Memristör modeli elde etme ve gerçek cihazların analog eşik altı devrelerde kullanımı
Obtaining the memristor model and the utilization of real devices in analog subthreshold circuits
- Tez No: 832259
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ITIR KÖYMEN MERAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Memristörün nöronlar arasındaki iletimi sağlayan sinapsları modelleyebileceği ve bu özelliğini kullanarak yapay nöral ağlar kurulabileceği anlaşılmıştır. Donanımsal olarak kurulması bir hayli zor olan nöral yapay ağların, memristörlerin kullanılmasıyla donanımsal şekilde uygulanması kolaylaşır. Aynı zamanda transistörlerin sağladığı anahtarlama özelliğini sağlayabilmesi, daha az yer kaplaması ve daha düşük enerji ile çalışması sayesinde transistörlerin anahtarlama özelliği ile yer aldığı devrelerde kullanılabileceği öngörülmüştür. Bundan dolayı nöromorfik mühendislik açısından memristörler önemli bir konuma gelmiştir. Memristörün kullanılabileceği biyo-esinli devrelerden biri de Nakada v.d. tarafından ortaya konan CPG devresidir. Bu devre normalde hayvanların beyninde nörolojik olarak bulunan ve yürüme, koşma, nefes alma gibi ritmik hareketlerin sinyallerini üreten merkezi patern oluşturucu devresidir. Bu devrede transistörler eşik altı bölgede çalışırlar ve az enerji tüketirler. Köymen tarafından bu devrede memristörlerin kullanılmasının faydaları ortaya konmuştur. Au/TiO2/TiO2-x/Au ve Pt/TiO2/TiO2-x/Pt yapılarındaki iki farklı üretimi tamamlanmış memristörlerden ölçümler alınmıştır ve bu sonuçlar incelenmiştir. Üretilen cihazların devrelerde kullanabilmesi için isabetli simülasyonlar gerekir ve isabetli simülasyonlar için de üretilen cihazların iyi modellenmesi gerekir. Bu tez çalışmasında üretilen cihazların, eğri uydurma, fenomenolojik modelleme, parametrik analiz ve benzer davranış sergilemesi açısından Saludes-Tapia v.d. tarafından ortaya konan yarı statik memdiyot (QMM) modelinin denklemlerinden faydalanılarak, SPICE ve Verilog-A modelleri elde edilmiştir. Ardından bu modellerin devre içindeki kullanımları araştırılmıştır. Devrenin özelliğine göre seri veya paralel bağlanmalarının asıl etkiler göstereceği incelenmiştir. CPG ve CPG'nin içinde bulunan HCO devrelerinde kullanılmış ve etkileri incelenmiştir. Devrelerin memristörlü simülasyonları yapıldıktan sonra üretilmek için devrelerin layoutları yapılmıştır ve bu layoutların daha da küçük bir alana sığması için optimizasyon çalışması yapılmıştır ve bu devrelerin küçültülebileceği ortaya koyulmuştur.
Özet (Çeviri)
It was understood that the memristor could model synapses facilitating transmission between neurons, enabling the creation of artificial neural networks. The use of memristors could simplify the hardware implementation of neural artificial networks, which are otherwise challenging to construct in hardware. Additionally, due to its capacity to provide switching capabilities akin to transistors while occupying less space and consuming lower energy, memristors are envisaged for use in circuits where transistors are currently employed for switching purposes. This positioning has rendered memristors significant in the field of neuromorphic engineering. One of the bio-inspired circuits where memristors could be employed is the central pattern generator (CPG) circuit, introduced by Nakada et al. This circuit, akin to neurological patterns in animals' brains, generates signals for rhythmic movements like walking, running, and breathing. Transistors in this circuit operate in subthreshold regions and consume minimal energy. Köymen highlighted the advantages of incorporating memristors in this circuit. Measurements have been taken from memristors which in two different structures: Au/TiO2/TiO2-x/Au and Pt/TiO2/TiO2-x/Pt. These results have been analyzed. Accurate simulations are essential for the effective integration of the produced devices into circuits. Accurate simulations, in turn, necessitate a proper modeling of the fabricated devices. In this thesis, SPICE and Verilog-A models were derived for the generated devices, using curve fitting, phenomenological modeling, parametric analysis and utilizing equations from the quasi-static memdiode (QMM) model introduced by Saludes-Tapia et al. due to its similar behavior. Subsequently, the utilization of these models within circuits was investigated. The effects of serial and parallel connections, depending on the circuit's nature, were explored. They were applied to both CPG and the CPG's constituent HCO circuits, and their impacts were assessed. Following the memristor-embedded circuit simulations, layouts for the circuits were created. An optimization process was performed to fit these layouts into an even smaller area, revealing the potential for further reduction in size for these circuits.
Benzer Tezler
- Computational design and analysis of nanostructured materials for neuromorphic engineering
Neuromorfik mühendislik için nano yapılı malzemelerin hesaplamalı tasarımı ve analizi
AYKUT TURFANDA
Doktora
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ ÜNLÜ
- Farklı memristör emülatörlerinin elektronik devreler üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of different memristör emulators on electronic circuits
SEVGİ GÜRSUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİnönü ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERDAR ETHEM HAMAMCI
- New opportunities in analog circuit design provided by memristor
Memristörün analog devre tasarımına katacağı yeni olanaklar
ŞUAYB ÇAĞRI YENER
Doktora
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HULUSİ HAKAN KUNTMAN
- Ortalama yarı kararlı anahtar memristör modelinin tungsten tabanlı memristörler için eşiküstü gerilimlerde geçerliliğinin incelenmesi
Investigation of the validity of the mean metastable switch memristor model at above-threshold voltages for tungsten-based memristors
DAMLA MUYAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mühendislik BilimleriTekirdağ Namık Kemal ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. REŞAT MUTLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERTUĞRUL KARAKULAK
- Memristor based synapse design
Memristör temelli sinaps tasarımı
SEDA GÜNAKIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEHRA GÜLRU ÇAM TAŞKIRAN