Realization of non-integer-order impedances for interdisciplinary applications

The subject of this M.Sc. Thesis is the realization of non-integer-order impedances for interdisciplinary applications. More specifically, this Thesis is deals with the consideration of the total impedance of a circuit instead of the intermediate impedance functions, where the realization of this im...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Καλύβα, Παναγιώτα
Άλλοι συγγραφείς: Kalyva, Panagiota
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/15830
id nemertes-10889-15830
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Fractional calculus
Fractional-order Laplacian operator
Fractional-order elements
Fractional-order circuits
Bio-impedance
RC networks (i.e. Cauer or Foster)
Operational amplifiers (opamp)
CMOS integrated circuits
Κλασματικός λογισμός
Λαπλασιανός τελεστής κλασματικής τάξης
Στοιχεία κλασματικής τάξης
Κυκλώματα κλασματικής τάξης
Βιομπέδηση
RC δικτυώματα (i.e. Cauer or Foster)
Τελεστικοί ενισχυτές
CMOS αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα
spellingShingle Fractional calculus
Fractional-order Laplacian operator
Fractional-order elements
Fractional-order circuits
Bio-impedance
RC networks (i.e. Cauer or Foster)
Operational amplifiers (opamp)
CMOS integrated circuits
Κλασματικός λογισμός
Λαπλασιανός τελεστής κλασματικής τάξης
Στοιχεία κλασματικής τάξης
Κυκλώματα κλασματικής τάξης
Βιομπέδηση
RC δικτυώματα (i.e. Cauer or Foster)
Τελεστικοί ενισχυτές
CMOS αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα
Καλύβα, Παναγιώτα
Realization of non-integer-order impedances for interdisciplinary applications
description The subject of this M.Sc. Thesis is the realization of non-integer-order impedances for interdisciplinary applications. More specifically, this Thesis is deals with the consideration of the total impedance of a circuit instead of the intermediate impedance functions, where the realization of this impedance is achieved through the design of a Generalized Impedance Converter (GIC) scheme. Initially, it is presented the suitable curve fitting technique using MATLAB, which is used for approximating the frequency-domain behavior of the total impedance of a fractional-order model and the derived rational integer-order function is then implemented using conventional (i.e. Cauer or Foster) RC networks. The main attractive offered benefit of the proposed concept is that avoiding the approximation of the individual Laplacian operators, the passive component count and by extension the circuit complexity is reduced significantly. Then, it is presented the design of the Generalized Impedance Converter scheme, which consists of five impedances, as well as an Operational amplifier (opamp), which is used twice. This opamp is realized using MOS transistors provided by the AMS (Austria Mikro System) 0.35µm CMOS. The four impedances of the scheme are substituted by resistors and the fifthy impedance, which is the total impedance of the circuit which we study, is substituted by a RC network (i.e. Cauer or Foster). The values of the elements for these networks are calculated applying a n^th order fitfrd approximation on the impedance function of the circut using MATLAB. The last part is the verification of the performance of the proposed scheme through schematic and post-layout simulations, using Cadence and the Design Kit provided by the AMS 0.35µm CMOS technology process.
author2 Kalyva, Panagiota
author_facet Kalyva, Panagiota
Καλύβα, Παναγιώτα
author Καλύβα, Παναγιώτα
author_sort Καλύβα, Παναγιώτα
title Realization of non-integer-order impedances for interdisciplinary applications
title_short Realization of non-integer-order impedances for interdisciplinary applications
title_full Realization of non-integer-order impedances for interdisciplinary applications
title_fullStr Realization of non-integer-order impedances for interdisciplinary applications
title_full_unstemmed Realization of non-integer-order impedances for interdisciplinary applications
title_sort realization of non-integer-order impedances for interdisciplinary applications
publishDate 2022
url http://hdl.handle.net/10889/15830
work_keys_str_mv AT kalybapanagiōta realizationofnonintegerorderimpedancesforinterdisciplinaryapplications
AT kalybapanagiōta ylopoiēsēempedēseōnmēakeraiastaxēsgiadiathematikesepharmoges
_version_ 1771297211239366656
spelling nemertes-10889-158302022-09-05T11:16:51Z Realization of non-integer-order impedances for interdisciplinary applications Υλοποίηση εμπεδήσεων μη ακέραιας τάξης για διαθεματικές εφαρμογές Καλύβα, Παναγιώτα Kalyva, Panagiota Fractional calculus Fractional-order Laplacian operator Fractional-order elements Fractional-order circuits Bio-impedance RC networks (i.e. Cauer or Foster) Operational amplifiers (opamp) CMOS integrated circuits Κλασματικός λογισμός Λαπλασιανός τελεστής κλασματικής τάξης Στοιχεία κλασματικής τάξης Κυκλώματα κλασματικής τάξης Βιομπέδηση RC δικτυώματα (i.e. Cauer or Foster) Τελεστικοί ενισχυτές CMOS αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα The subject of this M.Sc. Thesis is the realization of non-integer-order impedances for interdisciplinary applications. More specifically, this Thesis is deals with the consideration of the total impedance of a circuit instead of the intermediate impedance functions, where the realization of this impedance is achieved through the design of a Generalized Impedance Converter (GIC) scheme. Initially, it is presented the suitable curve fitting technique using MATLAB, which is used for approximating the frequency-domain behavior of the total impedance of a fractional-order model and the derived rational integer-order function is then implemented using conventional (i.e. Cauer or Foster) RC networks. The main attractive offered benefit of the proposed concept is that avoiding the approximation of the individual Laplacian operators, the passive component count and by extension the circuit complexity is reduced significantly. Then, it is presented the design of the Generalized Impedance Converter scheme, which consists of five impedances, as well as an Operational amplifier (opamp), which is used twice. This opamp is realized using MOS transistors provided by the AMS (Austria Mikro System) 0.35µm CMOS. The four impedances of the scheme are substituted by resistors and the fifthy impedance, which is the total impedance of the circuit which we study, is substituted by a RC network (i.e. Cauer or Foster). The values of the elements for these networks are calculated applying a n^th order fitfrd approximation on the impedance function of the circut using MATLAB. The last part is the verification of the performance of the proposed scheme through schematic and post-layout simulations, using Cadence and the Design Kit provided by the AMS 0.35µm CMOS technology process. Το αντικείμενο της παρούσας Μεταπτυχιακής Διπλωματικής Εργασίας πραγματεύεται την υλοποίηση εμπεδήσεων μη ακέραιας τάξης για διαθεματικές εφαρμογές. Πιο συγκεκριμένα, η παρούσα Εργασία ασχολείται με τη συμπεριφορά της συνολικής εμπέδησης ενός κυκλώματος αντί των ενδιάμεσων συναρτήσεων εμπέδησης, όπου η υλοποίηση της συνολικής εμπέδησης επιτυγχάνεται μέσω του σχεδιασμού ενός συστήματος Γενικευμένου Μετατροπέα Εμπέδησης (GIC). Αρχικά, παρουσιάζεται η τεχνική προσαρμογής καμπύλης με χρήση του λογισμικού MATLAB, η οποία χρησιμοποιείται για την προσέγγιση της συμπεριφοράς της συνολικής εμπέδησης ενός μοντέλου κλασματικής τάξης στο πεδίο της συχνότητας, και στη συνέχεια η παραγόμενη συνάρτηση ακέραιης τάξης υλοποιείται με τη χρήση RC δικτυωμάτων (δηλ. Cauer ή Foster). Το κύριο προσφερόμενο πλεονέκτημα της προτεινόμενης ιδέας είναι ότι αποφεύγοντας την προσέγγιση των επιμέρους Λαπλασιανών τελεστών, μειώνεται σημαντικά ο αριθμός των παθητικών στοιχείων και κατ' επέκταση η πολυπλοκότητα του κυκλώματος. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται ο σχεδιασμός του συστήματος Γενικευμένου Μετατροπέα Εμπέδησης, το οποίο αποτελείται από πέντε εμπεδήσεις, καθώς και από έναν τελεστικό ενισχυτή (opamp), ο οποίος χρησιμοποιείται δύο φορές. Η υλοποίηση του εν λόγω opamp πραγματοποιείται με τη χρήση MOS τρανζίστορ που παρέχονται από την AMS (Austria Mikro System) 0,35µm CMOS. Oι τέσσερις εμπεδήσεις του GIC συστήματος αντικαθίστανται από αντιστάσεις και η πέμπτη εμπεδήση, η οποία είναι η συνολική εμπέδηση του κυκλώματος που θέλουμε να μελετήσουμε, αντικαθίσταται από ένα δίκτυο RC (π.χ. Cauer ή Foster). Oι τιμές των στοιχείων αυτών των δικτυωμάτων, υπολογίζονται εφαρμόζοντας μία n^th τάξης fitfrd προσέγγιση στη συνάρτηση εμπέδησης του κυκλώματος, με τη χρήση του λογισμικού MATLAB. Το τελευταίο µέρος αυτής της εργασίας, είναι η αξιολόγηση της απόδοσης του προτεινόµενου συστήματος µέσω εξομοιώσεων σε σχηματικό επίπεδο και σε επίπεδο layout, µε τη χρήση του λογισμικού Cadence και του Design Kit που παρέχεται από τη τεχνολογία CMOS 0.35µm της Austria Mikro Systeme (AMS). 2022-02-28T06:39:55Z 2022-02-28T06:39:55Z 2022-02-25 http://hdl.handle.net/10889/15830 en application/pdf