Implementation of the model of the lung impedance using a fractional order circuit

Lungs are a vital organ for human body and that's why its proper and smooth functioning is extremely important. Lung impedance is a characteristic which could be studied and simulated by the behavior of a RC equivalent circuit. In this M.Sc. Thesis, a fractional-order circuit for the model of l...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Κασκούτα, Ελπίδα Ευελπία
Άλλοι συγγραφείς: Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2020
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/13230
id nemertes-10889-13230
record_format dspace
spelling nemertes-10889-132302022-09-05T14:08:47Z Implementation of the model of the lung impedance using a fractional order circuit Υλοποίηση του μοντέλου της εμπέδησης των πνευμόνων με χρήση κυκλώματος κλασματικής τάξης Κασκούτα, Ελπίδα Ευελπία Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος Βλάσσης, Σπυρίδων Οικονόμου, Γεώργιος Kaskouta, Elpida Evelpia Fractional order Differentiator Κλασματική τάξη Διαφοριστής Lungs are a vital organ for human body and that's why its proper and smooth functioning is extremely important. Lung impedance is a characteristic which could be studied and simulated by the behavior of a RC equivalent circuit. In this M.Sc. Thesis, a fractional-order circuit for the model of lung impedance was designed. The proposed topology offers the benefit of implementing orders between 0 and 2 only by changing the bias currents of the active elements of the circuit.The presented idea of this M.Sc. Thesis is the implementation of the electrical equivalent of lung impedance with only one topology, using fractional-order calculus and taking into account the use of the minimum number of active elements as well as the minimun spread of the capacitors used. The impedance of the model it is implemented using Operational Transcoductance Amplifiers (OTAs), taking advantage of the electronical adjustment of the scaling factors and the time-constants of the circuit and consequently its transfer function. The approximation of the model is 1st-order Partial Fraction Expansion. The transistors of the Operational Transconductance Amplifiers (OTAs), operate in the weak inversion region, achieving low voltage and low power consumption. The verification of the performance of the proposed circuit is carried out through post-layout simulations using Cadence and the Design Kit provided by the Austria Mikro Systeme (AMS) 0.35μm CMOS technology process. Οι πνεύμονες αποτελούν ένα ζωτικής σημασίας όργανο του ανθρώπινου σώματος για αυτό και είναι εξαιρετικά σημαντική η σωστή και ομαλή λειτουργία τους. Η εμπέδηση που εμφανίζουν είναι ένα χαρακτηριστικό που μελετάται και προσομοιώνεται με την συμπεριφορά μίας εν σειράς RC συνδεσμολογίας. Σε αυτή τη Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία, σχεδιάστηκε το μοντέλο εμπέδησης των πνευμόνων χρησιμοποιώντας κύκλωμα κλασματικής τάξης. Η προτεινόμενη τοπολογία έχει το πλεονέκτημα ότι μπορεί να υλοποιήσει τάξεις από 0 έως 2 μόνο μέσω της αλλαγής των ρευμάτων πόλωσης των ενεργών στοιχείων του κυκλώματος. Επίσης παρουσιάζεται η υλοποίηση του ηλεκτρικού ισοδύναμου με μία μόνο τοπολογία κάνοντας χρήση του κλασματικού λογισμού, έχοντας υπόψιν την χρήση του ελάχιστου αριθμού ενεργών στοιχείων καθώς και της ελάχιστης διασποράς των τιμών των πυκνωτών που χρησιμοποιήθηκαν. Η εμπέδηση του μοντέλου εξαρτάται από την κλασματική τάξη και έτσι η υλοποίηση του γίνεται με την χρήση Τελεστικών Ενισχυτών Διαγωγιμότητας (ΟΤΑs), εκμεταλλευόμενοι την ηλεκτρονική ρύθμιση του κέρδους καθώς και των σταθερών χρόνου του κυκλώματος και κατ' επέκταση την συνάρτηση μεταφοράς του. Η προσέγγιση της συνάρτησης μεταφοράς της τοπολογίας που χρησιμοποιήθηκε είναι η 1ης -τάξη Partial Fraction Expansion. Τα τρανζίστορ που αποτελούν τα δομικά στοιχεία των Τελεστικών Ενισχυτών Διαγωγιμότητας, λειτουργούν στην περιοχή της ασθενής αναστροφής, πετυχαίνοντας χαμηλή κατανάλωση και τάση. Η ορθή λειτουργία του προτεινόμενου κυκλώματος επαληθεύεται μέσω προσομοιώσεων μετά από σχεδιασμό σε επίπεδο layout, με τη βοήθεια του λογισμικού Cadence και του Design Kit που προσφέρονται από την τεχνολογία Austria Mikro Systeme (AMS) 0.35μm CMOS. 2020-02-27T20:43:42Z 2020-02-27T20:43:42Z 2020-02-20 Thesis http://hdl.handle.net/10889/13230 en 0 application/pdf
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Fractional order
Differentiator
Κλασματική τάξη
Διαφοριστής
spellingShingle Fractional order
Differentiator
Κλασματική τάξη
Διαφοριστής
Κασκούτα, Ελπίδα Ευελπία
Implementation of the model of the lung impedance using a fractional order circuit
description Lungs are a vital organ for human body and that's why its proper and smooth functioning is extremely important. Lung impedance is a characteristic which could be studied and simulated by the behavior of a RC equivalent circuit. In this M.Sc. Thesis, a fractional-order circuit for the model of lung impedance was designed. The proposed topology offers the benefit of implementing orders between 0 and 2 only by changing the bias currents of the active elements of the circuit.The presented idea of this M.Sc. Thesis is the implementation of the electrical equivalent of lung impedance with only one topology, using fractional-order calculus and taking into account the use of the minimum number of active elements as well as the minimun spread of the capacitors used. The impedance of the model it is implemented using Operational Transcoductance Amplifiers (OTAs), taking advantage of the electronical adjustment of the scaling factors and the time-constants of the circuit and consequently its transfer function. The approximation of the model is 1st-order Partial Fraction Expansion. The transistors of the Operational Transconductance Amplifiers (OTAs), operate in the weak inversion region, achieving low voltage and low power consumption. The verification of the performance of the proposed circuit is carried out through post-layout simulations using Cadence and the Design Kit provided by the Austria Mikro Systeme (AMS) 0.35μm CMOS technology process.
author2 Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος
author_facet Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος
Κασκούτα, Ελπίδα Ευελπία
format Thesis
author Κασκούτα, Ελπίδα Ευελπία
author_sort Κασκούτα, Ελπίδα Ευελπία
title Implementation of the model of the lung impedance using a fractional order circuit
title_short Implementation of the model of the lung impedance using a fractional order circuit
title_full Implementation of the model of the lung impedance using a fractional order circuit
title_fullStr Implementation of the model of the lung impedance using a fractional order circuit
title_full_unstemmed Implementation of the model of the lung impedance using a fractional order circuit
title_sort implementation of the model of the lung impedance using a fractional order circuit
publishDate 2020
url http://hdl.handle.net/10889/13230
work_keys_str_mv AT kaskoutaelpidaeuelpia implementationofthemodelofthelungimpedanceusingafractionalordercircuit
AT kaskoutaelpidaeuelpia ylopoiēsētoumonteloutēsempedēsēstōnpneumonōnmechrēsēkyklōmatosklasmatikēstaxēs
_version_ 1771297237514584064