of the production cost and high performance. Due to the fact that the use of low power supply voltage is a design challenge, the employment of the Log-Domain filter technique is an attractive solution for realizing high-performance analog processing systems. Log-Domain systems are a sub-category of compading (compressing/expanding) systems and belong to ELIN (Externally Linear Internaly Non-linear) systems. The advantages of Log-Domain systems are large dynamic range, handling of signals with relatively large amplitude, realization in a low-voltage environment, electronic tuning of their frequency characteristics and resistorless realizations. The heart is a complex system that takes care of blood circulation for the whole body. The trigger to commence the cardiac cycle is an electric signal which starts from the sinus node and expands to the rest of the myocardium in order for a new cardiac cycle to set off. In some cases, the heart does not function properly and the role of the sinus node is taken by a pacemaker, who senses the cardiac signal and when it is judged, it cures the problem with an electric pulse. In order to improve the patient’s quality of life a pacemaker has to be small in size and a prolonged battery life. Technological evolution and market demands have led to a demand for a design of a cardiac sense amplifier capable of coping with low power supply voltage and long battery life. The proposed system of this M.Sc thesis is meant to fulfill these needs by using circuits capable of functioning in a low power supply voltage environment as well as reducing power consumption. Implementing those circuits solely with CMOS transistors in the sub -threshold region, not only does it reduce the production cost since no BJT transistors are used but also it offers a large dynamic range due to the design of the circuits. For the AMS 0.35μ CMOS process of by the system functions for a power supply voltage of 0.5V while it dissipates 2.92nW. The proposed cardiac sense amplifier consists of a bandpass Log-Domain filter and circuits like an absolute value circuit, an rms-dc current converter circuit and a current comparator, which were carefully designed in order to follow the demands of modern technology and achieve the goal of low power dissipation.

Eine angemessene Qualität der Elektroenergie ist Grundvoraussetzung für den störungsfreien Betrieb aller angeschlossenen Geräte und Anlagen und spielt in den Verteilungsnetzen moderner Industriegesellschaften wie Deutschland eine zentrale Rolle. Die Elektroenergiequalität (EEQ) wird in Strom- und Spannungsqualität unterteilt. Während die Stromqualität maßgeblich im Verantwortungsbereich der Hersteller von Geräten und Anlagen liegt, sind für die Sicherung einer angemessenen Spannungsqualität im Wesentlichen die Netzbetreiber verantwortlich. Durch die technische Weiterentwicklung bspw. neuer Gerätetechnologien und die zunehmende Integration dezentraler Erzeugungsanlagen wie Photovoltaikanlagen ist zu erwarten, dass die EEQ auch künftig weiter an Bedeutung gewinnt. Die EEQ im Niederspannungsverteilungsnetz ist abhängig von Ort und Zeit und wird durch verschiedene Qualitätskenngrößen beschrieben. Die örtliche und zeitliche Abhängigkeit resultieren aus einer Vielzahl verschiedener Einflussfaktoren, welche sich entweder der elektrischen oder der nicht-elektrischen Umgebung des betrachteten Verteilungsnetzes zuordnen lassen. Die elektrische Umgebung wird durch die Art und Anzahl angeschlossener Verbraucher bzw. Erzeuger (Abnehmer- bzw. Erzeugerstruktur) sowie Struktur und technische Parameter des Verteilungsnetzes (Netzstruktur) bestimmt. Die nicht-elektrische Umgebung umfasst u.a. Einflüsse der klimatischen Umgebung wie bspw. Temperatur oder Globalstrahlung. Ziel dieser Arbeit ist die systematische Identifikation korrelativer Zusammenhänge zwischen den genannten Umgebungseinflüssen und der EEQ sowie deren Quantifizierung auf Basis geeigneter Indizes und Kenngrößen. Die Ergebnisse der Arbeit helfen grundlegende Prinzipien der Ausprägung der Elektroenergiequalität im öffentlichen Verteilungsnetz besser zu verstehen sowie die Verteilungsnetze im Hinblick auf die Elektroenergiequalität zu charakterisieren und zu klassifizieren. Analog zu den Standard-Lastprofilen erfolgt die Definition von Standard-Qualitätsprofilen. / Power quality levels in public low voltage grids are influenced by many factors which can either be assigned to the electrical environment (connected consumers, connected genera-tion, network characteristics) or to the non-electrical environment (e.g. climatic conditions) at the measurement site. Type and amount of connected consumers (consumer topology) are expected to have a very high impact on power quality (PQ) levels. The generation topology is characterized by number and kind of equipment and generating installations like photovoltaic systems which are connected to the LV grid. The electrical parameters of the grid define the network topology. The parameters which are most suitable to describe each of the three topologies and the climatic environment will be identified. Voltage and current quality in public low voltage (LV) grids vary depending on location and time. They are quantified by a set of different parameters which either belong to events (e.g. dips) or to variations (e.g. harmonics). This thesis exclusively addresses continuous parameters describing variations. Continuous phenomena like harmonics are closely linked to an one-day-cycle which implies a more or less periodic behavior of the continuous power quality parameters. Consumer topologies such as office buildings or residential areas differ in their use of equipment. Time series analysis is used to distinguish between different consumer topologies and to identify characteristic weeks. The clustering of one-day time series is applied to identify characteristic days within the weeks of certain topologies. Based on the results, emission profiles for certain current quality parameters of different consumer topologies will be defined. Due to the characteristic harmonic current emission of certain consumer topologies which represents the typical user behaviour a classification system is developed. It is used to automatically classify the emission profiles of harmonic currents for unknown measurements and to estimate a likely consumer topology. A classification measure is introduced in order to identify unusual or false classified emission profiles. The usage behaviour of equipment by customers usually varies over the year. Subsequently, the levels of PQ parameters like harmonics may show seasonal variations which are identified by using newly defined parameters. The introduction of new device technologies on a large scale like the transition from incandescent to LED lamps might result in long-term changes to the levels of PQ parameters (e.g. harmonics). The analysis of the long-term behavior (trend) will be applied in order to quantify global trends (looking on the measurement duration as a whole) and local trends (looking on individual segments of the whole time series).