Low power and compact VLSI neurons with network dynamics
Ağ dinamiğine sahip düşük güçlü ve kompakt VLSI sinir hücreleri
- Tez No: 352329
- Danışmanlar: PROF. DR. SERDAR ÖZOĞUZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 120
Özet
Bu tez çalşmasında, üç adet düşük güçlü ve kompakt, biyolojik zaman ölçeğinde çalışabilen VLSI nöron ve iki adet sinaps tasarlanmıştır. Her bir nöron bir matematiksel modele dayanmaktadır. Bunlar, Izhikevich (Izh), Uyarlamalı Üstel Tut ve Ateşle (AdEx) and Hodgkin-Huxley (HH) nöron modelleridir. Düşük güç ve kompaktlık için, tüm nöron ve sinaplar logaritmik tanım bölgesinde eşikaltı bölgede çalışan akım modlu devreler kullanılarak gerçeklenmiştir. Değeri fA ve pA olan akım kaynaklarını gerçeklemek için, salt transistörlü, geniş sıcaklık aralığına sahip, düşük sıcaklık katsayılı, pA mertebeli bir akım referans devresi tasarlanmıştır. Değeri fA olan akım kaynakları basitleştirlmiş bir akım dağıtıcısı kullanılarak elde edilmiştir. Böylece, 50fA değerinde bir akım kaynağının makul bir sıcaklık aralığında üretilebileceği gösterilmiştir. AdEx modelindeki üstel terimi gerçekleebilmek için, akım modlu ve geniş aralıklı bir üst alma devresi tasarlanmıştır. Bu amaçl geleneksel Taylor yaklaşımı yerine Pade yaklaşıklığı kullanılmıştır. Sonuç olarak, hatası tipik durumda 0.2 dB ve en kötü durumda 0.5 dB olan, 43.4 dB değerinde çıkış aralığına sahip bir üst alma devresi tasarlanmıştır. Doğrusal ve zamana bağlı dinamiklere sahip iki benzer sinapsdevresi tasarlanmıştır. İki AdEx ve üç Izh nöronu kendi aralarında birbirine bağlanarak senkronizasyon davranışlarını incelemek üzere bir ağ oluşturulmuştur. Nöronlar beklenen ağ dinamiklerini başarılya sergilemişlerdir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, three low power and compact VLSI neurons operating at biological timescale and two synaptic circuits are designed. Each neuron circuit realizes a mathematical neuron model. The models utilized are namely Izhikevich (Izh), Adaptive Exponential Integrate and Fire (AdEx) and Hodgkin-Huxley (HH) neuron model. Due to low power and compactness strategy, all the neurons and synapses are designed with log domain circuits operating in subthreshold region with a current mode approach. To implement pA and fA current sources, a CMOS only, wide temperature range, low temperature coefficient, pA level current reference circuit is designed. The fA level current sources are obtained using a simplified current splitter circuit. It is shown that a 50fA DC current source within a reasonable temperature range can be generated. In order to realize the exponential term in AdEx model, a wide range current mode exponential circuit is designed. For this purpose, Pade approximation method is exploited rather than the traditional Taylor approximation. As a result, an output range of 43.4 dB is obtained with 0.2 dB error for nominal case and0.5dB error for the worst case. Two similar synaptic circuits, both of which operate linearly with temporal dynamics, are designed. Two AdEx and three Izh neurons are coupled among each other to investigate the synchronization activity of the network. The neurons exhibit the expected network dynamics successfully.
Benzer Tezler
- Modeling and implementation of biological neural systems
Biyolojik sinir sistemlerinin modellenmesi ve gerçeklenmesi
ÖZGÜR ERDENER
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. İSMAİL SERDAR ÖZOĞUZ
- Design of a mixer first receiver front-end
Önce karıştırıcı türü alıcı ön yüzü tasarımı
MEHMET ALPEREN BALTACI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA BERKE YELTEN
- Düşük bir hızlarında konuşma kodlama ve uygulamaları
Low bit rate speech coding and applications
TARIK AŞKIN
Doktora
Türkçe
1999
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. GÜNSEL DURUSOY
- GMSK modem tasarımı
Başlık çevirisi yok
HAKAN ÖNER
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR ÇİLİNGİROĞLU
- İki boyutlu kafes parametrelerinin sınırlı veri alanlarından hesaplanması
The Calculation of the 2-D lattice parameters from short data records
NURŞEN YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. AHMET HAMDİ KAYRAN