<p>Den tradisjonelle designflyten i utviklingen av mikroelektronikk forutsetter at alle utviklingsaktivitetene er unnagjort pre-kjøretid, og at ferdiggenererte, udelelige konfigurasjonsfiler brukes for å konfigurere brikkene. De fleste systemer som benytter FPGA-teknologi i dag har derfor et begrenset utvalg forhåndsgenererte konfigurasjoner å velge mellom for å løse en oppgave. Ideen bak denne oppgaven er ønsket om å lage et rekonfigurerbart system der det er FPGA-en selv som står for rekonfigureringen uten noe behov for ekstern tilkobling eller manipulasjon. Dette for å drive den innovative utviklingen av dynamiske hardwaresystemer. Systemet er laget på en Suzakuplattform med en Spartan-3 XC3S1000 FPGA fra Xilinx. Det er utviklet to program, CLBRead og CLBWrite som kjøres på en microblazeprosessor. CLBRead kan lese en CLB-struktur med forskjellig størrelse, der en enkelt CLB er den minste oppdelingen, til fil. En CLB-struktur kan leses ut fra flash på FPGA-kortet, eller fra en bitstrømsfil på en PC. CLBWrite skriver en filstruktur generert av CLBRead til flashområdet der FPGA-konfigurasjonene ligger. Ved oppstart av FPGA-en vil det nye oppsettet konfigureres opp. Systemet som er utviklet gjør at FPGA-en kan rekonfigureres helt uten behov for ekstern tilkobling eller manipulasjon. Det er FPGA-en selv som gjør hele jobben. Forskjellige moduler kan lagres og lastes inn ved behov. Systemer er testet med to moduler, en OG-port og en ELLER-port, der disse kan byttes med hverandre og endringene kan måles med et digitalt multimeter.</p>

<p>Et hovedformål med denne oppgaven har vært å teste hvorvidt en ny kontrastdeteksjonsmetode fungerer ved høyfrekvent avbildning. Metoden utnytter de akustiske sprederegenskapene til kontrastboblene, slik at kontrastsignalet detekteres og vevssignal undertrykkes. Ved positive trykk vil en boble komprimeres, ved negative trykk vil den ekspanderes, og på grunn av de akustiske egenskapene vil boblen spre ulik energi i de to tilfellene. Metoden baserer seg på at to pulser sendes samtidig, der den ene pulsen er en lavfrekvent manipulasjonspuls som gjør at boblen resonerer, og den andre pulsen er en høyfrekvent avbildningspuls som avbilder boblen. Først sendes avbildningspulsen på en bølgetopp på manipulasjonspulsen og avbilder boblen under påvirkning av positivt trykk, deretter sendes avbildningspulsen i en bølgebunn og avbilder boblen under påvirkning av negativt trykk. De to avbildningene trekkes så fra hverandre, og man sitter igjen med et deteksjonssignal som bare skyldes kontrastboblene mens vevet rundt blir undertrykt. Det er gjort eksperimenter med metoden i et fantom, der eksterne prober er brukt for å sende de lavfrekvente manipulasjonspulsene (1 MHz, 3.5 MHz og 5 MHz), og en høyfrekvent smådyrskanner er brukt for å sende de høyfrekvente avbildningspulsene (20 MHz og 25 MHz). Røret i fantomet har vært av silikon med indre diameter på 2 mm, og SonoVue har blitt brukt som kontrastmiddel. For ulike manipulasjonstrykk har det blitt tatt bildeopptak av bobledestruksjon, kontrastmålinger i vanlig modus og i lyttemodus på skanneren, samt opptak av RF-data på oscilloskop. Resultatene viste at SURF Imaging fungerte for kontrastdeteksjon med de ulike frekvenskombinasjonene som ble brukt, men at metoden destruerte bobler ved høyere manipulasjonstrykk. I kontrastmålingene ble det observert et lavfrekvent signal som ble liggende oppå kontrastsignalet i alle målingene i M-mode. Dette signalet skyldtes antageligvis spekulær refleksjon fra rørveggen. I lyttemodus så det ut til at gjennomslaget var en kombinasjon av både ulineær spredning fra boblene og lineær spredning fra rørveggen, avhengig av hvilken manipulasjonsfrekvens som ble brukt. Det lavfrekvente gjennomslaget ble sterkere for både høyere manipulasjonsfrekvenser og manipulasjonstrykk. Dette indikerte at SURF Imaging ikke fungerte like godt for alle frekvenskombinasjoner. RF-opptakene bar preg av mye klipping, noe som gjorde prosessering vanskelig. Videre arbeid vil være å ta nye RF-opptak som ikke inneholder klipping, slik at prosessering og analyse av RF-data blir mulig. Det er også aktuelt å teste SURF Imaging med flere frekvenskombinasjoner, samt å prøve ut rør av ulikt materiale i fantomet.</p>

<p>RFID-teknologien har mange potensielle bruksområder og Nortura BA har ønske om å benytte denne teknologien i merking av plastkasser. For å ha god leserate på plastkassene når de transporteres rundt på rullebånd eller gjennom portaler, er det viktig at RFID-brikken og leseren er plassert optimalt i forhold til hverandre. Ved å lage en antenne av antennestrukturen plassert i brikken kan en få strålingsdiagrammet til antennen. Strålingsdiagrammet viser hvordan antennen stråler som funksjon av vinkelen. Sammen med dette gjøres det målinger på den reelle rekkevidde på plastkassen med og uten innhold. Testene utføres også med WLAN i nærheten for å sjekke mulig interferens mellom systemene. Oppgaven tar først for seg teorien rundt RFID der koblingsmetodene beskrives mer inngående. Dette for å få en oversikt over teknologien som Nortura BA ønsker å benytte. Målingene utføres i en antennehall ved NTNU. Hallen sørger for minst mulig refleksjoner fra nærliggende objekt og dermed mer pålitelige resultater. Videre beskrives måleoppsettene før resultatene presenteres. Resultatene viser at rekkevidden er svært avhengig av innholdet i plastkassene. Med økende kjøttmengde reduseres leseavstanden fra 4,25 m for tom kasse til 1,5 m for grillpølser. For best rekkevidde burde brikke og leser plasseres med en orientering på 0 grader i E- og H-plan, med andre ord at enhetene ligger parallelt på samme akse. For å se om rekkevidden kunne forbedres ble det på slutten av oppgaven testet med substrat og absorpsjonsmateriale mellom brikke og plastkasse. Absorpsjonsmaterialet gav forbedring i rekkevidde og vil være en interessant vinkling å følge videre dersom rekkevidden blir et problem for Nortura BA.</p>

<p>Projectiondesign AS utvikler og spesialtilpasser prosjektører for ulike markeder som, profesjonell simulering og visualisering, medisinsk bildebehandling, hjemmekino, forretningsbruk og andre utfordrende områder. Projectiondesign er en norsk bedrift som holder til i Fredrikstad, hvor utvikling og produksjon av prosjektørene finner sted. Herfra blir produktene sendt videre til et verdensomspennende marked. Den eksisterende merkingsmetoden på produkt er i form av produktnummer og serienummer med tilhørende strekkode, dette er merket både på produkt og emballasje. Det var ønskelig å undersøke mulighetene for å implementere RFID-teknologi på projectiondesigns produkter, for å se hvilke fordeler og muligheter dette kan gi. Et RFID-system består i sin helhet av en transponder som festes til objektet som skal identifiseres, og en leserenhet som kan registrere transpondere som befinner seg innenfor leserens rekkevidde. Kommunikasjonen mellom leser og transponder skjer trådløst med elektrisk, magnetisk eller elektromagnetisk kobling. Selv om teknologien har vært i komersiell bruk i over 20 år, er det ikke før i de siste årene at teknologien har blitt mer konkurransedyktig og tatt markedsandeler. Dette er grunnet med kostnadseffektive produksjonsmetoder, nye og bedre standardiseringer og økt utbredelse av RFID-teknologi. På forespørsel ble et ferdig emballert produkt mottatt fra projection design. Produktet viste seg å ha et metallchassis, og grunnet en antennes egenskaper nær et jordplan ble det ufordende å merke produktet med RFID. Ved å montere ekstra transpondere på emballasjen ble den begrensede rekkevidden for RFID i nærheten av metalliske materialer imøtekommet. Med grunnlag i undersøkelser gjort av RFID-teori og tilgang på RFID-utstyr, ble det besluttet å gjøre undersøkelser på passiv UHF-teknologi av type <>, som er en utbredt og kostnadseffektiv teknologi med global kompabilitet. Transponderentypen av type <> [Tillegg B] og <> [Tillegg E] ble valgt for montering på henholdsvis produkt og emballsje. Måleresultater av rekkevidden for transponder montert på prosjektør er sammenlignet med strålingsegenskapene for antennen, som er målt for en antennemodell av transponderen. Måling av rekkevidde for transponder montert på emballasje er gjort for å imøtekomme den begrensede leseavstanden for transponder montert på prosjektør, og er ikke sammenlignet med analytiske målinger.</p>

<p>På Rikshospitalet foregår det et prosjekt der det brukes tredimensjonale akselerometersensorer for å overvåke ulike regioner i hjertet. Antagelsene deres er at bevegelsesmønsteret i disse regionene kan klassifisere hjertefunksjonen i flere distinkte faser, der myokard iskemi er en av dem. Denne oppgaven presenterer flere metoder for deteksjon av myokard iskemi i tids- og frekvensdomenet ved bruk av akselerometerdata fra slike sensorer. Opptakene av akselerometerdataene er fra forsøk på 5 griser, der LAD(left anterior descending) var okkludert i forskjellige tidsperioder for å simulere iskemi i hjertemuskelen. Grisehjertene har også blitt injisert med adrenalin, betablokkere, niprid og væske. Alle metodene gir utslag ved okklusjoner, men ikke alle gir like stabile utslag for hver okklusjon. Noen av metodene kan heller ikke med sikkerhet skille medikamenter fra okklusjoner. De tre metodene som gir de beste og mest stabile utslagene er bevegelses-, effekt- og arealmetoden. Bevegelsesmetoden beregner den tilbakelagte bevegelsen til hjertemuskelen i y-retning i IVC- og IVR-perioden. Boksplot- og ANOVA-analyse viser at denne metoden er signifikant forskjellig fra de andre medikamentene og får p < 9,5*10^-8. Metoden gir også visuelt gode resultater. Effektmetoden beregner den maksimale effekten i akselerometerdataen for hver IVC- og IVR-periode i y-retning. Metoden gir gode visuelle resultater og den statistiske analysen ved bruk av boksplot, konfidensintervall og ANOVA viser at metoden er signifikant forskjellig fra de andre medikamentene og får p < 1,90*10^-10. Arealmetoden gir de største visuelle utslagene. Den kombinerer bevegelseslengden til hjertemuskelen med blodtrykket i venstre ventrikkel og måler det arealet disse to parameterne utgjør mot hverandre for hvert hjerteslag. Den statistiske analysen ved bruk av boksplot, konfidensintervall og ANOVA viser at denne metoden er mest signifikant forskjellig fra medikamentene av metodene og får p < 8,99*10^-11. Resultatet fra disse tre metodene viser at sikker deteksjon av myokard iskemi er mulig ved bruk av tredimensjonale akselerometersensorer.</p>

<p>Det stilles stadig strengere krav til effektforsterkeren i dagens radiosystem. Høyordens modulasjon krever lineære forsterkere, samtidig som kravene øker til forsterkerens effektivitet. For å imøtekomme disse kravene kan en ta i bruk forskjellige metoder for å kompensere de forskjellige ulinearitetene og øke effektiviteten. Spesiell fokus vil bli lagt på metoder som kan lett integreres sammen med effektforsterkeren i MMIC.</p>

<p>Formålet med denne oppgaven er å designe en Dohertyforsterker. En klasse AB og en klasse C effektforsterker til bruk i denne konfigurasjonen skal designes, simuleres og gjøres målinger på hver for seg. Disse skal så å bli satt sammen til en Dohertyforsterker som skal simuleres og gjøres målinger på. Dohertyforsterkeren skal ha en senterfrekvens på 1.8 GHz og være tilpasset slik at det oppnås best PAE og linearitet. Rapporten omhandler i de første kapitlene litt generell forsterkerteori med hovedtrykk på Dohertykonfigurasjonen og hva som er viktig og tenke på når denne designes. Fordelen med en Dohertyeffektforsterker er at den forbedrer effektiviteten over et større dynamisk område. Dette er spesielt viktig for modulerte signaler som ikke har konstant envelope. Den viktigste delen er design, simulering og praktisk måling av effektforsterkerne som hører med i Dohertykonfigurasjonen. Designet av effektforsterkerene er utført med et designverktøy som heter ADS, Advanced Design Systems. For å designe effektforsterkerene med hensyn på best PAE og linearitet ble det benytte ferdiglagde prosjekter i ADS som fant tilpasningsimpedansene som måtte til for å oppnå dette. Transistorvalget falt på en transistor fra Eudyna som heter FLL120MK. Dette valget ble gjort etter mye testing av en annen transistor, som det viste seg ikke kunne brukes fordi den ikkelineære modellen i ADS var utilstrekkelig. Et firma i Florida hadde en storsignalmodell for denne transistoren som det var mulig å få en lisens til, som kunne brukes under masteroppgaven. En ikkelineær simulering av forsterkerne ble utført i ADS og viktige parametere som karakteriserer forsterkerene er P1dB, gain og PAE. For klasse AB forsterkeren ble $P1dB=19dBm$ inneffekt, $Gain_{P1dB}=9.5 dBm$ og $PAE_{P1dB}=36.7%$. Klasse C forsterkeren ble designet for å være i en Dohertykonfigurasjon og hadde et påslagspunkt på 19 dBm, $Gain_{maks}=9.1 dBm$ og maks PAE på 46% . Disse to forsterkerene ble satt sammen til en Dohertykonfigurasjon som fikk $P1dB=29 dBm$ inneffekt, $Gain_{P1dB}=7.1 dBm$ og $PAE_{P1dB}=48.5%$. For å sammenligne en Doherty og en klasse AB forsterker, er PAE i 6 dB backoff punktet som teller. Forbedringen ble på 20%. Lineariteten i Doherty forsterkeren er meget bra og P1dB økte med 9.5dBm. Gainet hadde gått ned 2.5 dBm, som er en ulempe med Dohertykonfigurasjonen og stemmer bra med teorien. Målingene viste at klasse AB forsterkeren fikk et $P1dB=23 dBm$ inneffekt, $Gain_{P1dB}=5.88$ og $PAE_{P1dB}=35%$. En forskjell på 3 dBm i forhold til klasse AB simuleringene. PAE fikk samme verdi som i simuleringene. Klasse C forsterkeren hadde oscillasjoner ved 160 MHz. Dette fulgte med på Dohertyforsterkeren som hadde samme type oscillasjoner da klasse C forsterkeren begynte å lede. Transistormodellen i ADS er veldig nær opp til den praktiske transistoren, men har ustabilitetsegenskaper som ikke kom fra under simuleringene. Biaseringen og stabilitetsnettverket har skylden i at det ikke ble en stabil klasse C-forsterker.</p>

<p>Denne rapporten omhandler et prosjekt som tar for å teste en ny metode for å beregne Thiele/Small-parametrene til et element. Tidligere metoder har historisk sett gått på å måle impedansen til elementet i fritt felt og i en lukket kasse. Dette er en tidkrevende prosess. Det er dermed ønskelig å kunne beregne parametrene ved å gjøre kun en måling. En nyere metode av Klippel og Seidel bruker en laser for å måle membranutsvinget, men dette er svært kostbart utstyr. Derfor er det ønskelig å se om man kan klare dette ved å benytte to mikrofoner istedenfor. Metoden går ut på å beregne membranhastigheten ved å måle partikkelhastigheten nært elementet med to mikrofoner, for så å kompensere for måleavstanden. Overføringsfunksjonen fra terminalspenning til membranhastighet blir så brukt til å estimere parametrene ved kurvetilpasning av overføringsfunksjonen til måledataene. For at kurvetilpasningen skal konvergere, må DC-motstanden til elementet måles, siden det er ingen redundans i målingen og at det er ikke tilstrekkelig nøyaktig ved veldig lave frekvenser. Dette blir så sammenlignet med å måle membranhastigheten med en laser. Resultatene viser at det er vanskelig å gjøre en nøyaktig kompensering av måleavstanden. Dette kommer av at den effektive måleavstanden varierer med den målte avstanden fra elementet til mikrofonene. Det blir vist at ved å kompensere for måleavstanden får man et resultat som tilsvarer det fra en laser, men det er ikke klart å finne en generell metode for å gjøre dette.</p>

<p>I denne rapporten er det undersøkt visse randbetingelser for mikroslisseabsorbenter. Det er gjort klangsromsmålinger på to typer mikroslisseabsorbenter, for å undersøke innvirkningen av lekkasjer fra bakrommet og om innvirkningen av lekkasjen kan motvirkes ved å tilføre en porøs absorbent i bakrommet. Målingene viser at absorpsjonsevnen svekkes for lave frekvenser dersom bakrommet ikke er tett og at denne svekkelsen kan motvirkes med en porøs absorbent. Måleresultatene for lekkasjeinnvirkningen er sammenliknet med beregninger gjort ved en elektrisk analogi og beregninger i WinFlag. Det er gjort målinger for å undersøke arealeffekten og innvirkningen av spredte enkeltflater for mikroslisseabsorbenter. Målinger på spredte enkeltflater er gjort på en boksabsorbent fra DeAmp. Målinger av absorpsjonsfaktor på et stort og et lite areal av en mikroslisseabsorbent i metall, med åpent og lukket bakrom, er gjort for å undersøke arealeffekten. Resultatene for arealvariasjonen viser ingen endring i målt absorpsjonsfaktor, med unntak av en liten økning for høye frekvenser for et oppsett med lukket bakrom. Resultatene for spredte enkeltflater viser variasjoner i absorpsjonsfaktor, men ingen konsistent trend for økt absorpsjon ved spredning av flatene. Måleresultatene for arealeffekten er sammenliknet med beregninger gjort i WinFlag.</p>

<p>Ved behandling og restitusjon av pasienter må pasientenes kroppsfunksjoner overvåkes. Typiske funksjoner som må overvåkes er blodtrykk, elektrokardiogram og akselerometerdata. Dette er til nå stort sett gjort ved å benytte kabelbaserte løsninger og en overgang til en trådløs teknologi vil kunne føre til større bevegelsesfrihet hos pasientene. En trådløs teknologi gir også mulighet for å overvåke pasientene utenfor sykehuset fire vegger. Et større velvære og et kortere opphold på sykehuset vil kunne bidra til en kortere restitusjonstid for pasientene. Ultra-Wide-Band Impulse Radio (UWB-IR) er en teknologi som har fått stor oppmerksomhet de siste årene på grunn av en rekke unike egenskaper som god gjennomtrengning av objekter, sikker overføring, lite støy, gode flerveisegenskaper, mulighet for nøyaktig posisjonering, og lavt energiforbruk sammenliknet med andre trådløse kommunikasjonsteknologier. Fokuset på UWB-IR teknologien startet i 2002 da Federal Communications Commission (FCC) i USA frigjorde en stor båndbredde (3.1-10.6 $GHz$) til bruk ved lave sendereffekter (-41.3 $dBm/MHz$ EIRP). UWB-IR teknologien benytter seg av en teknikk som baserer seg på å sende veldig korte pulser(i størrelsesorden nanosekunder) med høy rate. Båndbredden til signalet vil da være begrenset av pulsen som benyttes. Ofte benyttes ulike ordens deriverte gaussiske pulser da effektspekteret til disse pulsene vil lett kunne tilpasses for å oppfylle FCC kravet. Da trådløse biomedisinske sensornettverk benyttes til overvåkning av vitale kroppsfunksjoner, stiller dette strenge krav til transmisjonssystemet både med hensyn til stabilitet, robusthet og energiforbruk. Når sensornodene er montert så tett på kroppen vil dette gjør det vesentlig mer krevende å oppfylle disse kravene på grunn av den direktive effekten som vil oppstå når små antenner er montert så tett på kroppen, og på grunn av skjermingen som vil oppstå når nodene er montert på ulike sider av kroppen. Lite forskning er i dag gjort rundt ytelsen til et UWB-IR basert transmisjonssystem når signalet forplanter seg rundt kroppen. I oppgaven er det derfor først ved simulering sett på ytelsen til det fysiske laget når trådløse sensornoder er montert rundt på kroppen. Det er i simuleringen både blitt benyttet en vanlig 2-PPM-TH korrelasjonsmottaker, og en RAKE mottaker som utnytter multi-path (MP) forplantningen til signalet. Det er også blitt sett på muligheten for å øke antall pulser per bit for å redusere BER uten å øke sendereffekten. Nodene er blitt plassert rundt på ulike steder på kroppen for å se hvordan dette vil påvirke ytelsen til systemet. Simuleringene er basert på en meget avansert kanalmodell som er utviklet av IMEC som er en belgisk forskningsinstitusjon. Denne modellen har også blitt godkjent som test modell for den nye 802.15.4a lav-rate UWB standarden. Modellen tar både hensyn til komponenter som skyldes diffraksjon rundt kroppen, og refleksjoner fra rommet rundt. Da FCC har satt strenge begrensninger på sendereffekten, vil det være viktig å utnytte den tilgjenglige båndbredden best mulig. Det er derfor sett på ulike metoder som kan benyttes for å få et spekter som best mulig fyller FCC emisjons masken. Dette inkluderer blant annet tilpassning av spredekoden, og bifasekoding av pulsene. Basert på simuleringene er det kommet frem til en rekke faktorer som vil være viktig for å kunne tilby et mest mulig effektivt og optimalt transmisjonssystem både med hensyn på robusthet, kompleksitet og energiforbruk. Bifasekoding har vist seg å være ekstremt effektivt for å unngå topper i spektert, og dermed kunne øke sendereffekten. Dersom det benyttes en lang nok sekvens på bifasekoden, vil effektspektraltettheten (PSD) til det utsendte signalet tilsvare PSD til en enkelt puls. Noe som gjør det vesentlig enklere å konstruere et transmisjonssystem som oppfyller FCC kravene, for det vil da ikke være nødvendig å ta hensyn til modulasjonen av pulsene. Korreksjon for forvrengningen og MP forplantningen til signalet har vist seg å være helt avgjørende for å kunne få tilfredsstillende prestasjon på transmisjonssystemet. Dette gjelder spesielt noder som er plassert på ulik side av kroppen. Når en RAKE mottaker benyttes vil det på grunn av kompleksiteten være fordelaktig å tilpasse antall fingre i mottakeren basert på posisjonen til noden. Når mottakeren er plassert på fremsiden av kroppen, vil henholdsvis 1,4, og 8 fingre i mottakeren være optimalt når sendernodene er montert på fremsiden, siden, og baksiden av kroppen. Den store spredningen av MP komponenter har vist seg å gi opphav til vesentlig intersymbolinterferens dersom dette ikke tas hensyn til i transmisjonssystemet. Når 2-PPM-TH benyttes vil dette kunne gjøres ved å tilpasse TH koden for å sikre tilstrekkelig avstand mellom etterfølgende pulser. For å få tilfredsstillende BER vil det også være nødvendig å benytte flere pulser per bit. Når en RAKE mottakeren plassert på fremsiden av kroppen benyttes, har henholdsvis 1-2, 5-6, og 11-15 vist seg å gi tilfredsstillende ytelse for mottak fra noder som befinner seg på fremsiden, siden, og baksiden av kroppen. Det er også blitt sett på ulike metoder for krysslagsoptimering, og resultatene fra BAN simuleringen er blitt benyttet for å kunne vurdere deler av disse. Krysslagsoptimering går i hovedsak ut på å utveksle informasjon på tvers av lagene som ellers ikke vil være tilgjenglig i tradisjonell laginndeling som for eksempel i OSI-modellen. I stede for å se på lagene individuelt vil det ved å åpne mellom lagene kunne konstruere en mer optimal totalløsning. Det er blitt sett på 3 mulige krysslagsmetoder. Dette inkluderer forenklet ruting ved kryssoptimering mellom nettverk- og MAC laget, kryssoptimering som utnytter posisjonering og kryssoptimering mellom det fysiske laget og MAC laget. Til slutt er det blitt sett på en MAC protokoll med navnet DCC-MAC som utnytter kryssoptimering mot det fysiske laget. Det er kommet frem til at kryssoptimering som utnytter posisjonering vil kunne benyttes for tilpassning av TH koden, og dermed unngå ISI. DCC-MAC har også en del egenskaper som trolig vil kunne gi økt ytelse i et biomedisinsk sensornettverk. Dette inkluderer blant annet dynamisk kanalkoding, og Interference Mitigation som er en metode for å bedre kunne håndtere pulskollisjoner. Derimot vil det trolig være nødvendig å gjøre noen tilpassninger av protokollen for å bedre kunne håndtere effekten av ISI.</p>