Research Article
BibTex RIS Cite

Tukey pencere fonksiyonu ile tasarlanan memristör elemanının FPAA tabanlı gerçekleştirimi

Year 2022, Volume: 38 Issue: 3, 525 - 535, 30.12.2022

Jean Luck Randrıanantenaına Ahmet Yasin Baran Nimet Korkmaz Recai Kılıç

Abstract

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.

Keywords

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

Supporting Institution

Erciyes Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi

Project Number

FYL-2022-11759

Thanks

Bu çalışma Erciyes Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından FYL-2022-11759 proje kodu ile desteklenmektedir.

References

  • [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.

Year 2022, Volume: 38 Issue: 3, 525 - 535, 30.12.2022

Jean Luck Randrıanantenaına Ahmet Yasin Baran Nimet Korkmaz Recai Kılıç

Abstract

Project Number

FYL-2022-11759

References

  • [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.
There are 30 citations in total.

Details

Primary Language Turkish
Subjects Engineering
Journal Section Articles
Authors

Jean Luck Randrıanantenaına

Ahmet Yasin Baran 0000-0001-7069-4974

Nimet Korkmaz 0000-0002-7419-1538

Recai Kılıç

Project Number FYL-2022-11759
Publication Date December 30, 2022
Published in Issue Year 2022 Volume: 38 Issue: 3

Cite

APA Randrıanantenaına, J. L., Baran, A. Y., Korkmaz, N., Kılıç, R. (2022). Tukey pencere fonksiyonu ile tasarlanan memristör elemanının FPAA tabanlı gerçekleştirimi. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 38(3), 525-535.
AMA Randrıanantenaına JL, Baran AY, Korkmaz N, Kılıç R. Tukey pencere fonksiyonu ile tasarlanan memristör elemanının FPAA tabanlı gerçekleştirimi. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. December 2022;38(3):525-535.
Chicago Randrıanantenaına, Jean Luck, Ahmet Yasin Baran, Nimet Korkmaz, and Recai Kılıç. “Tukey Pencere Fonksiyonu Ile Tasarlanan memristör elemanının FPAA Tabanlı gerçekleştirimi”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 38, no. 3 (December 2022): 525-35.
EndNote Randrıanantenaına JL, Baran AY, Korkmaz N, Kılıç R (December 1, 2022) Tukey pencere fonksiyonu ile tasarlanan memristör elemanının FPAA tabanlı gerçekleştirimi. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 38 3 525–535.
IEEE J. L. Randrıanantenaına, A. Y. Baran, N. Korkmaz, and R. Kılıç, “Tukey pencere fonksiyonu ile tasarlanan memristör elemanının FPAA tabanlı gerçekleştirimi”, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, vol. 38, no. 3, pp. 525–535, 2022.
ISNAD Randrıanantenaına, Jean Luck et al. “Tukey Pencere Fonksiyonu Ile Tasarlanan memristör elemanının FPAA Tabanlı gerçekleştirimi”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 38/3 (December 2022), 525-535.
JAMA Randrıanantenaına JL, Baran AY, Korkmaz N, Kılıç R. Tukey pencere fonksiyonu ile tasarlanan memristör elemanının FPAA tabanlı gerçekleştirimi. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2022;38:525–535.
MLA Randrıanantenaına, Jean Luck et al. “Tukey Pencere Fonksiyonu Ile Tasarlanan memristör elemanının FPAA Tabanlı gerçekleştirimi”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, vol. 38, no. 3, 2022, pp. 525-3.
Vancouver Randrıanantenaına JL, Baran AY, Korkmaz N, Kılıç R. Tukey pencere fonksiyonu ile tasarlanan memristör elemanının FPAA tabanlı gerçekleştirimi. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2022;38(3):525-3.
 Download Cover Image

✯ Etik kurul izni gerektiren, tüm bilim dallarında yapılan araştırmalar için etik kurul onayı alınmış olmalı, bu onay makalede belirtilmeli ve belgelendirilmelidir.
✯ Etik kurul izni gerektiren araştırmalarda, izinle ilgili bilgilere (kurul adı, tarih ve sayı no) yöntem bölümünde, ayrıca makalenin ilk/son sayfalarından birinde; olgu sunumlarında, bilgilendirilmiş gönüllü olur/onam formunun imzalatıldığına dair bilgiye makalede yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, makalelerde Araştırma ve Yayın Etiğine uyulduğuna dair ifadeye yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, hakem, yazar ve editör için ayrı başlıklar altında etik kurallarla ilgili bilgi verilmelidir.
✯ Dergide ve/veya web sayfasında, ulusal ve uluslararası standartlara atıf yaparak, dergide ve/veya web sayfasında etik ilkeler ayrı başlık altında belirtilmelidir. Örneğin; dergilere gönderilen bilimsel yazılarda, ICMJE (International Committee of Medical Journal Editors) tavsiyeleri ile COPE (Committee on Publication Ethics)’un Editör ve Yazarlar için Uluslararası Standartları dikkate alınmalıdır.
✯ Kullanılan fikir ve sanat eserleri için telif hakları düzenlemelerine riayet edilmesi gerekmektedir.