Design of integrated emulator of biological tissues impedance

The subject of this M.Sc. Thesis is the hardware implementation of biological models. More specifically, the aim of thesis is to develop a novel topology for emulating an electrical-analogue of a fractional-order mechanical impedance which represents the human respiratory system using approximated f...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Βασταρούχας, Κωνσταντίνος
Άλλοι συγγραφείς: Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2017
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/10477
id nemertes-10889-10477
record_format dspace
spelling nemertes-10889-104772022-09-05T11:16:42Z Design of integrated emulator of biological tissues impedance Σχεδίαση ολοκληρωμένου κυκλώματος εξομοιωτή εμπέδησης βιολογικών ιστών Βασταρούχας, Κωνσταντίνος Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος Οικονόμου, Γεώργιος Βλάσσης, Σπυρίδων Vastarouchas, Konstantinos Operational transconductance amplifiers Fracional-order circuits Biological models Fractional-order inductors Circuits for biomedical applications Fractional-order capacitors Κλασματικός λογισμός Βιοϊατρικές εφαρμογές Αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα Βιολογικοί ιστοί 611.018 The subject of this M.Sc. Thesis is the hardware implementation of biological models. More specifically, the aim of thesis is to develop a novel topology for emulating an electrical-analogue of a fractional-order mechanical impedance which represents the human respiratory system using approximated fractional-order capacitors and inductors. Also, the fractional impedance model of wood tissue is presented and evaluated using fractional-order capacitors. These fractional-order elements are realized using differentiator/integrator blocks constructed from appropriately configured Operational Transconductance Amplifiers (OTAs). The main reasons for using this technique is that it simultaneously offers the following attractive characteristics: (a) resistorless implementation, (b) electronic adjustment of frequency characteristics through the bias current and (c) implementation using only grounded capacitors. The system implementation of human respiratory system and wood tissue is performed using MOS transistors operating in the subthreshold region and in strong inversion, respectively. The use of low-level bias currents allows for system design with low power consumption and, simultaneously, enables the implementation of large values of resistors that are necessary for the realization of large time constants. The design of the circuits has been performed through the Virtuoso Schematic Editor of the Cadence software and the simulation results have been derived through Virtuoso Analog Design Environment and MOS transistor models provided by the AMS CMOS 0.35μm technology. Το αντικείμενο της παρούσας Μεταπτυχιακής Εργασίας αφορά την μελέτη και τον σχεδιασμό ολοκληρωμένων κυκλωμάτων εξομοιωτών εμπέδησης βιολογικών ιστών. Συγκεκριμένα εξετάζονται το ηλεκτρικό ανάλογο της μηχανικής εμπέδησης του ανθρώπινου αναπνευστικού συστήματος καθώς και το κλασματικής τάξης μοντέλο εμπέδησης των ιστών του ξύλου με την χρήση εξομοιωτών πυκνωτή και πηνίου κλασματικής τάξης . Τα κυκλώματα εμπέδησης κλασματικής τάξης είναι πολλά υποσχόμενα στην προσομοίωση χαρακτηριστικών των βιολογικών ιστών ή κυττάρων και αποτελούν γενίκευση των συστημάτων ακεραίας τάξης. Η υλοποίηση γίνεται με τοπολογίες διαφοριστών και ολοκληρωτών με χρήση Τελεστικών Ενισχυτών Διαγωγιμότητας (Operational Transconductance Amplifiers-OTAs). Η χρήση αυτών των ενεργών στοιχείων προσφέρει τα εξής πλεονεκτήματα: α) υλοποίηση χωρίς αντιστάσεις, β) ηλεκτρονική ρύθμιση των χαρακτηριστικών μέσω του ρεύματος I0, και γ) υλοποίηση χρησιμοποιώντας μόνο γειωμένους πυκνωτές. Η υλοποίηση των κυκλωμάτων πραγματοποιήθηκε με την παρουσία των MOS τρανζίστορ στην περιοχή υποκατωφλίου όσον αφορά το ηλεκτρικό ανάλογο της μηχανικής εμπέδησης του ανθρώπινου αναπνευστικού συστήματος, και στην ισχυρή αναστροφή όσον αφορά το κλασματικής τάξης μοντέλο εμπέδησης των ιστών του ξύλου. Η λειτουργική εξομοίωση όλων των προτεινόμενων κυκλωμάτων επιβεβαιώθηκε μέσα από το περιβάλλον Virtuoso Schematic Editor της Cadence suite. Επιπλέον η κατασκευή των εξομοιωτών πυκνωτή και πηνίου κατασκευάστηκαν με την τεχνολογία AMS CMOS 0.35μm. 2017-08-22T06:47:18Z 2017-08-22T06:47:18Z 2017-04-30 Thesis http://hdl.handle.net/10889/10477 en 0 application/pdf
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Operational transconductance amplifiers
Fracional-order circuits
Biological models
Fractional-order inductors
Circuits for biomedical applications
Fractional-order capacitors
Κλασματικός λογισμός
Βιοϊατρικές εφαρμογές
Αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα
Βιολογικοί ιστοί
611.018
spellingShingle Operational transconductance amplifiers
Fracional-order circuits
Biological models
Fractional-order inductors
Circuits for biomedical applications
Fractional-order capacitors
Κλασματικός λογισμός
Βιοϊατρικές εφαρμογές
Αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα
Βιολογικοί ιστοί
611.018
Βασταρούχας, Κωνσταντίνος
Design of integrated emulator of biological tissues impedance
description The subject of this M.Sc. Thesis is the hardware implementation of biological models. More specifically, the aim of thesis is to develop a novel topology for emulating an electrical-analogue of a fractional-order mechanical impedance which represents the human respiratory system using approximated fractional-order capacitors and inductors. Also, the fractional impedance model of wood tissue is presented and evaluated using fractional-order capacitors. These fractional-order elements are realized using differentiator/integrator blocks constructed from appropriately configured Operational Transconductance Amplifiers (OTAs). The main reasons for using this technique is that it simultaneously offers the following attractive characteristics: (a) resistorless implementation, (b) electronic adjustment of frequency characteristics through the bias current and (c) implementation using only grounded capacitors. The system implementation of human respiratory system and wood tissue is performed using MOS transistors operating in the subthreshold region and in strong inversion, respectively. The use of low-level bias currents allows for system design with low power consumption and, simultaneously, enables the implementation of large values of resistors that are necessary for the realization of large time constants. The design of the circuits has been performed through the Virtuoso Schematic Editor of the Cadence software and the simulation results have been derived through Virtuoso Analog Design Environment and MOS transistor models provided by the AMS CMOS 0.35μm technology.
author2 Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος
author_facet Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος
Βασταρούχας, Κωνσταντίνος
format Thesis
author Βασταρούχας, Κωνσταντίνος
author_sort Βασταρούχας, Κωνσταντίνος
title Design of integrated emulator of biological tissues impedance
title_short Design of integrated emulator of biological tissues impedance
title_full Design of integrated emulator of biological tissues impedance
title_fullStr Design of integrated emulator of biological tissues impedance
title_full_unstemmed Design of integrated emulator of biological tissues impedance
title_sort design of integrated emulator of biological tissues impedance
publishDate 2017
url http://hdl.handle.net/10889/10477
work_keys_str_mv AT bastarouchaskōnstantinos designofintegratedemulatorofbiologicaltissuesimpedance
AT bastarouchaskōnstantinos schediasēoloklērōmenoukyklōmatosexomoiōtēempedēsēsbiologikōnistōn
_version_ 1771297211311718400