Novel CMOS analog integrated circuits for implementing approximants of the fractional-order laplacian operator

Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή πραγματεύεται τη σχεδίαση καινοτόμων CMOS αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, τα οποία έχουν προέλθει μέσω προσεγγιστικών μεθόδων υλοποίησης του Λαπλασιανού τελεστή κλασματικής τάξης. Κύρια χαρακτηριστικά των προτεινόμενων τοπολογιών είναι η κυκλωματική απλότητα, λόγω του μικρού αριθμού των χρησιμοποιούμενων MOS τρανζίστορ, η μειωμένη κατανάλωση ισχύος, η περιορισμένη περιοχή πυριτίου και η ηλεκτρονική ρύθμιση των χαρακτηριστικών τους μέσω κατάλληλων ρευμάτων πόλωσης. Τα τελευταία χρόνια, ο κλασματικός λογισμός έχει εφαρμοστεί στο σχεδιασμό κυκλωμάτων, καθιστώντας τον έναν από τους πιο ενδιαφέροντες διεπιστημονικούς τομείς του. Για την υλοποίηση των κυκλωμάτων κλασματικής τάξης, εκτός από τον άμεσο, αλλά εμπορικά μη διαθέσιμο, τρόπο χρησιμοποίησης πυκνωτών κλασματικής τάξης στις τυπικές τοπολογίες, μία εναλλακτική και, ταυτόχρονα, αποτελεσματική μέθοδος είναι η προσέγγιση της συμπεριφοράς τους μέσω παθητικών ή ενεργών στοιχείων. Το πρώτο συνεπάγεται τη χρήση κατάλληλα διαμορφωμένων RC δικτυωμάτων, που προκύπτουν εύκολα, αλλά δεν είναι ηλεκτρονικά προγραμματιζόμενα, ενώ το τελευταίο ευνοεί την ηλεκτρονική ρύθμιση σε βάρος του αυξημένου αριθμού ενεργών στοιχείων. Έτσι, ο κύριος στόχος της Διατριβής είναι να ξεπεραστούν τα υπάρχοντα εμπόδια μέσω δύο βασικών αξόνων. Ο πρώτος περιλαμβάνει την υλοποίηση καινοτόμων απλών δομών, χρησιμοποιώντας υλοποιημένους πυκνωτές κλασματικής τάξης ή προσεγγιστικά RC δικτυώματα, και την υλοποίηση τοπολογιών πολλαπλών ανατροφοδοτήσεων χωρίς πυκνωτές για την πραγματοποίηση προσεγγίσεων χαμηλής τάξης. Ο δεύτερος άξονας περιλαμβάνει την ανάπτυξη νέων συστηματικών μεθόδων για την αποσύνθεση των αρχικών συναρτήσεων μεταφοράς υψηλότερης τάξης, που έχουν προσεγγισθεί, σε ένα γινόμενο ή άθροισμα απλών όρων ενεργού φίλτρου χαμηλότερης τάξης. Η πρακτική αξία των προτεινόμενων ιδεών επικυρώνεται μέσω παραδειγμάτων εφαρμογής σε διάφορους επιστημονικούς τομείς. Η απόδοση των παρουσιαζόμενων δομών αξιολογείται μέσω αποτελεσμάτων προσομοίωσης που έχουν προκύψει, χρησιμοποιώντας το λογισμικό Cadence και το Design Kit που παρέχεται από την τεχνολογία Austria Mikro Systeme (AMS) CMOS 0.35μm.