Ved behandling og restitusjon av pasienter må pasientenes kroppfunksjoner overvåkes. Typiske funksjoner som må overvåkes er blodtrykk og elektrokardiogram. Dette er til nå gjort ved kabelbaserte løsninger og en overgang til en trådløs løsning vil kunne føre til større evegelsesfrihet hos pasientene samt at man har mulighet til å overvåke pasientene utenfor helseinstitusjonen. Et større velvære og et kortere opphold på helseinstitusjonen vil kunne bidra til en kortere restitusjonstid for pasientene. Oppgaven har bestått i å undersøke muligheter for bruk av Ultra Wide Band impulsradio og Zigbee i biomedisinske sensornettverk. Det er foretatt et studie av optimal konstruksjon av et MAC lag for UWB-IR der det er fokusert på krysslagsoptimering og hvordan UWB-IR kan implementeres i Zigbee stakken. Det er også gjort et studie av interferensproblemer i UWB-IR-nettverk. To ulike MAC protokoller for UWB-IR, DCC-MAC og (UWB)2, er blitt simulert i medisinske scenarioer og det er foretatt en beregning av energiforbruket ved bruk av UWB-IR og Zigbee. Det vil være mulig °a implementere UWB-IR i eksisterende standard IEEE 802.15.4/Zigbee. Dette vil derimot ikke være optimalt uten at man gjør endringer slik at de unike egenskapene til UWB-IR signalet utnyttes. Det vil også være viktig å implementere nye teknikker og funksjonaliteter som for eksempel posisjonering for å øke ytelsen til systemet ved at denne informasjonen kan utnyttes til blant annet effektkontroll. Stakken til et fysisk lag basert på UWB-IR bør krysslagsoptimeres slik at informasjonen kan utveksles mellom lagene. Resultatene fra simuleringene viser at DCC-MAC kommer noe bedre ut enn (UWB)2 i scenario 1 ved at den h°andterer interferensen og NLOS bedre. (UWB)2 gir derimot et lavere pakketap ved LOS i scenario 2. Sammenligningen mot Zigbee viser at begge protokollene gir et lavere pakketap ved økende antall noder. Beregningen av energiforbruket for Zigbee og UWB-IR viser at bruk av UWB-IR vil øke levetiden til nodene i nettverket betraktelig. Zigbee-noder har en maksimal levetid på 140,1 dager ved bruk av største pakkestørrelse og minste sendereffekt. Ved bruk av UWB-IR vil det være mulig å øke levetiden til nodene til 554,5 dager, som er den maksimale levetiden til hver av protokollene. Beregningene viser også at valg av antall pulser som transmitteres per bit og hvilken koderate som benyttes i kanalkoderen for UWB-IR ikke har stor innvirkning på den totale levetiden til nodene.

Fagområdet RF MEMS er i rask utvikling og det finnes et utall forskjellige patenter innen dette området. Denne oppgaven fokuserer på en type nemlig radial contour mode diskresonator med sikte på å bruke den i SMiDA prosjektet Mer spesifikt går oppgaven ut på å teste forskjellige diskparametre for å finne ut hvilken som er best egnet. Noe konkret svar på dette finnes ikke, men det kan være interessant å bruke 2.mode til en disk på 16μm eller 3.mode til en disk på 20μm. En fant også frem til et spesielt design som gav veldig høy radiell amplitude i 1.mode.

Jeg har i denne oppgaven jobbet med digital heltallsaritmetikk, og da sett spesielt på feltet deling. Deling er en meget ressurskrevende opperasjon i digitalteknikk, det er derfor mye tid og areal å spare på å forbedre delingsopperasjonen. Jeg ser her på hvordan det er mulig å benytte multiplikative algoritmer til å utføre delingen, og da med hovedfokus på Newton- Raphson metoden. Newton-Rapson metoden er en gammel algoritme som har vært gjenstand for en mengde analyser rettet mot flere bruksområder, det finnes altså gode bevis på nøyaktighet, beregningsmengde og ressursbruk ved implementering i digitalekretser. Det er derfor ikke blitt utviklet noe nye algoritme basert på Newton-Raphson, men benyttet en godt dokumentert algoritme, da denne ser ut til å være den best egnede for implementasjon. Som andre iterative algoritmer trenger Newton-Raphson metoden et startpunkt for å kunne finne frem til det riktige svaret. Som vist i oppgaven har Newton-Raphson metoden den egenskapen at den fordobler antallet korrekte siffer per iterasjon og derfor er det viktig med et bra startpunkt hvis algoritmen skal komme fort fram til det antall korrekte bit som er ønsket i svaret. Problemet med å startverdier er hvis man skal ha stort antall korrekte bit trenger man mange verdier lagret og dette vil ta stor plass, eller man trenger en egen utregnings krets noe som ville ta ekstra tid. Oppgaven her viser først den simpleste formen for startverdi der algoritmen benytter samme startverdi til alle innverdier. Bare en innverdi vil gi lite areal kostnad men det vil føre til at man trenger flere iterasjoner for å finne det korrekte svaret og dermed vil det ta lenger tid. Oppgaven viser vider mer kompliserte oppslagstabeller og lineære interpolasjons metoder for å kunne øke antall korrekte bit i startverdien til minst mulig arealkostnad. Noen typer av oppslagstabellene er også blitt simuler for å vise at de faktisk gir tilstrekkelig korrekt svar. Til slutt i oppgaven er det hvis hvordan Newton-Raphson metoden og startverditabellene kan implementeres i FPGA.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.