RECONFIGURABLE MEM-ELEMENT USING CURRENT AMPLIFIERS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Final Thesis for ePrint upload.pdf Restricted to Repository staff only until 15 December 2023. Download (2MB)

Arabic Abstract

تقترح هذه األطروحة دائرة محاكية للعناصر الكهربائية ذات الذاكرة بإستخدام المضخمات الكهربائية. بما ان العناصر ذات الذاكره لديها حالة تعتمد على القيم السابقة لإلشارة خاللها, من المتوقع انها سوف تمهد الطريق لتطبيقات جديدة. مع انه هنالك الكثير من الدوائر ا لمحاكية للعناصر ذات الذاكرة, فإنه ال يزال هنالك مجال للتحسين. خصوصا من ناحية إعادة التشكيل والبرمجة. مضخمات التيار الكهربائي تمتلك إيجابيات متوقعه مثل التردد العالي وسهولة تصميم الدوائر. تم تصميم دائرة محاكية للعناصر الكهربائية ذات الذاكرة بإستخدام مضخمات التيار الكهربائي في هذا العمل. بدأ من الخلفية الرياضية, تم تصميم الدوائر بشكل ممنهج. المضخم الكهربائي يمتلك MHz 95 = GBW, بينما يستهلك 𝜇W 234 من الطاقة. الدوائر المحاكية للعناصر الكهربائية ذات الذاكرة المقترحة لديها المقدرة على العمل الى MHz 1 بينما تستهلك اقل من mW .4 مقارنة باألعمال السابقة, الدوائر المحاكية للعناصر الكهربائية ذات الذاكرة المقترحة تظهر استهالك طاقة مقارب بينما تعمل الى نطاق MHz. باإلضافة, انها قابلة إلعادة التشكيل بحيث تعمل كأي من العناصر الكهربائية ذات الذاكرة. هذه الرسالة مرتبة كاآلتي. الفصل االول يقدم نظرة عامة عن المقاومة ذات الذاكرة والخلفية الرياضية. باإلضافة, فإنها تذكر بضع من االتجاهات البحثية المشهورة في هذا المجال. الفصل الثاني يقدم مراجعة شاملة لألعمال السابقة, ويركز على ذكر اشهر الطرق لتصميم العناصر ذات الذاكرة. الفصل الثالث يقدم دائرة مضخم التيار الكهربائي المقترحة ودائرة محاكية للعناصر الكهربائية ذات الذاكرة قابلة إلعادة التشكيل. الفصل الرابع يذكر تفاصيل التصميم على مستوى الترانزستور المتبعة من اجل الحصول على المستوى المقصود. في الفصل الخامس, نتائج محاكاة وتجربة عملية ملحقه من اجل اثبات عملية وصحة العمل المقترح. اخيرا, الفصل السادس يختتم هذه الرسالة عبر تلخيص العمل وذكر بعض المواضع التي يمكن للباحثين القادمين العمل على تحسينها.

English Abstract

This thesis suggests a novel current amplifier (CA) based reconfigurable mem-element. Since mem-elements exhibit a state dependent on the history of signal (i.e., memory), they are expected to enable new unconventional applications. Although there is a plethora of mem-element emulators using different active devices, there are still areas that require improvements. Especially in the tunability and reconfigurability of the circuit. CAs have the potential advantages of offering both simplified circuit realizations and wide bandwidth. A mem-element using only CAs and a multiplier is developed in this work. Starting from the mathematical foundation of the linear model of a mem-element, this thesis provides a systematic approach to the design of a novel reconfigurable mem-element based on CAs. The designed CA has a gain-bandwidth product (GBW) of 95 MHz while consuming 234 𝜇𝑊. The proposed mem-elements are capable of operating up to 1 MHz while consuming less than 4 𝑚𝑊. In comparison with prior works, our proposed emulator achieves comparable power consumption while maintaining MHz range operation. In addition, it can be easily reconfigured to operate as any of the available memelements. This thesis is organized as follows. Chapter 1 provides an overview of the history and the mathematical basis of memristors. Furthermore, it briefly discusses the most prominent research directions pertaining to memristors. Chapter 2 contains a comprehensive literature review of different types of mem-element emulator, highlighting the schemes and techniques popular in the x literature. In chapter 3, the proposed work is disclosed along with the mathematical basis that eventually lead to the realization of a CA and a reconfigurable mem-element. Chapter 4 discusses the transistor-level design details followed in order to achieve the desired performance. In chapter 5, simulation and experimental results are included to show the effectiveness and verify the operation of the proposed emulator. Lastly, chapter 6 concludes the thesis by summarizing the main highlights of the work and mentioning a few research directions that can be undertaken by future researchers.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Alzaher, Hussain
Committee Members:	Mahnashi, Yaqub and Al-Shammari, Hussam
Depositing User:	IBRAHIM AL KHALIFA (g201682380)
Date Deposited:	19 Jun 2023 07:45
Last Modified:	19 Jun 2023 07:45
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142436