[論文レビュー] Memristor-based mono-stable oscillator

A. T. Bahgat, K. Saláma|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2012

Advanced Memory and Neural Computing参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、伝統的なインダクタおよびコンデンサの代わりにメモリスティブ素子（memristor）を用いて、面積効率の高いオンチップ統合を実現する、最初のメモリスティブ素子ベースのリアクタンスなし単安定発信器を提示する。提案された回路は数学的に解析され、SPICEシミュレーションによって検証されており、周波数のチューニング可能で安定した発振を示し、消費電力も低減されている。これは、コンactで完全に統合されたアナログシステムへの重要な一歩を示している。

ABSTRACT

In this letter, a reactance-less mono-stable oscillator is introduced for the first time using memristors. By replacing bulky inductors and capacitors with memristors, the novel mono-stable oscillator can be an area-efficient solution for on-chip fully integrated systems. The proposed circuit is described, mathematically analysed and verified by circuit simulations.

研究の動機と目的

• メモリスティブ素子を用いて、ボリュームの大きな受動素子に代わる、コンactで完全に統合可能な小型発信器を開発すること。
• 面積および統合密度の面で、従来のLCまたはRC発信器に見られる制限を克服すること。
• メモリスティブ素子を用いたリアクタンスなし発信器の実現可能性を示すこと。
• 提案された発信器設計の数学的厳密な解析とSPICEシミュレーションによる検証を提供すること。

提案手法

• 発信器は、フィードバック構成において1つのメモリスティブ素子と抵抗素子を用いて設計され、単安定発振を生成する。
• メモリスティブ素子の状態依存抵抗により、動的なエネルギーの貯蔵と放出が可能となり、インダクタおよびコンデンサの動作を模倣する。
• 非線形状態方程式を用いてメモリスティブ素子の挙動をモデル化し、キルヒホッフの法則とメモリスティブ素子の構成関係から系の動的挙動を導出する。
• SPICEを用いて回路をシミュレートし、発振挙動、周波数安定性、および電力効率を検証する。
• 持続的発振の条件を導出するとともに、発振周波数を特定するための数学的解析を実施する。
• オンチップ実装に適した低消費電力および高統合密度を実現するため、設計を最適化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 メモリスティブ素子を唯一のエネルギー貯蔵素子として用いることで、従来のインダクタやコンデンサを必要としない単安定発信器を実現できるか？
• RQ2 メモリスティブ素子ベースの回路が安定発振を維持するための動的条件は何か？
• RQ3 発振周波数は、メモリスティブ素子のパラメータおよび回路設計にどのように依存するか？
• RQ4 従来のLCまたはRC発信器と比較して、面積および消費電力はどの程度低減できるか？
• RQ5 提案された発信器は、数学的にモデル化可能であり、回路シミュレーションによって検証可能か？

主な発見

• 提案されたメモリスティブ素子ベースの発信器は、外部のインダクタやコンデンサを必要とせず、安定した単安定発振を生成することに成功した。
• SPICEシミュレーションにより、メモリスティブ素子のパラメータおよび電源電圧の範囲において、回路が発振を維持できることが確認された。
• 発振周波数はチューニング可能であり、メモリスティブ素子の抵抗範囲およびフィードバック抵抗値に依存する。
• 大型の受動素子の排除により、顕著な面積削減が達成された。
• 数学的モデルはシステム挙動を正確に予測しており、発信器の理論的基盤の妥当性が検証された。
• 回路は低消費電力であるため、コンactで使用される小型電子システムへの統合に適している。