Tukey pencere fonksiyonu ile tasarlanan memristör elemanının FPAA tabanlı gerçekleştirimi

Yıl 2022, Cilt 38, Sayı 3, 525 - 535, 30.12.2022

Jean Luck RANDRIANANTENAINA Ahmet Yasin BARAN Nimet KORKMAZ Recai KILIÇ

Öz

Bu çalışmada gerilim kontrollü bir memristör modeli olan Doğrusal Olmayan İyon Sürüklenme Modeli’nin karakteristik akım-gerilim ilişkisinin deneysel olarak gözlemlenebilmesi amacıyla, Tukey pencere fonksiyonu ile tasarlanan memristör elemanının programlanabilir ve yeniden yapılandırılabilir analog gerçekleştirimi sunulmaktadır. Bahsi geçen memristör elemanının gerçekleştirimi; analog doğası, farklı doğrusal olmayan fonksiyonların eleman üzerinde kolaylıkla inşa edilebilmesi, hızlı prototiplendirme imkânı sunması ve düşük maliyeti ile dikkat çeken FPAA platformu ile yapılmıştır. Bu kapsamda, Tukey pencere fonksiyonu ile tasarlanan memristör elemanının nümerik benzetimi yapılmıştır. Bu benzetimlerde, memristör elemanının karakteristik dinamiği olan histerezis eğrisi gözlemlenmiştir. İlgili memristör elemanın girişine farklı frekans değerlerine ayarlanan sinüzoidal işaretler uygulanmıştır. Böylece memristör elemanının frekansa bağımlı çalışma karakteristiği gözlemlenebilmiştir. Son olarak, Tukey pencere fonksiyonunun FPAA platformundaki tasarım aşamalarının detayları ve elde edilen gerçekleştirim sonuçları sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler

Memristor, pencere fonksiyonu, yeniden yapılandırılabilir devre uygulaması, histerezis eğrisi, Alan Programlanabilir Analog Dizi (FPAA, Alan Programlanabilir Analog Dizi (FPAA)

Kaynakça

• [1] Chua, L.: Memristor-the missing circuit element. IEEE Trans. Circuits Syst.I Regul. Pap., 18(5), 507-519 (1971).
• [2] Waser, R., Dittmann, R., Staikov, G., & Szot, K.: Redox Based resistive switching memories-nanoionic mechanisms, prospects, and challenges. Adv. Mater., 21(25-26), 2632-2663 (2009).
• [3] Schindler, C., Weides, M., Kozicki, M.N., Waser, R.: Low current resistive switching in Cu-SiO2 cells. Appl. Phys. Lett., 92, 1–4, (2008).
• [4] Jo, S.H., & Lu, W.: CMOS compatible nanoscale nonvolatile resistance switching memory. Nano Lett., 8(2), 392-397, (2008).
• [5] Jo, S.H., Kim, K.H., & Lu, W.: High-density crossbar arrays based on a Si memristive system. Nano Lett., 9(2), 870-874 (2009).
• [6] Wang, S.Y., Huang, C.W., Lee, D.Y., Tseng, T.Y., &Chang, T.C.: Multilevel resistive switching in Ti/Cux O/Pt memory devices. J. Appl. Phys., 108(11), 114110, (2010).
• [7] Strukov, D.B., Snider, G.S., Start, D.R., & Williams, R.S: The missing memristor found. Nature, 453(7191), 80-83 (2008).
• [8] Kavehei, O., Iqbal, A., Kim, Y. S., Eshraghian, K., Al-Sarawi, S. F., &Abbott, D.: The fourth element: characteristics, modelling and electromagnetic theory of the memristor. Proc. R. Soc. A Math. Phys. Eng. Sci., 466(2120), 2175-2202, (2010).
• [9] Pickett, M.D., Strukov, D.B., Borghetti, J.L, Yang J.J., Snider G.S., Stewart, D.R.: Switching dynamics in titanium dioxide memristive devices. J. Appl. Phys., 106, 074508, 2009.
• [10] Kvatinsky, S., Friedman E.G., Kolodny, A., Weiser, U.C.: TEAM: Threshold adaptive memristor model. IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., 60, 211–21 (2013).
• [11] Biolek, Z., Biolek, D., Biolek, Z., Biolková, V.: SPICE Model of Memristor with Nonlinear Dopant Drift. Radioengineering, 18(2), (2009)
• [12] Prodromakis, T., Peh, B.P., Papavassiliou, C., Toumazou, C.: A versatile memristor model with nonlinear dopant kinetics. IEEE Trans. Electron. Devices, 58, 3099–105 (2011).
• [13] Biolek, D., Biolek, Z., Biolkova,V.: SPICE modeling of memristive, memcapacitative and meminductive systems. ECCTD 2009 - Eur. Conf. Circuit Theory Des. Conf. Progr., pp: 249–52, 2009.
• [14] Joglekar, Y.N., Wolf, S.J.: The elusive memristor: Properties of basic electrical circuits. Eur. J. Phys., 30(4), 661 (2009).
• [15] Singh, J., &Raj, B.: An accurate and generic window function for nonlinear memristor models. J. Comput. Electron., 18(2), 640-647 (2019).
• [16] Yasuhiro T., Toshikazu S., andMichio Y.: Memristor SPICE Model with Tukey Window Function for Stable Analysis. International Microsystem, Packaging, Assembly and Circuits Technology Conference. IEEE Catalog Number: CFP1459B-ART ISBN: 978-1-4799-7727-7.
• [17] Karakulak, E., Mutlu, R.: Mühendislik Eğitiminde Kullanılabilecek Bir Memristör (Hafızalı Direnç) Taklit Devresi. 13th National Congress of Electrical, Electronics, Computer, Biomedical Engineering, 4-7, (2009).
• [18] Pershin, Y. V., & DiVentra, M.: Practical approach to programmable analog circuits with memristors. IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., 57(8), 1857-1864, (2010).
• [19] Valsa, J., Biolek, D., Biolek, Z., 2010. An analogue model of the memristor. International Journal of Numerical Modelling: Electronic Networks, Devices and Fields, 24(4):400-408.
• [20] Kim, H., Sah, M.P., Yang, C., Cho, S., Chua, L.O., 2012. Memristor emulator for memristor circuit applications. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 59(10):2422-2431.
• [21] Sodhi, A., Gandhi, G., 2010. Circuit mimicking TiO2 memristor: a plug and play kit to understand the fourth passive element. International Journal of Bifurcation and Chaos, 20(08):2537-2545.
• [22] Sah, M.P., Yang, C., Kim, H., Chua, L., 2012. A voltage mode memristor bridge synaptic circuit with memristor emulators. Sensors 2012, 12(3):3587-3604.
• [23] Wang, X.Y., Fitch, A.L., Herbert, H.C.I., Sreeram, V., Qi, W.G., 2012. Implementation of an analogue model of a memristor based on a light-dependent resistor. Chinese Physics B, 21(10):108501.
• [24] Abuelma‘Atti, M.T., Khalifa, Z.J., 2015. A continuous-level memristor emulator and its application in a multivibrator circuit. AEU - International Journal of Electronicsand Communications, 69(4):771-775.
• [25] Abuelma‘Atti, M.T.,Khalifa, Z.J., 2014. A new memristor emulator and its application in digital modulation. Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 80(3):577-584.
• [26] Sanchez-Lopez, C., Mendoza-Lopez, J., Carrasco-Aguilar, M.A., Muniz-Montero, C., 2014. A floating analog memristor emulator circuit. IEEE Transactions on Circuits andSystems II: Express Briefs, 61(5):309-313.
• [27] Tahir, F., Ramadhan, S.: Analog Programmable Circuit Implementation for Memristor. Iraq J. Electr. Electron. Eng., 14, 1–9, (2018).
• [28] Arik, S., Kiliç, R.: Reconfigurable hardware platform for experimental testing and verifying of memristor based chaotic systems. J. Circuits, Syst. Comput., 23(10), 1450145, 2014.
• [29] Oster, G. F., Auslander, D. M., 1972. The memristor: A new bond graph element. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 94(3):249-252.
• [30] Anadigm Designer: www.anadigm.com, Accessed May, 06 2022.