Design of fractional-order differentiator-lowpass filters for denoising ECG signals

This Msc Thesis deals with the design of a fractional-order differentiator-lowpass filter for reducing the noise from an ECG signal. This implementation is a fairly innovative idea, both in the fields of electronics and biomedicine, if we consider that this way of designing is proposed for the first...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Βάση, Κωνσταντίνος
Άλλοι συγγραφείς: Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2019
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/12242
id nemertes-10889-12242
record_format dspace
spelling nemertes-10889-122422022-09-05T20:13:56Z Design of fractional-order differentiator-lowpass filters for denoising ECG signals Σχεδίαση κυκλωμάτων διαφοριστή-βαθυπερατού φίλτρου κλασματικής-τάξης για την μείωση του θορύβου στα ηλεκτροκαρδιογραφήματα Βάση, Κωνσταντίνος Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος Βλάσσης, Σπυρίδων Οικονόμου, Γεώργιος Vasi, Constantinos Fractional-order circuits Electrocardiogram Κυκλώματα κλασματικής τάξης Ηλεκτροκαρδιογράφημα 621.382 24 This Msc Thesis deals with the design of a fractional-order differentiator-lowpass filter for reducing the noise from an ECG signal. This implementation is a fairly innovative idea, both in the fields of electronics and biomedicine, if we consider that this way of designing is proposed for the first time in terms of denoising such signals. Noise in typical ECG signals comes from both natural (muscle movement) and electrical (electrodes imperfections) causes. The use of ordinary integer-order circuits to reduce noise in such a signal is inadequate, as the signal is deformed significantly. A fairly innovative idea to achieve electrocardiogram filtration is introduced in this thesis, which provides for the design of a fractional-order differentiator-lowpass filter. The transfer function of the filter results from the use of integer-order transfer functions, which are implemented via multiple feedback topologies. This could be achieved by the construction of a fractional-order differentiator and an integer-order lowpass filter, whereby given their properties, the aim of extracting R-peaks in electrocardiograms will be achieved. The method of approximation that is used for this purpose is the 2nd -order Continued Function Expansion. The performance of the proposed scheme is verified through post-layout simulations using Cadence IC design suite and the Design Kit provided by the Austria Mikro Systeme (AMS) 0.35μm CMOS technology process. Η παρούσα Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία έχει σαν θέμα της, την σχεδίαση διαφοριστή-βαθυπερατού φίλτρου κλασματικής τάξης για την μείωση του θορύβου σε ένα ηλεκτροκαρδιογράφημα. Η συγκεκριμένη υλοποίηση αποτελεί μια αρκετά καινοτόμο ιδέα, τόσο στον τομέα των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, όσο και στον τομέα των βιοϊατρικών επιστημών, αν αναλογιστούμε ότι για πρώτη φορά προτείνεται αυτός ο τρόπος σχεδίασης για την αντιμετώπιση του θορύβου σε τέτοια σήματα. Ένα τυπικό ηλεκτροκαρδιογράφημα επιβαρύνεται από θόρυβο ο οποίος προέρχεται τόσο από φυσικές, όσο και από ηλεκτρονικές αιτίες. Η χρήση συνηθισμένων κυκλωμάτων ακέραιας τάξης για την μείωση του θορύβου σε ένα τέτοιο σήμα αποδεικνύεται ανεπαρκής, καθώς το παραμορφώνει σημαντικά. Στην παρούσα Εργασία, προτείνεται μια αρκετά καινοτόμος ιδέα για την επίτευξη του φιλτραρίσματος του ηλεκτροκαρδιογραφήματος, η οποία προβλέπει την σχεδίαση ενός κλασματικής τάξης διαφοριστή-βαθυπερατού φίλτρου, η συνάρτηση μεταφοράς του οποίου προκύπτει από την χρήση ακέραιας τάξης συναρτήσεων, οι οποίες υλοποιούνται μέσω τοπολογιών πολλαπλής ανάδρασης. Η βασική ιδέα είναι η κατασκευή ενός κλασματικής τάξης διαφοριστή και ενός ακέραιας τάξης βαθυπερατού φίλτρου, όπου δεδομένων των παρεχόμενων ιδιοτήτων τους θα επιτευχθεί ο στόχος της εξαγωγής των R κορυφών στα ηλεκτροκαρδιογραφήματα. Η μέθοδος προσέγγισης της συνάρτησης μεταφοράς του φίλτρου είναι η CFE (Continued Fraction Expansion) 2ης τάξης. Η ορθή λειτουργία του προτεινόμενου κυκλώματος επαληθεύεται μέσω εξομοιώσεων μετά από σχεδιασμό σε επίπεδο layout, με τη βοήθεια του λογισμικού Cadence και Design Kit που προσφέρονται από την τεχνολογία Austria Mikro Systeme (AMS) 0.35μm CMOS. 2019-06-30T11:10:20Z 2019-06-30T11:10:20Z 2019-02-27 Thesis http://hdl.handle.net/10889/12242 en 0 application/pdf
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Fractional-order circuits
Electrocardiogram
Κυκλώματα κλασματικής τάξης
Ηλεκτροκαρδιογράφημα
621.382 24
spellingShingle Fractional-order circuits
Electrocardiogram
Κυκλώματα κλασματικής τάξης
Ηλεκτροκαρδιογράφημα
621.382 24
Βάση, Κωνσταντίνος
Design of fractional-order differentiator-lowpass filters for denoising ECG signals
description This Msc Thesis deals with the design of a fractional-order differentiator-lowpass filter for reducing the noise from an ECG signal. This implementation is a fairly innovative idea, both in the fields of electronics and biomedicine, if we consider that this way of designing is proposed for the first time in terms of denoising such signals. Noise in typical ECG signals comes from both natural (muscle movement) and electrical (electrodes imperfections) causes. The use of ordinary integer-order circuits to reduce noise in such a signal is inadequate, as the signal is deformed significantly. A fairly innovative idea to achieve electrocardiogram filtration is introduced in this thesis, which provides for the design of a fractional-order differentiator-lowpass filter. The transfer function of the filter results from the use of integer-order transfer functions, which are implemented via multiple feedback topologies. This could be achieved by the construction of a fractional-order differentiator and an integer-order lowpass filter, whereby given their properties, the aim of extracting R-peaks in electrocardiograms will be achieved. The method of approximation that is used for this purpose is the 2nd -order Continued Function Expansion. The performance of the proposed scheme is verified through post-layout simulations using Cadence IC design suite and the Design Kit provided by the Austria Mikro Systeme (AMS) 0.35μm CMOS technology process.
author2 Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος
author_facet Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος
Βάση, Κωνσταντίνος
format Thesis
author Βάση, Κωνσταντίνος
author_sort Βάση, Κωνσταντίνος
title Design of fractional-order differentiator-lowpass filters for denoising ECG signals
title_short Design of fractional-order differentiator-lowpass filters for denoising ECG signals
title_full Design of fractional-order differentiator-lowpass filters for denoising ECG signals
title_fullStr Design of fractional-order differentiator-lowpass filters for denoising ECG signals
title_full_unstemmed Design of fractional-order differentiator-lowpass filters for denoising ECG signals
title_sort design of fractional-order differentiator-lowpass filters for denoising ecg signals
publishDate 2019
url http://hdl.handle.net/10889/12242
work_keys_str_mv AT basēkōnstantinos designoffractionalorderdifferentiatorlowpassfiltersfordenoisingecgsignals
AT basēkōnstantinos schediasēkyklōmatōndiaphoristēbathyperatouphiltrouklasmatikēstaxēsgiatēnmeiōsētouthoryboustaēlektrokardiographēmata
_version_ 1771297329791369216