Realization of exponential filters and their application to biology/biomedicine
| datacite.contributor.RelatedPerson | Βλάσσης, Σπυρίδων | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Σουλιώτης, Γιώργος | |
| datacite.contributor.Supervisor | Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος | |
| dc.contributor.author | Λίτσο, Τζουλιάνο | |
| dc.contributor.other | Litso, Tzouliano | |
| dc.date.accessioned | 2026-02-18T09:23:36Z | |
| dc.date.available | 2026-02-18T09:23:36Z | |
| dc.date.issued | 2026-02-11 | |
| dc.degree | masterThesis | |
| dc.description.abstract | The subject of this M.Sc. Thesis is the design and implementation of exponential filters based on Gaussian and Mittag–Leffler functions, with application to electrocardiogram (ECG) signal processing. These filters offer flexible frequency responses, which can be adjusted through the parameters of the Mittag–Leffler function, allowing better adaptation to the characteristics of biomedical signals. The first part of this work focuses on the analysis of the ideal filter responses and their approximation in the frequency-domain using MATLAB. Since the ideal transfer functions cannot be directly implemented, a curve-fitting based method is applied in order to obtain rational integer-order transfer functions that closely follow the desired responses. The obtained transfer functions are then implemented using analog circuit techniques. A fourth-order Inverse Follow-the-Leader Feedback (IFLF) topology based on Operational Transconductance Amplifiers (OTAs) is used to realize the filters, offering a systematic way to implement different filter responses without changing the basic structure. The performance of the proposed circuits is evaluated through schematic-level and post-layout simulations using Cadence tools and CMOS technology models. In addition, the filters are implemented on a Field Programmable Analog Array (FPAA) platform, which allows experimental validation of the proposed designs. The experimental results confirm the effectiveness of the filters in reducing noise while preserving the main features of ECG signals. | |
| dc.description.translatedabstract | Το αντικείμενο της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η σχεδίαση και η υλοποίηση εκθετικών φίλτρων βασισμένων στις συναρτήσεις Gaussian και Mittag–Leffler, με εφαρμογή στην επεξεργασία σημάτων ηλεκτροκαρδιογραφήματος (ECG). Τα φίλτρα αυτά προσφέρουν ευέλικτες αποκρίσεις συχνότητας, οι οποίες μπορούν να ρυθμιστούν μέσω των παραμέτρων της συνάρτησης Mittag–Leffler, επιτρέποντας καλύτερη προσαρμογή στα χαρακτηριστικά των βιοϊατρικών σημάτων. Στο πρώτο μέρος της εργασίας γίνεται ανάλυση των ιδανικών αποκρίσεων των φίλτρων και προσέγγισή τους στο πεδίο της συχνότητας με χρήση του λογισμικού MATLAB. Επειδή οι ιδανικές συναρτήσεις μεταφοράς δεν μπορούν να υλοποιηθούν άμεσα, εφαρμόζεται μέθοδος προσαρμογής καμπύλης ώστε να προκύψουν ρητές συναρτήσεις μεταφοράς ακέραιας τάξης που προσεγγίζουν ικανοποιητικά τις επιθυμητές αποκρίσεις. Οι συναρτήσεις μεταφοράς που προκύπτουν υλοποιούνται στη συνέχεια με αναλογικές τεχνικές κυκλωμάτων. Χρησιμοποιείται τοπολογία τέταρτης τάξης Inverse Follow-the-Leader Feedback (IFLF) βασισμένη σε τελεστικούς ενισχυτές διαγωγιμότητας (OTAs), η οποία επιτρέπει την υλοποίηση διαφορετικών φίλτρων χωρίς αλλαγή της βασικής δομής. Η απόδοση των κυκλωμάτων αξιολογείται μέσω προσομοιώσεων σε επίπεδο σχηματικού και post-layout με χρήση εργαλείων Cadence και μοντέλων τεχνολογίας CMOS. Επιπλέον, τα φίλτρα υλοποιούνται σε πλακέτα Field Programmable Analog Array (FPAA), επιτρέποντας την πειραματική επαλήθευση των σχεδιασμών. Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την αποτελεσματικότητα των φίλτρων στη μείωση του θορύβου, διατηρώντας τα βασικά χαρακτηριστικά των σημάτων ECG. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/31298 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject | Exponential filters | |
| dc.subject | Gaussian filters | |
| dc.subject | Mittag–Leffler filters | |
| dc.subject.alternative | Εκθετικά φίλτρα, | |
| dc.subject.alternative | Φίλτρα Gaussian | |
| dc.subject.alternative | Φίλτρα Mittag–Leffler | |
| dc.title | Realization of exponential filters and their application to biology/biomedicine | |
| dc.title.alternative | Υλοποίηση εκθετικών φίλτρων και εφαρμογή τους στη βιολογία/βιοϊατρική |