淡江大學電機工程學系碩士班學位論文
淡江大學,正常發行
選擇卷期
- 學位論文
本論文提出種子區域成長法跟快包法為基礎的建立多目標色彩模型的方法。以FIRA (Federation of International Robot-soccer Association) RoboSot規則之中型足球機器人下的全方位視覺系統為發展平台。本方法目的是改善傳統以人工方式建立多目標色彩模型費時、費力的缺點。因不同使用者建立色彩模型造成效果差異，影響了影像系統判斷目標物的穩定性。本論文以種子區域成長法 (Seeded Region Growing, SRG) 來自動選取目標樣本，利用目標顏色與環境中的差異性來判斷目標顏色區域。接下來，將SRG建立的目邊顏色的像素，利用快包法 (Quickhull) 來自動建立目標色彩模型範圍。並且改善一般色彩空間中，用色相、飽和度與亮度之上下界建立之色彩模型容易包含過多不屬於目標色彩樣本的問題，使得色彩模型更貼近目標之顏色，增加色彩分割和目標辨識的成功機率。 最後由實驗結果中，得知本論文快包法較傳統人工方式建立之色彩模型更有效率以及更精確。
- 學位論文
在現代的科技產業中，許多電路都將類比式轉換成數位式，而數位電路中又以時序電路為主體，然而振盪器電路就在其中扮演著不可或缺的角色。因3C產業的蓬勃發展，其中的最大訴求為輕、薄、省電及節省成本，然而要在節省面積及降低功率消耗的條件下，系統依然必須保持穩定則是本次研究之目的。 從微處理器之時脈產生到行動電話的載波合成，都需要不同的振盪器電路和效能參數。不同形式振盪器中，屬石英振盪器對製程及溫度(Process, Temperature)最為穩定，此論文目標則是設計出一個具自動偵測製程、溫度漂移補償之低供應電壓參考時振盪器電路。 整體電路分為三大部分，第一部分為四級差動延遲單位所組成的電壓控制環型振盪器，則此電壓控制環型振盪器會因製程及溫度的變化而造成在固定的控制電壓下，所產生的輸出頻率會有所不同。第二部分為雙端轉單端頻率輸出電路，此電路目的為調整輸出頻率之責任週期(Duty Cycle)在50%的目標。第三部分為頻率電壓轉換器電路，此電路會因輸入頻率不同而轉換不同的電壓輸出，進而校正電壓控制振盪器因為製程及溫度不同下的變化。整體電路結合這三大部分電路，因為頻率電壓轉換器電路可校正電壓控制環型振盪器在不同的製程及溫度變化下所產生的輸出頻率，進而提供不同的輸出電壓去控制電壓控制環型振盪器的控制端，因為電路為閉迴路的關係形成收斂的狀態，而使得輸出頻率可以穩定在目標25MHz下，達到製程及溫度變化的補償。
- 學位論文
基於現今電子器材要求降低功率消耗的概念下，本論文提出了以降低輸入電壓為首要工作之低壓降線性穩壓器。在90nm製程下，輸入電壓為1V為基本，如何降低到0.5V以下系統人然能夠正常運作便是研究中的一個重要議題。低壓降線性穩壓器運用於提供穩定電壓，穩壓器是否能精確地輸出電壓為極重要的，因此，要判斷出穩壓器的可靠度及準確度，線性調節率與負載調節率變為重要的參數。 本論文提出的電路可分為三部分，第一部分為粗調控制，利用漸進式移位暫存控制器的二分法概念產生出數位訊號控制功率電晶體以達到快速地輸出電壓，第二部分則為細調控制，以移位暫存器來細微調整輸出電壓的大小，使輸出電壓可以及靠近目標電壓，以求精準度，第三部分為比較器，此電路直接影響著整體電路事整體電路的精確度。由於功率電晶體會隨著製程及溫度偏異而改變，功率電晶體的大小便為重要，在此利用11 bit的移位暫存控制器來驅使足夠大的電晶體以求達到理想的輸出電壓，由於此時輸出電壓還未達到目標電壓，未達到相當精確，因此加入80級的移位暫存器來控制尺寸極小的功率電晶體，此微調範圍可包含於TT、FF、SS三種製程以及0°C、25°C及75°C三種溫度，使得規格都有符合預期之規格。 上述的電路設計加以模擬驗證後可得到一輸入電壓低於0.5V之數位式超低壓低壓降線性穩壓器，輸入電壓為0.5V，輸出電壓為0.3V。最大負載電流為5mA，與精準度有關的負載調節率可達到0.516mV/mA，線性調節率達到6.88 mV/V，而靜態電流卻僅為26uA。
- 學位論文
隨著生醫電子的快速發展，植入式或穿戴式晶片逐漸被廣泛應用在健康管理以及居家照護等人體無線傳輸生理感測器中，感測器所傳輸的資料包含了各種控制訊號與感測結果資料，因此感測器之傳輸資料速度會隨者所傳輸資料的種類不同而有很大的變化。因此發射器隨著資料型態的改變而調整傳輸速率可大幅使用能源之效益避免能源的浪費。 由於在此類的晶片電源主要以電池為主，因此電路之生命周期主要受限於電路的功率消耗。由於此類電路的生命周期需求必須長達數年，甚至十年之久，因此如何降低感測器之功率消耗成為設計無線傳輸感測器電路的首要考量。 目前應用於超低功耗無線傳輸接收發射晶片之調變方式有以下兩種，從最早期的振幅鍵移調變到最近被廣泛使用的頻率鍵移調變兩種調變方式。ASK將資料放在載波頻率之振幅上，藉由訊耗振幅大小來調變成傳輸端之輸出資料。FSK則是將訊號分為兩種頻率，經由發射電路調變產生傳輸端之資料。由於FSK調變有較好的抗干擾能力，所以較為適用於超低功耗接收發射電路中。本論文提出一可變傳輸速率之超低功耗頻率鍵移發射電路架構，傳輸速率可從200 Kb/s調整至10Mb/s ，並且提出了以數位三角積分器來進行控制振盪器之輸出頻率，藉由數位電路進行校正以達到傳輸速率更細部的微調，隨著資料類型的不同調整傳輸速率可大幅降低傳輸每單位資料之能源消耗，提高使用能源之效益。 我們在TSMC 0.18μm 製程實現一個以人體為傳輸介質應用於穿戴式或植入式生理訊號感測器之超低功耗頻率鍵移發射電路，由於以人體為傳輸介質，因此傳輸路徑損耗會比空氣小許多，大幅降低對發射器前端電路之功率需求。電路中類比電路之電晶體操作在次臨界區，當資料傳輸速度為10 Mb/s時，此時操作電壓為0.7V，電路功耗為700μW，此時電路傳輸每單位資料所需之能源消耗為70 pJ/bit。
- 學位論文
在高科技的社會中，隨著網路的興起、智慧型行動裝置的成熟及頻寬不斷的提升，讓現代的生活越來越便利。但因為人們過度集中於都市或移動速度過快原因，造成了頻寬的爭奪及網路換手的問題，如何解決目前正都在被廣泛的議論當中。 Stream Control Transmission Protocol(SCTP)，在2000年由IETF所提出，RFC 4960詳細地定義了SCTP。SCTP是屬於OSI網路七層架構中的傳輸層，SCTP結合TCP及UDP的優點，是一種點對點的傳輸，兼具可靠性服務的通訊協定。SCTP最為顯著特色的為多重串流(Multi-stream)與多重位址(Multi-homing)的特性。 其中，多重位址能同時擁有多組IP，並建立多條異質或同質的網路連線，也因為這特性，SCTP是適合來應用在軟式換手(soft-handover)的流程中。在原協定中所訂定的壅塞控制機制中，在換手時，新路徑的壅塞視窗(Congestion Window, CWND)因為沒有資料在傳輸，以致於CWND都處於接近初始值的數值。因此，在換手後會因為CWND的急遽下降，造成傳輸速率也瞬間急遽下降，使在換手後無法保持原有的傳輸效率。 本論文提出Fast Handover Recover - SCTP(FHR-SCTP)新的機制，基於SCTP Efficient Flow Control During Handover (SCTP-EFC)做更進階的改善。在換手後，新路徑除了繼承舊路徑的CWND外，並將其設定以慢啟動(Slow-Start)的方式來快速地到達新路徑CWND的峰值。除了保持原有的傳輸效率外，使新路徑能立即的擁有最大的傳輸量。若換手至較差通道品質的網路環境時，可能因為過大的CWND造成傳輸量過大，而導致封包掉落，因此若在換手後偵測到封包遺失時，將過大的CWND扣除遺失封包的大小，使新路徑能以可接受的最大傳輸量繼續傳輸。 本論文的實驗中，在換手後CWND遞增至最高值所花時間的部分，與SCTP及SCTP-EFC相比，提升了0%~42.5%；當FHR-SCTP換手機制在換手後CWND到達峰值時，比SCTP及SCTP-EFC多傳送0%~41.72%的資料量，由此來驗證，FHR-SCTP有較好的換手效率。
- 學位論文
迴路整型(loop shaping)技術為強健控制領域中的熱門研究主題， 而其中之一即為指定頻段H∞控制技術，其可應用廣義KYP (generalized Kalman-Yakubovich -Popov，GKYP)引理逕行設計，而毋需引用權重函數。相對地，指定頻段H2控制方法因受限於缺乏相關數學工具，並無這樣的直接設計方法。因此，引入權重函數的輔助設計仍為目前主要的近似解法。然而，權重函數的引入會造成兩個問題，其一為控制器階數遽增，增添了硬體實現之複雜度；其二會在擴增系統內增加無法移動的極點，進而可能會影響閉回路系統(不含權重函數)極點之配置。基於上述分析，本論文聚焦於傳統含權重函數之H2迴路整型技術的補強之道，特別是控制器階數以及極點是否可任意配置之問題。 本論文針對前述問題，提出三種設計方法。在設計條件有解的情況下，本論文的設計方法可使控制器的階數介於受控體階數與傳統方法所得階數(亦即受控體與權重函數階數之總和)之間。而在閉迴路極點的問題上，由於權重函數亦為設計的一部份，在可穩定與可偵測的前提之下，本論文所提方法可使閉迴路極點配置於指定區域(方法一)或任意指定位置(方法二、三)。本論文所提出的設計條件均為線性矩陣不等式，可運用現有數值軟體模擬迅速求解。最後，本論文針對一低頻雜訊問題，應用本文方法進行設計與模擬，結果證實我們所提出的方法的確有效。
- 學位論文
在無線通訊系統中為了追求更高傳輸效能的透過結合和超寬頻(UWB)與多天線系統(MIMO)被賦予很高的期待。而改善相關的通訊品質和降低成本更是近幾年無線個人通訊網路中熱烈討論的議題。超寬頻主要是用在室內環境，但環境產生多路徑效應也影響著它的效能。多路徑效應造成的符際干擾(ISI)容易造成系統的錯誤率以及環境的失效率上升。因此，透過使用實數正交設計(ROD)可以有效的改善超寬頻多天線系統。首先，一個基地台可能在服務範圍內會上千移動通訊的使用者，而比較符合成本效益的做法是擴充基地的設備而不是在使用者端增加設計的成本。再來，使用實數正交設計的計算複雜度低也不需要將接收端的信號回授給傳送端。在這篇論文中，模擬環境透過使用射線彈跳追蹤法結合反複利葉轉換可以求出該環境的脈衝響應。因為模擬的頻譜相當大所對應到的時間解析度很高幾乎只有幾奈秒，我們考慮用耙式接收機(RAKE receiver)增加接收信號強度以抑制多路徑效應。再來，我們分析了超寬頻多天線系統使用不同實數正交設計方法的錯誤率效能。值得一提對於屋頂形狀研究相關研究是相對較少。在這篇論文的最後，我們比較了在使用不同維度的實數正交設計在不同模擬環境下的失效率(定義為錯誤率>10-6)。這個環境包含了常見的屋頂形狀包含平坦型、三角型、圓型、金字塔型以及梯形五種並討論了兩種材質。而我們得到在材質為鐵的平坦型屋頂會有最低的失效率，而這是因為在這個環境會有最嚴重的多路徑效應。
- 學位論文
強健控制器設計是控制理論中一個重要的研究領域，主要討論系統中具有不確定的參數(或動態模式誤差)或外部環境干擾的情況下，如何設計控制器使此擾動系統保持穩定，而且有良好的強健性能。μ合成理論是解決這方面問題的利器。然而，其會導致高階數的控制器，增添硬體實現之困難。而且當雜訊來自指定頻段，有時效果不佳。因此，本論文將聚焦於閉回路系統特定頻段的強健H∞性能，提出固定階數的控制器設計方法。 本論文研究連續時間、線性、非時變、含不確定參數的擾動系統的強健性能控制問題，其中性能意指特定頻段的H∞性能。本論文結合Iwasaki等人提出的廣義KYP (Generalized Kalman- Yakubovich-Popov, GKYP) 引理與μ理論，提出兩種類型的強健控制器設計方法，使得閉迴路系統具有適度的穩定邊界，並且儘量最小化擾動系統在指定頻段的 範數。我們發現所謂的尺度因子扮演著如同權重函數之角色，可用來居中協調穩定邊界與指定頻段的強健H∞性能。不同於現存μ合成方法，在我們所研擬的新型μ合成方法中，控制器與廣義乘數運算子的階數在求解過程皆可維持固定。而且，相關條件之求解等同求解線性矩陣不等式(Linear Matrix Inequalities，LMIs)，其可由現存軟體有效解得。
- 學位論文
隨著科技的發展進步，各種微型化晶片對產品面積的要求越來越小，對於電晶體的操作速度越來越快，當然不可能會有十全十美的事情，隨之而來的問題，由於小面積,高速度,卻又要省電的前提下，對於電晶體的操作電壓的要求卻越來越低。使得要在低電壓域(Voltage Domain)設計電路變得越來越難。由於電晶體的操作速度越來越快，因此在時間域(Time domain)上處理訊號可達到的解析度越來越高。 近幾年時間數位轉換器(Time-to-digital converters, TDCs)被廣泛的使用於全數位頻率合成器、晶片抖動量測、單分子螢光光譜、螢光影像和雷射顯微掃描如。在高速情況下，時脈的量測，資料的傳輸及接收，在傳輸過程中雜訊之干擾問題，所以如何在高操作速度，低操作電壓下，電路還要對雜訊的影響有高度的抵抗力是非常困難的事情。 此篇論文提出一Coarse-Fine TDC架構，此架構將Coarse TDC送進TA(Time Amplifier) 時間放大器裡放大，放大後的取樣誤差再至 Fine TDC架構中再取樣一次，藉此增加整個TDC的解析度。此Coarse-Fine TDC架構可應用於全數位式鎖向迴路(ALL digital PLL)的電路架構中，用以降低All digital PLL輸出訊號之in-band相位雜訊，達到產生高速與低抖動(Jitter)時脈訊號之目的。
- 學位論文
目前節能及環保意識隨著全球產業的發展逐漸增強，於近幾年白熾燈泡陸續走入歷史，發光二極體(Light-Emitting Diode)為照明產業的應用帶來無限契機。相較於其他照明技術，發光二極體有著不錯的表現以外，顏色的多樣使得應用領域更加廣泛。由於發光二極體需為直流、低電壓提供電源，所以不適合直接推動在傳統鎢絲燈泡或日光燈之電源上，因此透過定電壓轉換才能適用於推動發光二極體產品，其必須考量電子電路相關技術的設計。 本論文將實作出發光二極體多種模式變化之彩光燈，使用單一燈具便能達到不同情境變化。透過高散熱材質鋁的散熱片設計，解決發光二極體散熱不佳的問題。以交換式電源供應設計定電壓控制電路，並且達到節能、體積小，可營造出特殊氣氛之效果。