Memristor Temelli Sallen-Key Süzgeçler

Abstract

Memristör 1971 yılında kuramsal olarak ortaya konmuş ve bundan yaklaşık 40 yıl sonra, 2008 yılında memristör davranışına sahip bir memristif sistem bulunmuştur. Memristör günümüzde yaygın biçimde dördüncü temel devre elemanı olarak kabul edilmektedir. Memristörün analog devreler alanında uygulamaları, üzerine artarak ilgi duyulan önemli bir çalışma alanıdır. Memristör temelli analog süzgeçler ayarlanabilir memristans özelliği sayesinde kazanç, değer katsayısı vb. süzgeç özelliklerinde klasik devre elemanları ile sağlanamayan otomatik ayarlanabilme özelliği getirmektedir. Bu çalışmada literatürde ilk kez alçak-geçiren ve yüksek-geçiren olmak üzere iki farklı tip memristör temelli Sallen-Key süzgeç analizi ve bunlara ilişkin benzetim sonuçları sunulmaktadır. Süzgeçler memristörün TiO2 doğrusal sürüklenme modeli temel alınarak tasarlanmış ve analiz edilmiştir. Çok düşük frekanslarda doyum durumunun oluştuğu gözlenmiş, daha yüksek frekanslarda ise her iki süzgeçte de başarım için bir sınırlama ortaya çıkmadığı belirlenmiştir. Memristör temelli Sallen-Key süzgeçlerin tasarımında kullanılmak üzere doyma ve buna karşılık bozulmanın ortaya çıkmamasına yönelik tasarım kriterleri verilmiştir. Verilen kriterler ve buna ilişkin uygun memristör parametreleri kullanıldığında düşük frekanslarda da süzgeçlerin gerekli başarım koşullarını yerine getirdiği gösterilmiştir. Analiz sonuçları ve verilen tasarım kriterleri memristör temelli Sallen-Key ve diğer tip süzgeçlerin tasarımlarında kullanılabilir.

In 1971, memristor is claimed as a missing circuit element and almost 40 years later than its prediction a memristive system behaving as a memristor has been found in 2008. Memristor is accepted by many as the new and the fourth fundamental circuit element. Analog applications of memristor have emerged as a new research area in recent years. An analog filter with memristor can have automatically adjustable gain, quality factor and bandwidth characteristics etc. thanks to its variable memristance. In this paper, two different types of secondorder Sallen-Key filters, which are the low-pass and the high-pass Sallen Key filters, are analyzed using simulations. The linear drift model of TiO2 memristor is used in all analysis and simulations. It has been found that the memristor in the filters can go into saturation at very low frequencies and both of the filters operate well at higher frequencies. A criterion is suggested to prevent memristor from going into saturation and to prevent distortion at low frequencies. Using the criteria and choosing a memristor with more appropriate parameters, the simulations are repeated for the low-pass filter and it is shown that the low-pass filter operates better with the new parameters chosen. The analysis and the criteria given in this paper can be used to design memristor-based Sallen-Key filters and adaptable to other memristor-based filters as well.