FBE- Elektronik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Başlık ile FBE- Elektronik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
Öge3-boyutlu Uzayda Uzak Alan Ve Yakın Alan Kaynak Konumlandırması İçin En Büyük Olabilirlik Kestirim Yöntemleri(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Kabaoğlu, Nihat ; Çırpan, Selçuk Paker, Hakan A. ; Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği ; Electronics and Communication EngineeringBu çalışmada, 2-boyutlu anten dizilimi kullanarak, 3- boyutlu uzaydaki kaynakların konumlarının kestirimi hedeflenmiştir. Kestirimci olarak ise, gerek kaynak sinyallerinin az sayıda ve yüksek ilintili olduğu durumlarda, gerekse SGO’ nun düşük olduğu durumlarda, bu tür çalışmalarda kullanılmış diğer kestirim yöntemlerinden daha üstün bir çözünürlük performansına sahip EBO kestirimcisinin tercih edilmiştir. Bu üstünlüklerinin yanında, kararlılık, asimptotik yansızlık, asimptotik minimum değişinti özelliklerine de sahip olması ve ayrıca, anten dizilimi üzerinde herhangi bir kısıtlama getirmemesi de yapılan tercihi belirleyen diğer etkenler olmuşlardır. Ancak, EBO kestirimcisi işlemsel yoğunluğu olan bir kestirimcidir. Bu işlemsel yoğunluğun getirdiği olumsuzluk, özyineli BEB algoritması yardımıyla aşılmaya çalışılmıştır. Özyineli BEB algoritması ele alınan çalışmadaki çok boyutlu arama problemini daha düşük boyutlu arama problemlerine dönüştürerek işlemsel yoğunluğu ortadan kaldırmıştır. İlgilenilen problem bu algoritma için yeniden formüle edilmiştir. Gözlemlenen veriler (eksik veriler) yerine, algılayıcılara ayrı ayrı ulaştığı varsayılan veriler (tam veriler) kullanılarak, özyineli BEB algoritması probleme uyarlanmıştır. Ayrıca, kullanılan kestirimcinin başarımının incelenmesi için Cramer-Rao sınır ifadeleri elde edilmiştir.
-
ÖgeA semi-analytic method to design wideband microwave amplifiers(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013) Köprü, Ramazan ; Kuntman, Hakan ; 10017970 ; Elektronik Mühendisliği ; Electronics EngineeringBu çalışmada, Normalleştirilmiş Kazanç Fonksiyonu (NGF: Normalized Gain Function) olarak adlandırılan yeni bir yöntem kullanılarak genişband mikrodalga yükselteç tasarımı yapılmaktadır. NGF yöntemi, literatürde çok iyi tanınan SRFT (Simplified Real Frequency Technique) yarı-analitik nümerik yöntemi ile birleştirilerek kullanılmakta, yükselteç giriş/çıkış empedans uyum devre fonksiyonları ve devreleri elde edilmektedir. Türeve-dayalı optimizasyon algoritmaları yerine fminsearch arama algoritması kullanılarak yakınsaması daima garanti edilebilir ve gerçeklenebilir empedans fonksiyonları elde edilebilmektedir. fminsearch optimizasyonuna dayalı NGF yöntemi ile SGA (Sloping Gain Amplifier) tasarımı yapılmaktadır. Tezde, bu türden bir eğik kazançlı genişband SGA yükselteç önerilmesinin nedeni SGA türü yükseltecin aynı bandda çalışan düz kazançlı genişband FGA (flat gain amplifier) yükselteç ile karşılaştırıldığında; gerek a) ortalama verimliliğinin daha yüksek, gerekse b) ?hiçbir geribesleme devresi kullanmaksızın? düşük giriş/çıkış/iç yansıma katsayılarına sahip olmasıdır. Bunun aksine, bir FGA?nın giriş ve çıkış yansıma katsayısı değerlerinin düşük elde edilebilmesi; ancak ve ancak kullanılan aktif elemana bir geribesleme uygulanması ile mümkündür. Tezde; SGA türü yükseltecin geniş bir çalışma bandında eğik bir kazanç şekline sahip olmasının, bu tür yükseltecin ?hiçbir geribeslemeye ihtiyaç duymaksızın? daha yüksek ortalama verim ve düşük giriş/çıkış/iç yansımalarına sahip bir yükselteç olarak kullanılabileceği gösterilmektedir. Ayrıca, SGA türü yükselteçlerin özellikle X bandı gibi çok yüksek frekanslarda FGA türü yükselteçlere göre daha verimli oldukları hesaplanmıştır. Bu anlamda, günümüzde halen çok sayıda dar bandlı PA (Power Amplifier) kullanmak zorunda olan tüm taşınabilir kablosuz ekipmanların (örneğin 0.8-5.2 GHz aralığında çalışan çok standardlı çok modlu cep telefonları) sadece bir adet genişbandlı SGA türü bir mikrodalga yükselteçle donatılması, esnek SDR (Yazılım Radyo, Software Defined Radio) teknolojilerine uygunluk açısından büyük önem arzetmektedir. SGA yükselteçleri geleneksel negatif geribeslemeli ve dengeli yükselteçlere göre tasarımı daha kolay, daha ucuz, daha hafif devreleri olanaklı kılmaktadır. Giriş/çıkış yansımalarını azaltmak üzere LRA (Least Reflection Approach) ve BRA (Balanced Reflection Approach) yaklaşımları önerilmekte ve kullanılmaktadır. Ayrıca, SGA türü yükseltecin genlik ve faz cevabına uygun olarak SDR birimi üzerinde Genlik ve Faz Sayısal Ön-Düzeltme Birimi (AP-DPD: Amplitude and Phase Predistortion Unit) önerilmektedir.
-
ÖgeAdaptive Position Control Of Permanent Magnet Synchronous Motors And Torque Ripple Compensation(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1991) Boğasyan, O. Seta ; Kutman, Tamer ; 16930 ; Elektronik Mühendisliği ; Electronics EngineeringMikroelektronik endüstrisi gibi küçük ve çok sayıda parçanın montajını gerektiren robotik uygulamalarından beklenen yüksek hassasiyet, doğruluk ve tekrarlanabilirliktir. Bu tür uygulamalarda aranan bir diğer koşul da robotun çok düşük tozlu bir ortamda çalışmasının sağlanmasıdır. Yüksek doğruluklu robotik uygulamalarında günümüzde en çok kullanılan yapı doğrudan sürülen kol yapısıdır (DDR). Böylelikle dişli kutularının neden olacağı kuplaj, sürtünme ve "Backlash" gibi lineer olmayan durumlardan sakınılmakta, ancak daha önce yine bu dişli kutuları nedeni ile süzülmekte olan moment salınımları gibi sistem dinamiğini etkileyen faktörler artık daha belirgin hale gelmektedir. Bundan ötürü, doğrudan sürülen robot kolunun sağladığı yüksek performanstan tam yararlanabilmek için kullanılacak olan kontrol yönteminin bu salınımları telafi edecek yetenekte olması gerekmektedir. Tabii bu nedenle, seçilen motorun zaten düşük moment salınımları oluşturuyor olması aranacak bir özelliktir. Bu çalışmada, DDR uygulamaları için gerek fırçasız yapısı nedeni ile tozsuz oda koşullarına uygunluğu, gerekse sürekli mıknatıslı rotorunun sağladığı yüksek verim, yüksek moment/eylemsizlik, yüksek ivmelenme ve düşük moment salınımları gibi özellikleri ile bilinen sürekli mıknatıslı senkron makinalar ele alınmıştır. Sinüzoidal akılı fırcasız doğru akım makinasi olarak da bilinen bu motorlar, sinüzoidal hava aralığı magnetik endüksiyonları nedeni ile, yine sinüzoidal akımlarla beslendiklerinde teorik olarak sabit bir moment seviyesi oluşturabilirler. Trapezoidal akılı fırçasız doğru akım motorları için de sabit akımlarla beslendiklerinde aynı şey söylenebilir. Ancak pratikte tam sinüzoidal veya tam trapezoidal hava aralıkları var olmadığından, bu motorların momentleri daima biraz salınımlı olur. Bu durum, çok yüksek hassasiyetti ve düşük eylemsizlikti robotik uygulamalarında istenmeyen etkiler oluşturur. Bu yapıdaki geçmiş çalışmalardan farklı olarak, tezde yüksek performanslı robotik uygulamaları göz önüne alınarak daha önce ihmal edilen uzay harmoniklerinin etkisi motor modeline katkılanmıştır. Stator akısının uzay harmoniklerini içerecek biçimde modellenmesiyle elde edilen motor denklemlerine ayrıca Park dönüşümleri de uygulanarak moment denklemi aşağıdaki biçimde elde edilir: vı Jl 7? T0 = *=.p.Ns A.. L_ + 3.p.L. I.. i80 - *=. p. Ns. 4 73 's ^fd- 'sq -e' sd' sq 73 S" Id" sd 'sq X H)"" Ksrrsin 6nP-e +.£ (-1) '.Kcn.cos6.n.p.6 ^ Yukaridaki denklemde, Burada birinci terim istenen momenti, ikinci terim çıkık kutupluluk nedeni ile elde edilen relüktans momentini ve üçüncü terim ise moment salınımlarını simgelemektedir. Bu çalışmada, momentten maksimum verimin alinabilmesi amacı ile akımın d-bileşeni ( iso< ) sıfır değerinde tutulmaya çalışılmıştır. Bu şekilde relüktans momenti etkisi de ihmal edilmektedir. Bu koşullar altında elde edilen hareket denklemi aşağıdaki biçimde verilebilir; t -j ^+t d9 dt = eo Bu hareket denklemindeki, vıı Te : makinada endüklenen moment, Tl : yük momenti, J : rotor eksenine indirgenmiş toplam eylemsizlik momentidir. Çalışmanın bundan sonraki bölümünde moment denkleminde yer alan ve dolayısı ile sistemde nonlineerliğe neden olan moment salınımı teriminin etkisini giderebilme yolları araştırılmıştır, ilk olarak bu konuda daha önceden yapılan çalışmalar incelenmiştir. Bu çalışmalar kısaca, - Hızdan veya momentten geri besleme alınarak moment salınımlarını kompanze etmek - Hava aralığı akısının veya EMK' nın algılanıp ölçülmesi ile yine akı veya EMK harmoniklerinin hesaplanması ve moment salınımlarını sıfırlayacak akım harmonik genliklerinin akı veya EMK harmonik genlikleri cinsinden hesaplanması - Moment salınım genliklerinin off-line parametre belirleme yöntemi ile tespit edilip salınımların giderilmesi. - Yine off-line olarak çok sayıda deneyle belirlenen T(e,i) eğrilerinin bir tablo halinde bilgisayara yüklenmesi ile belli bir 6 için istenen sabit momenti verecek olan akım değerinin hesaplanması şeklinde sıralanabilir. Sözü edilen bu yöntemlerin hemen hepsi motor akısının şekli ile ilgili varsayımlara, bazı ön hesaplamalara veya deneylere dayanmaktadır. Ancak aralarında en iyi sonucu veren sonuncu yöntem bile geribesleme lineerizasyonunu gerçekleştirebilecek nitelikte olduğu halde çok sayıda deney gerektiren, buna rağmen ancak belirli bir motor için tasarlanmış ve bu koşullarda da ortam ve çalışma noktası değişikliklerine cevap veremiyen bir yöntemdir; yani adaptif özelliği yoktur. Bu çalışmada, daha genel ve esnek bir kontrol sağlamak amacı ile adaptif kontrol yöntemlerinin uygulanması yoluna gidilmiştir. Bu kontrol yöntemlerinden ilki model izlemeli adaptif kontrol metodudur. Yöntem istenen davranış özelliklerini sağlayan bir modelin belirlenmesine ve adaptif kontrol kuralı katsayılarının, gerçek sistemin değişken ortam koşullarında bu modeli izlemesini sağlayacak şekilde değiştirilmesine dayanmaktadır. Bu amaçla tezde modelin belirlenmesi optimum kontrol metotlarından yararlanılarak gerçekleştirilmiştir, öncelikle, istenen yörüngeyi minimum hata ile izleyecek, ve varış anında minimum sürekli hal hatası verecek bir amaç ölçütü aşağıdaki biçimde seçilmiştir; vııı i=h U-M ? e(t) r + s2.co2 + s3. i 2 sq.dt Bu denklemde, s-|,S2,s3: ağırlık faktörleri 8r(t): referans konum yörüngesi 6(t): gerçek konum co : açısal hız iSq : stator q-ekseni akımı ve kontrol büyüklüğü tf : varış zamanı Bu amaç ölçütü kullanılarak optimal akım değişimi aşağıdaki biçimde bulunur; r JE.ler(\) - e (t) } sq Jh l l -,1/2 CÖ + Bu kontrol kuralından hareketle elde edilen optimum e ve co değişimi gerçek sisteme baz teşkil eder. Gerçek sistemin bu yörünge takımını parametre değişimleri veya parametre belirsizliklerine rağmen izleyebilmesi için u*= " Kp(y. ©.t) -y +KU( y.e.t). u biçimindeki adaptif kontrol kuralındaki üp ve &u değişken kazançları Lyapunov' un 2. kararlılık kriteri kullanılarak Kp1=-Lje.J e(t). 9(t). dt + Lpe.e(t). 6(t) KP2 * ' hcoJ e(î)- ^ dt + We(t)- ^X) Ku = - Lu.J e(t). 9r(t). dt + Lp^ed). 6r(t) şeklinde hesaplanır. Burada, y_ çıkış ve e_ hata vektörü Lj6, Lj^, LjU integral sabitleri, Lpg, Lp^, LpU ise kazanç katsayılarıdır. Bu denklemlerin ıx düzenlenmesi ile adaptif konum girişi 0p, 8p-Ku-«r-Kp1^-Kp2.«. ve sisteme etkiyecek gerçek giriş büyüklüğü iSqp, W-^K-1- Jm. m-T^ S1 K,. /sT + s2 tm V 3 * 1/2 tm şeklinde elde edilip burada Jm, Kjm sırası ile nominal eylemsizlik momenti ve nominal moment katsayısı, Tl6 ise akım ve hız yardımı ile hesaplanan yük momentidir. Bu özelliği sağlayan adaptif kontrol kuralındaki değişken kazançlar izleme hatasını asimptotik olarak sıfıra götürür. Bunun nedeni de değişimleri adaptif olarak kompanze edilen moment ve eylemsizlik katsayılarının moment salınım terimlerinde çok etkin olmasıdır. Böylece parametre belirlemesiz olarak uygulanan bu yöntem ile, tek eklemli bir robot koluna ilişkin simülasyon sonuçları alınarak bu sonuçlar salt optimal kontrol ile alınan sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Sonuçlardan görüldüğü gibi, sistem parametre değişimlerine rağmen istenen yörüngeyi izlemekte; bunun yanısıra yine optimal kontrol sonuçları ile karşılaştırıldığında, yöntemin moment salınımlarını da bastına etkisi olduğu görülmektedir. Uygulanan diğer adaptif yöntem, sistemde var olan lineer olmama özelliklerinin doğrudan giderilmesini yani sistemin lineerleştirilmesini amaçlar. Bunun için kullanılacak geribesleme lineerizasyonlu iq girişi sistemde yalnız 6. harmonik gözönüne alındığında, 'q- Kn. e + K.. e + T. P d L_ K,+ K,cos6.p.8 i cı r biçiminde elde edilir. Burada Kt, Kc1 ve TL sirasi ile moment katsayisi, 6. harmonik genliği ve yuk momenti kestirimleridir. Kp ve Kd ise istenilen geçici hal davranisini belirleyecek kazanç ve türev katsayilaridir. Kt, Kcı ve TL kestirimleri yine Lypunov' un 2. kararlilik kriteri kullanilarak elde edilen 9=(e + a.e). r.o) denkleminden hesaplanır. Burada a > O, r kesin pozitif bir matris olup parametre kestirim vektörüdür. Yukarıdaki denklem kullanılarak parametre değerleri her adımda hesaplanıp, gerçek sistemdeki moment salınımları giriş referans akımına uygun harmonik bileşenleri eklenerek ortadan kaldırılabilir. Ancak görüldüğü gibi bu lineerleştirme olayı yine parametrelerin ne denli bir doğrulukla elde edildiğine bağlıdır. Parametrelerin doğru olarak belirlenmesini etkileyen faktör ise giriş işareti olarak yeterince zengin frekansli referans işaretlerinin kullanılmasıdır, önerilen yöntemlerin etkisini göstermek üzere yapılan simülasyonların ilkinde frekansça zengin olmayan kritik sönümlü bir referans işareti kullanılmıştır. Yine tek eklemli bir robot koluna uygulanan adaptif kontrol kuralının değişen eylemsizlik değerlerine rağmen sistemi kritik sönümlü davranmaya zorladığı görülmüştür. Sistem cevabında fark edilen lineer olmama durumları ise bunların daha önce sözü edildiği gibi tam olarak belirlenip sıfırlanamamasındandır. Zengin frekanslı işaretlerin etkisini göstermek amacı ile yapılan simülasyonlarda ise adaptif sistemin gerçek parametre değerlerini yakalayabildiği, özellikle robot kolunun değişik referanslar için tekrarlamalı çalışma biçiminde parametrelerin daha da iyi yakınsadığı görülmüştür. Tezde son olarak değişik kontrol yöntemlerinin pratik uygulamaları yapılmıştır. Deney seti, eylemsizliği tek eklemli bir robot kolunu simule etmek üzere ayarlanabilen bir PMSM, her faz için birer tane olmak üzere toplam üç evirici, çok yüksek hassasiyetli bir lazer dönel enkoder ve son olarak, çok hızlı ve yüksek doğruluklu kayan nokta aritmetiği ile işlem yapmaya uygun DSP32 'li bir kontrolör sisteminden oluşmaktadır. Özellikle yüksek hızlı bu dijital işaret işleyici (Digital Signal Processor) 'un varlığı, adaptif kontrol metodlarının uygulanmasını mümkün kılmaktadır. Sonuç olarak, sisteme pratik olarak uygulanan PID'li konum kontrolü, optimum konum kontrolü ve son olarak kritik sönümlü bir referans İşareti izlemek üzere uygulanan adaptif konum kontrolü sonuçları karşılaştırılarak, gerek parametre değişiklikleri, gerekse moment salınımlarını giderilmesi açısından en iyi sistem cevabının parametre belirlemeli adaptif kontrol yöntemine ilişkin olduğu görülmüştür.
-
ÖgeAdaptive Volterra Filtering With Complete Lattice Orthogonalization(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1996) Özden, Mehmet Tahir ; Kayran, Ahmet H. ; 55914 ; Elektronik Mühendisliği ; Electronics EngineeringBu tezde, Vol terra serisi açılanına dayalı yeni bir özyineli en küçük kareler uyarlanır doğrusal olmayan süzgeç sunulmaktadır. Ana yaklaşım, doğrusal olmayan süzgeçleme problemini, eşdenik çok kanallı, ancak doğrusal, süzgeçleme problemine dönüştürmek tir. Daha sonra, çok kanallı giriş işareti, ardışık işlem yapan çok kanallı kafes kademeleri (AİYÇKKK) ile tam olarak dikleştirmektir. Giriş işaretinin tam olarak dikleştirilme- si ile, yalnızca rakkamsal işlemlere ihtiyaç duyulmakta, matris tersi alınmasına bağlı kararsızlık problemleri ortadan kaldırılmakta ve iyi sayısal özellikler elde edilmektedir. Matris tersi işlemi ve vektör işlemlerinin kullanılmaması ile, karmaşıklık oldukça azal makta, süzgeç basitleşmekte, modüler ve çok büyük ölçekli tümleşim uygulamalarında kullanılabilir hale gelmektedir. ikinci Bölüm'de, kesik Volterra serileri ile temsil edilen doğrusal olmayan sistemler için uyarlanır süzgeçleme algoritmaları ele alınmıştır. Kısım 2.3 ve 2.4'de LMS ve RLS uyarlanır ikinci derece Volterra süzgeçleme algoritmaları sunulmuştur. Kısım 2.5'de, Gram-Schmidth dikleştirme algoritması gözden geçirilmiş, kafes yapılarının avantajlarından bahsedilmiş ve yeni kafes yapısı, ardışık işlem yapan çok kanallı kafes kademeleri anlatılmıştır. Ayrıca, değiştirilmiş Gram-Schmidth dikleştirme algoritmasının, ardışık işlem yapan çok kanallı kafes kademeleri ile Volterra süzgeçleme problemine uygulanması anlatılmış ; doğrusal olmayan süzgeçleme problemi, eşdenik çok kanallı, ancak doğrusal, süzgeçleme problemine dönüştürülmüş, ardışık işlem yapan çok kanallı kafes kademelerinin farklı formları tartışılmıştır. Üçüncü Bölüm, AİYÇKKK kullanan, özyineli en küçük kareler Volterra süzgecinin sistem tanıma uygulamasını sunmaktadır. Kısım 3.1'de, genel en küçük kareler uyarlanır Volterra sistem tanıma problemi tanıtılmıştır. Daha sonra, kısım 3.2, AİYÇKKK ile özyineli, uyarlanır ikinci-derece Volterra sistem tanıma xı süzgeçlemesini sunmaktadır. Kısım 3.3'de ise, yeni kafes süzgecinin performansını gösteren deney sonuçları bulunmaktadır. Bu deneylerde, uyarlanır süzgeç tanınacak sistem ile aynı yapı ve aynı sayıda katsayı ile çalıştırılmıştır. Algoritmanın, tüm özyineli en küçük kareler algoritmalarının ortak özelliği olan hızlı yakınsama özelliğini paylaştığı, hatta sayısal kararsızlık söz konusu olmaksızın, özyineli en küçük kareler transversal Volterra süzgecine nazaran daha iyi performans gösterdiği gözlenmiştir. Dördüncü Bölüm'de, Volterra tipi doğrusal olmayan kanalların dengelenmesi düşünülmüştür. Kısım 4.1, genel en küçük kareler uyarlanır ikinci-derece Volterra ka nal dengeleme problemini sunmaktadır. Kısım 4.2'de, doğrusal olmayan dengeleme problemi, eşdenik çok kanallı, ancak doğrusal, uyarlanır dengeleme problemine çevrilmektedir. Daha sonra, AIYÇKKK ile özyineli en küçük kareler ikinci-derece Volterra kanal dengeleme problemi ele alınmaktadır. Kısım 4.3, farklı kanal distorsiyonları için, dengeleyicinin performansını gösteren deney sonuçları ile ilgilidir. Son olarak Beşinci Bölüm'de, sayısal uydu kanallarının dengelenmesi ve tanınması problemi ele alınmaktadır. Bu tip kanallar, daha yüksek dereceden Volterra senleri ile modellenebilen bir doğrusal olmayan yapıya sahiptir. Volterra süzgecinin yapısı, daha yüksek dereceli Volterra kanallarını tanıyacak yada dengeleyecek şekilde tanımlanmıştır. Kanal katsayılarının karmaşık olması ve kanal giriş işaretinin karmaşık olması nedenleri ile, AİYÇKKK algoritmasının karmaşık formu kullanılmıştır. Daha yüksek dereceli Volterra süzgecinin performansı, faz kaydırmalı anahtarlamalı (PSK) modülasyonlu doğrusal olmayan bir uydu kanalı örneği ile deney yapılarak incelenmiştir. Sonuçlar, daha yüksek dereceli Volterra dengeleyicisinin, ikinci derece Volterra dengeleyicisine nazaran daha geç yakınsadığını göstermektedir. Kanal tanımada ise performans değişmemektedir.
-
ÖgeAğ Dinamiğine Sahip Düşük Güçlü Ve Kompakt Vlsı Sinir Hücreleri(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014-01-17) Demirkol, Ahmet Şamil ; Özoğuz, Serdar ; 10024865 ; Elektronik Mühendisliği ; Electronics EngineeringBu tez çalşmasında, üç adet düşük güçlü ve kompakt, biyolojik zaman ölçeğinde çalışabilen VLSI nöron ve iki adet sinaps tasarlanmıştır. Her bir nöron bir matematiksel modele dayanmaktadır. Bunlar, Izhikevich (Izh), Uyarlamalı Üstel Tut ve Ateşle (AdEx) and Hodgkin-Huxley (HH) nöron modelleridir. Düşük güç ve kompaktlık için, tüm nöron ve sinaplar logaritmik tanım bölgesinde eşikaltı bölgede çalışan akım modlu devreler kullanılarak gerçeklenmiştir. Değeri fA ve pA olan akım kaynaklarını gerçeklemek için, salt transistörlü, geniş sıcaklık aralığına sahip, düşük sıcaklık katsayılı, pA mertebeli bir akım referans devresi tasarlanmıştır. Değeri fA olan akım kaynakları basitleştirlmiş bir akım dağıtıcısı kullanılarak elde edilmiştir. Böylece, 50fA değerinde bir akım kaynağının makul bir sıcaklık aralığında üretilebileceği gösterilmiştir. AdEx modelindeki üstel terimi gerçekleebilmek için, akım modlu ve geniş aralıklı bir üst alma devresi tasarlanmıştır. Bu amaçl geleneksel Taylor yaklaşımı yerine Pade yaklaşıklığı kullanılmıştır. Sonuç olarak, hatası tipik durumda 0.2 dB ve en kötü durumda 0.5 dB olan, 43.4 dB değerinde çıkış aralığına sahip bir üst alma devresi tasarlanmıştır. Doğrusal ve zamana bağlı dinamiklere sahip iki benzer sinapsdevresi tasarlanmıştır. İki AdEx ve üç Izh nöronu kendi aralarında birbirine bağlanarak senkronizasyon davranışlarını incelemek üzere bir ağ oluşturulmuştur. Nöronlar beklenen ağ dinamiklerini başarılya sergilemişlerdir.
-
ÖgeAktif-urc Devre Sentezinde Yeni Olanaklar(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-03-13) Gür, Fethi ; Anday, Fuat ; 463279 ; Elektronik Mühendisliği ; Electronics EngineeringBu tezde, direnç ve kapasite elemanları yerine URC elemanlarının kullanıldığı aktif-URC devrelerinin sentezi problemi incelenerek yeni devreler ve sentez yöntemleri önerilmiştir. Salt transistörlü süzgeç devreleri çoğunlukla, ince film teknolojisiyle üretilmiş URC elemanı bulunduran aktif-URC süzgeç devrelerinde, ince film URC yerine MOS URC eşdeğerinin kullanılmasıyla elde edilmektedir. Ancak, URC elemanı hiperbolik fonksiyonlarla tanımlandığından aktif-URC süzgeç devrelerinde ele alınan sentez yöntemleri klasik devre sentezi yöntemlerinden farklılık göstermektedir. Bu nedenle yeni süzgeç devrelerinin yanında yeni sentez yöntemlerine ve yaklaşımlara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu amaçla ilk olarak, ele alınan salt transistörlü bir süzgeç devresinden yeni bir süzgeç fonksiyonunun nasıl elde edilebileceği gösterilmiştir. Bu yolla salt transistörlü yeni iki süzgeç devresi önerilmiştir. Önerilen yüksek ve alçak geçiren süzgeç devrelerinin SPICE programı ile benzetimi yapılarak başarımı gösterilmiştir. Bunun yanında, aktif-URC devre sentezinde klasik devre sentezi yöntemlerini de kullanma olanağı sağlayan çeşitli eşdeğer devreler incelenerek, iki eş URCli yeni bir geçiş kapasitesi ve integral alıcı önerilmiştir. Eş URClerin eşleşme problemini ortadan kaldırmak için tek URCli kayıplı yeni bir integral alıcı önerilmiştir. Ayrıca bu tek URCli kayıplı yeni integral alıcı devreden kayıpsız bir integral alıcı devrenin nasıl elde edilebileceği de gösterilmiştir. Buna ek olarak, URC tabanlı integral alıcılar, devre parametreleri açısından incelenerek yeni bir NEÇ-URC tabanlı kayıplı integral alıcı devre önerilmiş ve benzetimi yapılmıştır. Son olarak, URC elemanının, tanım bağıntısı farklı bir bakışla ele alınarak, kesirli dereceden kapasite olarak kesirli dereceden süzgeç devrelerinin sentezinde kullanılabileceği SPICE programında benzetimi yapılarak görülmüş ve böylece URC elemanının farklı bir yolla da değerlendirilebileceği gösterilmiştir.
-
ÖgeAkım Taşıyıcı Kullanan Devrelerin Gerçekleştirilmesinde Yeni Yöntemler Ve Sonuçlar(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Özoğuz, Serdar ; Acar, Cevdet ; Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği ; Electronics and Communication EngineeringBu çalışmada, akım taşıyıcılı devrelerin satır yarı belirsiz düğüm admitans matrislerine sahip olma özellikleri kullanılarak, hem iki-ucu serbest giriş fonksiyonu, hem de akım transfer fonksiyonu gerçekleyen devrelerin sentezinde yeni olanaklar araştırılmıştır. İki-ucu serbest devrelerin elde edilmesi için önerilen yöntemler sayesinde hem literatürde bilinen iki-ucu serbest endüktans, FDNR gibi elemanların eşdeğerleri sistematik olarak elde edilebilmiş, hem de bazı yeni ve yararlı iki-ucu serbest devreler elde edilmiştir. Bu çalışmada gene satır yarı belirsizlik özelliği kullanılarak, akım-modlu akım taşıyıcılı devrelere uygulanabilen iki farklı dönüşüm yöntemi verilmiştir. Bunların ilki sayesinde n'inci dereceden devre fonksiyonlarını gerçekleyen bir devre, sistematik olarak elde edilebilmiştir. Akım-modlu devreler uygulanabilen diğer dönüşüm sayesinde ise, aktif duyarlığı yüksek olan akım-modlu devrelerden, daha düşük duyarlıklı devrelerin elde edilmesi mümkün olmuştur. Bu çalışmada önerilen yöntemler uyarınca elde edilen yeni devrelerin önemli bir kısmının deneysel sonuçları elde edilmiş ve bunların teorik öngörülerle uyumlu olduğu gözlenmiştir.
-
ÖgeAkım Taşıyıcılar Ve Akım Taşıyıcı Tabanlı Aktif Elemanlarla Transfer Fonksiyonlarının Gerçekleştirilmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1998) Güneş, Ece Olcay ; Anday, Fuat ; 75029 ; Elektronik Mühendisliği ; Electronics EngineeringSon zamanlarda, akım taşıyıcılar ve akım taşıyıcı tabanlı aktif elemanlarla ilgili araştırmalar sürdürülmektedir. Bu tezde, işaret akış diyagramlarından yararlanılarak, akım taşıyıcılar veya akım taşıyıcı tabanlı aktif elemanlarla gerilim ya da akım transfer fonksiyonlarının gerçekleştirilmesi konuları ele alınmıştır. Akım veya gerilim transfer fonksiyonlarının akım taşıyıcılar, CFCCII'ler ve birim kazançlı elemanlarla gerçekleştirilmesine ilişkin sentez yöntemleri önerilmiştir. Ele alınan gerilim veya akım transfer fonksiyonlarına ait uygun işaret akış diyagramlarının elde edilmesine ve bu diyagramlardan da aktif-RC devrelerine geçişe dayanan bu yöntemler uyarınca alçak duyarlıklı devreler gerçekleştirilmiştir. Yöntem uyarınca, gerçekleştirilen devrelerin eleman değerleri transfer fonksiyonlarının katsayılarınca belirlenmektedir. Ayrıca, önerilen bu genel yöntemlerle yüksek dereceli filtrelerin gerçekleştirilmesi de mümkün olmaktadır.
-
ÖgeAralık Değerli Tip-2 Bulanık Mantık Sistemleri İçin Yüksek Başarımlı Cmos Devre Tasarımı(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-10-23) Saatlo, Ali Naderi ; Özoğuz, İsmail Serdar ; 10006570 ; Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği ; Electronics and Communication EngineeringBulanık küme teorisinin ilk olarak Lotfi A. Zadeh tarafından 1965 yılında ortaya atılması ile birlikte, keskin olmayan verilerin işlenmesi için sistematik bir yöntem olan bulanık mantıksal sistemler geliştirilmiştir. Klasik mantıksal sistemlerinin temeli “yanlış” ve “doğru” elemanlarından oluşan iki değerli kümeler iken, bulanık mantık sistemleri [0, 1] kapalı aralığında sürekli değerler alabilen çok değerli sistemlerdir. [0, 1] kümesinin sınır noktaları olan 0 ve 1 değerleri, sırasıyla klasik mantıksal sistemlerindeki “yanlış” ve “doğru” durumuna karşı gelmektedir. Bu çok değerli yaklaşım gerçek dünyada karşılaşılan bilginin genelde muğlak olması, keskin olmaması nedeniyle, fiziksel sistemlerin tanımlanmasında çok yararlı olmaktadır. Bulanık mantık tabanlı denetleyici sistemler, kısaca bulanık mantık denetleyicileri olarak adlandırılmaktadır. Bulanık mantık denetleyicileri işaret işleme, örüntü tanıma, sınıflandırma ve sistem modelleme gibi farklı mühendislik sistemlerinin analizinde kullanılmaktadır. Buna karşın bulanık mantığın en önemli mühendislik uygulaması, kontrol sistemlerinde olmuştur. Farklı sistemlerin denetlenmesi için hem yazılım tabanlı, hem de donanım tabanlı farklı bulanık denetleyiciler geliştirilmiştir. Bulanık küme işlemlerinin paralel işleme ve yoğun hesaplamalara imkan veren yapısından dolayı, bu tür sistemler özel donanım kullanılarak etkin bir şekilde gerçekleştirilebilmektedir. Bu doğrultuda, bulanık denetleyicilerin yüksek başarımlı gerçeklenmeleri için, CMOS, BJT ve BiCMOS entegre devre teknolojileri ile özel tümdevre tasarımları geliştirilmiştir. Literatürde, iki ana bulanık mantıksal denetleyici sınıfı bulunmaktadır. Bunlardan tip-1 bulanık mantıksal denetleyicilerinde üyelik fonksiyonları tamamen belirlidir. Literatürde, bu konuda çok fazla çalışma yapılmıştır. İkinci grup denetleyiciler tip-2 tür denetleyici olarak adlandırılmaktadır ki, bu yapılarda üyelik fonksiyonları da bulanık fonksiyonlardır. Gerçekte, tip-1 bulanık mantık denetleyicileri, tip-2 türü denetleyicilerin özel hali olarak elde edilebilmektedir. Deneysel sonuçlar, tip-2 türü denetleyicilerin kullanılmasıyla, daha yüksek başarımın sağlandığını göstermektedir. Bunun temel nedeni, tip-2 türü denetleyicilerin yüksek serbestlik derecesine sahip üyelik fonksiyonları içermesi ve bu sayede sistemdeki belirsizliğin daha iyi yönetilebilmesidir. Literatürde, tip-2 tür bulanık denetleyicilerin gerçekleştirilmesi için sınırlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmalarda da, tüm sistemin özel alt blokları ele alınmıştır. Bu tezde, bu türden bir denetleyicinin içerdiği temel blokların yüksek başarımlı donanımsal gerçeklemesi üzerinde yoğunlaşılmıştır. Tip-2 türü bulanık mantık denetleyicilerinin gerçeklenmesine üç farklı açıdan yaklaşılabilir: analog, sayısal veya karmaşık mod. Hangi yaklaşımın seçileceği, uygulamanın gerektirdiği şartlara bağlı olup, her yaklaşımın kendine göre üstünlük ve zayıflıkları bulunmaktadır. Analog denetleyiciler, sürekli-zamanlı olarak çalışmakta olup, sürekli zamanlı işaretler olan sensör ve aktuatörler çıkışları ile tam uyumlu çalışabilmektedir. Bu sayede, doğal olarak bulanık olan analog işaretleri işlemede etkin olarak kullanılabilirler. Buna karşın, analog devrelerin sayısal devrelere göre en önemli zayıflığı, esnek yapıda ve uyarlanabilir olmamasıdır. Programlanabilir ve esnek yapıda olmaları, sayısal bulanık mantık denetleyici gerçeklemelerin en temel üstünlüğü olarak ortaya çıkmaktadır. Bu gerçeklemeler genelde çok kullanıcılı, çok amaçlı sistem uygulamaları için kullanılır. Sayısal sistemlerde çok fazla sayıda üyelik fonksiyonları, bulanık işlemciler yer almaktadır. Öte yandan, bulanık vektörlerin ve paralel sistemlerin gösterilimi yüksek hızlı ve doğruluklu işlem gücü gerektirmektedir. Yaygın olarak bulanık mantık işlemleri ancak çok karmaşık VLSI sayısal devreler ile gerçeklenebilmektedir. Sayısal bulanık denetleyicilerin bu karmaşık yapısı yüzünden ortaya çıkan yüksek güç sarfiyatı, bu yaklaşımın en temel sorunu olarak ortaya çıkmaktadır. Buna karşın, sayısal ve analog sistemlerin farklı açıdan birbirlerine göre üstün olan yanlarını birarada kullanmak için, bu iki yaklaşımı tek bir kırmık içinde bir araya getirmek yararlı bir yaklaşım olarak ortaya çıkmıştır. Üyelik fonksiyonlarına ilişkin parametrelerinin saklı olduğu özel alanlardan oluşan sayısal hafıza modülleri kullanılarak, bulanık bilgi programlanabilir hale getirilebilmektedir. Bu tezde, sayısal ve analog yaklaşımın bir arada kullanıldığı, karmaşık tür bulanık devre gerçeklemesine yönelik çalışmalar yer almaktadır. Tasarımda kullanılan elektrik büyüklüğe göre, bulanık mantık denetleyicileri gerilim-modlu ve akım-modlu olarak iki ana grup altında sınıflandırılabilir: Akım-modlu devrelerin yüksek frekanslı çalışmaya uygun olma, düşük güç tüketimi ve basit iç yapı gibi özellikleri sayesinde, son on yılda bu tür devrelerin tasarımı konusunda çok fazla çalışma yer almıştır. Bu yaklaşımın diğer bir üstünlüğü, akım ile bilginin işlenmesi sayesinde, üretim belirsizliklerinin ve malzeme eşleşme hatalarının olumsuz etkilerinin azalmasıdır. Akım-modlu temel mantıksal hücreler, gerilim-modlu olarak gerçekleştirilemeyecek kadar iyi lineer davranışa sahiptir. Ayrıca, gerilim-modlu devrelerin aksine, akım-modlu devreler ile toplama ve çıkarma işlemleri kolaylıkla gerçeklenebilmektedir. Bu üstünlükleri dikkate alınarak, bu tezde bulanık mantık denetleyicisinde kullanılan devrelerin tasarımında akım-modlu yapılar üzerinde çalışılmıştır. Tez iki ana kısımdan oluşmaktadır: ilk kısım tip-2 bulanık mantık sistemler için yüksek başarımlı devrelerin tasarımı ile ilgilidir. Bu doğrultuda, literatürde ilk defa analog bir elmas-türü tip-2 üyelik fonksiyonu tasarlanmıştır. Elde edilen devrenin tüm eğimleri programlanabilir olduğundan, sistem tasarımcısı üçgen, trapez türü gibi farklı tip-2 üyelik fonksiyonlarına ilişkin devre gerçeklemelerini de bu yapıyı düzenleyerek kolaylıkla elde edebilmektedir. Takip eden bölümde akım modlu kaybeden-hepsini-alır (loser-take-all) devresi önerilmiştir. Bu devre her giriş için yeni bir hücre ekleyerek geliştirilebilen bir mimaride olup, özellikle çok girişli devre gerçeklemelerine uygundur. Yüksek hızlı geribesleme yapısı sayesinde, girişlere uygulanabilecek işaretlerin alt sınırları belirlenmiştir. Ayrıca, devrenin giriş dinamik aralığı, kullanılan kutuplama akımlarının değerleri ile etkin bir şekilde ayarlanabilmektedir. Bunun dışında önerilen diğer bir devre, dört-bölgeli analog çarpma devresidir. Bu devrenin en temel üstünlüğü, başarımının transistorlerin gövde etkilerine, bir başka deyişle eşik gerilimindeki sapmalara daha az duyarlı olmasıdır. Devrede kullanılan translineer yapı sayesinde, devrenin diğer üstünlükleri yüksek lineerlik, yüksek doğruluk ve geniş dinamik aralık olarak ortaya çıkmıştır. Buna ilave olarak, devrenin translineer çevrimlerde yer alan transistorların eşik gerilimlerindeki eşleşme hatalarına olan duyarlığı da incelenmiştir. Devrenin yüksek başarımını göstermek amacıyla, devre dengeli modülatör ve frekans çiftleyici olarak çalıştırılmış ve yüksek başarımı doğrulanmıştır. Bunu takiben, bulanık mantık denetleyicisinde durulaştırıcı blok olarak kullanılabilecek yeni bir lineerliği iyileştirilmiş OTA yapısı önerilmiştir. Bu devrenin hem lineer, hem de lineer olmayan temel blokların gerçeklenmesinde nasıl kullanılabileceği araştırılmış, benzetim sonuçlarından devrenin geniş bir işaret aralığında sabit bir geçiş iletkenliğine sahip olduğu görülmüştür. Bu sayede, devre yüksek doğruluklu işlem devrelerinde kullanılabilecektir. Önerilen devrenin bir diğer avantajı geçiş iletkenliğinin kutuplama akımı ile doğrusal olarak ayarlanabilmesidir. Basit iç yapısı sayesinde, devre düşük güç harcamasına sahiptir. Tezin ikinci kısmında, tip-2 mantıksal denetleyicinin, birinci kısımda elde edilen devreler ile gerçeklenmesi konusu ele alınmıştır. Akım-modlu iki giriş ve tek çıkışlı tip-2 Takagi-Sugeno-Kang türünden bulanık mantık denetleyicisi CMOS teknolojisinde gerçeklenmiştir. Karmaşık analog/sayısal modlu gerçekleme sistemin hem düşük güç sarfiyatına sahip olmasını, hem de programlanabilir ve ayarlanabilir olmasını sağlamıştır. 0.35 µm standard CMOS prosesi tabanlı HSPICE benzetim sonuçları denetleyicinin beklentilere uygun olarak etkin bir şekilde çalıştığını göstermiştir.
-
ÖgeArtımsal yapay sinir ağları kullanılarak ultrasonik görüntülerin bölütlenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006-12-04) Kurnaz, Mehmet Nadir ; Ölmez, Tamer ; 504982114 ; Biyomedikal MühendisliğiBu çalışmada, ultrasonik (US) görüntülerin bölütlenmesi için iki yeni artımsal yapay sinir ağı (ArÖz ve GArÖz) önerilmiştir. Fourier, kosinüs ve dalgacık dönüşümünü kullanan üç farklı öznitelik çıkartma yönteminin bölütleme başarımlarına etkisi karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Artımsal öz-düzenlemeli ağın (ArÖz) en iyi düğümlerini belirlemek için sıkıştırma temelli bir yöntem bu çalışmada ilk kez önerilmiştir. US görüntülerdeki karmaşık doku dağılımını en iyi temsil edecek düğümleri bulmak ve düğüm sayısını azaltmak amacıyla, genetik algoritmalar ile eğitilen artımsal öz-düzenlemeli ağ (GArÖz) çalışmada ilk kez geliştirilmiştir.
-
ÖgeAtm (asenkron Transfer Modu) Şebekelerde Kalite Ve Trafik Yönetimi(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Hekim, Mahmut ; Durusoy, Günsel ; Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği ; Electronics and Communication EngineeringBu çalışmada, Asenkron Transfer Modu (ATM) şebekelerinin bağlaşma sisteminde bağlantı talepleri için tahsis edilmesi gereken bandgenişliği değerlerini, kullanıcılar tarafından bildirilen trafik parametrelerine dayalı olarak tahmin eden yeni bir yöntem sunulmaktadır. Önerilen yöntem bulanık mantık kurallarına dayalı olarak geliştirilmiştir. Yöntem, karmaşık hesaplamalar olmadan bandgenişliğini tahmin etmeyi, bağlantı kabulünün hızını artırmayı ve transmisyon hattının kullanımını iyileştirmeyi mümkün kılmaktadır. Ayrıca, ATM şebekeler için bulanık mantık teorisi kullanılarak hücre kayıp oranı üst sınırının dağılımının tahminine dayalı bir bağlantı kabul kontrol yöntemi önerilmektedir. Önerilen yöntem, geleneksel yöntemlerde ortaya çıkan büyük hücre kayıp oranı değerlerine yol açmamaktadır. Böylece, öngörülen hücre kayıp oranı sağlanmakta ve yüksek istatistiksel çoğullama kazancı elde edilmektedir. Anahtar Kelimeler: ATM, hücre kayıp oranı, bağlantı kabul kontrolü, bulanık sonuç çıkarma Bilim Dalı Sayısal Kodu: 609
-
ÖgeAyarlanabilir Cmos Sınıflandırıcı Devrelerde Yeni Olanaklar(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009-06-09) Yıldız, Merih ; Özoğuz, Serdar ; Elektronik Mühendisliği ; Electronics EngineeringBu çalışmada, ayarlanabilir sınıflandırıcı devreleri ve uygulama alanları incelenmiştir. Sınıflandırma işlemi, benzer özellik taşıyan objelerin farklı özellikte olanlardan ayırt edilmesi şeklinde tanımlanabilir ve otomatik hedef belirleme, yapay zekâ, yapay sinir ağları, analog-sayısal dönüştürücüler, tıbbi tanı, kuantalama, görüntü işleme, istatistik gibi konularda kullanım alanı bulur. Diğer yandan, gerek gerçek dünyada gerekse sayısal dünyada, verilerin sınıflandırılması büyük önem taşımaktadır. Sınıflandırma yöntemleri ilk olarak 1960’lı yıllarda örüntü sınıflandırma adı altında görülmeye başlanmış ve ilişkin algoritmalarda basit yapılar ele alınmıştır; ilk gerçeklenen yapıda en yakın komşu yakınsaması kullanılmıştır. Bugüne kadar sınıflandırma işlemi, çeşitli algoritmalar yardımıyla genellikle yazılımsal olarak yapılmıştır. Oysaki gerçek zamanda çalışma gerektiren bazı uygulamalarda, sınıflandırma işleminin donanımsal olarak da gerçeklenmesi önem kazanmaktadır. Bu amaçla, çalışmanın donanımsal gerçeklemeyle ilgili kısmında, önce çekirdek devre diye adlandırılan temel bir yapı tasarlanmış ve bu çekirdek devrelerden oluşan çok girişli-çok çıkışlı bir sınıflandırıcı mimarisi geliştirilmiştir. Bu sınıflandırıcı mimarisi ile sınıflandırılabilen ve sınıflandırılamayan veri kümeleri incelenmiş, sınıflandırılamayan veri kümelerinin ayırt edilebilmesi için çekirdek devre yapıları ile kullanılabilecek Çarpan Devre yapısı gerçekleştirilmiştir. Dolayısıyla gerek sadece çekirdek devre yapıları, gerekse çarpan devre yapıları ile beraber kullanılarak veri kümelerinin uygun kontrol parametreleri ile sınıflandırılabileceği gösterilmiştir. Bu kontrol parametrelerinin bulunmasını sağlayan eğitim algoritmaları da incelenmiştir. Sonuç olarak bu çalışmada, sınıflandırma işlemini donanımsal yapılar ile gerçekleştirebilecek, ayarlanabilir, eğitilebilen yeni sınıflandırıcı devreleri tasarlanmış, sağladıkları yeni olanakların gerçek dünyada bulunan ve de önemli olan uygulamalarda incelenmesi ile elde edilen sonuçlar verilmiş ve sınıflandırma konusundaki etkinlikleri ortaya konulmuştur.
-
ÖgeBazı Üniform Dalga Kılavuzlarında Özdeğerlerin Transmisyon Hattı Eşdeğerlikleri Yardımıyla Belirlenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Yener, Namık ; Topuz, Ercan ; Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği ; Electronics and Communication EngineeringBu çalışmada bazı açık üniform dalga kılavuzlarında transmisyon hattı eşdeğerlikleri ile bu dalga kılavuzlarında modal çözümlerin ve bunlara ilişkin özdeğerlerin elde edilmesi için önerilen bir yöntem verilmektedir. Bu amaçla, incelenmek istenen açık dalga kılavuzunun, iletilen yüzey modlarını etkilemeyecek kadar uzakta seçilen bir elektromagnetik ekranla sınırlandırıldığı varsayılmaktadır. Bu ekran ile tanımlanan kapalı dalga kılavuzunun oluşturduğu sınır değer problemi tezde “incelenen problem” olarak adlandırılmıştır. Daha sonra alan ifadeleri için referans problem olarak seçilen homojen ve homojen olmayan kesitli metalik dalga kılavuzlarının özfonksiyonlarını kullanarak incelenen problem için transmisyon hattı denklemleri elde edilmektedir. İlk defa bu çalışmada göz önüne alındığı düşünülen homojen olmayan kesitli metalik dalga kılavuzunun özfonksiyonlarının kullanılmasıyla bulunan transmisyon hattı denklemleriyle çok az sayıda terim alarak açık kılavuzun propagasyon sabitinin elde edilebildiği gözlenmiştir. Bu ise, yöntemde yapılan bazı basitleştirmeler ile birlikte hem bilgisayar programlama hem de bilgisayar işlem süresinde kısalmalara yol açmaktadır.
-
ÖgeBelirgin ve olasıl kontrol sistemlerinde prediksiyon(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1974-07-09) Bir, Atilla ; Ülgür, Münir ; 175978 ; Elektrik-Elektronik Mühendisliği
-
ÖgeBirden Fazla Katsayının Çarpımı Problemi İçin Optimizasyon Algoritmaları(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009-06-11) Aksoy, Levent ; Güneş, Ece Olcay ; Elektronik Mühendisliği ; Electronics EngineeringBu tezde, birden fazla katsayının çarpımı (MCM) problemi, bir başka deyişle, bir değişkenin birden fazla katsayı ile çarpımının minimum sayıda toplama/çıkarma işlemi kullanılarak gerçeklenmesi için tasarlanmış kesin ve yaklaşık algoritmalar sunulmaktadır. Bir kesin alt ifade eliminasyonu (CSE) algoritmasının tasarımında, MCM problemini bir 0-1 tamsayı lineer programlama problemi olarak modelleyen daha önceden önerilmiş bir algoritma temel alınmıştır. Kesin CSE algoritması içinde, alan ve gecikme ölçütlerini ele alabilmek için yeni bir kesin model önerilmektedir. Kesin CSE algoritması tarafından taranacak arama uzayını küçültmek için problem indirgeme ve model basitleştirme teknikleri sunulmaktadır. Bu tekniklerin kullanımının kesin CSE algoritmasının daha büyük örnekler üzerinde uygulanmasına olanak sağladığı gösterilmektedir. Ayrıca, bu teknikler ile donatılmış kesin CSE algoritması, katsayıları genel sayı gösteriminde ele alacak ve kesin CSE algoritmasından daha iyi sonuçlar elde edecek şekilde genişletilmektedir. Bunların yanında, gerçek boyutlu örnekler üzerinde uygulanabilen bir kesin graf tabanlı algoritma sunulmaktadır. Bu kesin algoritmalara ek olarak, minimum sonuçlara oldukça yakın çözümler bulabilen ve kesin algoritmaların ele almakta zorlandığı örneklere uygulanabilen yaklaşık CSE ve graf tabanlı algoritmalar verilmektedir. Bu tezde önerilen kesin ve yaklaşık algoritmaların daha önceden önerilmiş sezgisel yöntemlerden daha iyi sonuçlar verdiği gösterilmektedir. Bunların yanısıra, bu tezde, kesin CSE algoritması gecikme kısıtı altında alanın minimize edilmesi, kapı seviyesinde alanın minimize edilmesi ve yüksek hızlı sayısal sonlu impuls cevaplı filtrelerin tasarımında alanın optimize edilmesi problemlerine uygulanmaktadır.
-
ÖgeBiyolojik İşaretlerin Temel Tanım Ve Zarf Fonksiyonları İle Modellenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Gürkan, Hakan ; Gönüleren, Ali Nur ; Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği ; Electronics and Communication EngineeringBu tez çalışmasında, biyolojik işaretlerin (EKG, EEG, EMG) Temel Tanım ve Zarf Fonksiyonları ile modellenmesine yönelik olarak yeni bir yöntem sunulmaktadır. Sunulan yöntem, herhangi bir biyolojik işarete ilişkin Xi(t) çerçeve fonksiyonunu biçiminde modellemektedir. Bu modelde, R(t), Temel Tanım Fonksiyonu olarak adlandırılmakta ve bir Ci katsayısı ile özgün işarete ilişkin Xi çerçeve vektörünün en yüksek enerjisini taşımaktadır. K(t), Zarf Fonksiyonu olarak adlandırılmakta ve özgün işaretin çerçeve vektörünün zarfını oluşturmaktadır. Ci katsayısı da Çerçeve Ölçekleme Katsayısı olarak adlandırılmaktadır. Gösterildiği üzere ={r(t)} ve ={k(t)} bankaları herhangi bir biyolojik işareti modellemek için Temel Tanım ve Zarf Fonksiyon Bankası’nı oluşturur. Böylece, biyolojik işaretin herbir çerçevesi, Temel Tanım ve Zarf Vektör Bankasının R ve K indisleri ile bir Ci çerçeve ölçekleme katsayısı cinsinden ifade edilebilir. Gösterildiği üzere önerilen yeni yöntem oldukça önemli bir sıkıştırma oranı da gerçekleştirmektedir. Ayrıca, Temel Tanım ve Zarf Fonksiyonları iletim bandının herbir düğümüne yerleştirilerek biyolojik işaretin iletimi, Temel Tanım ve Zarf Vektör Bankasının R ve K indislerinin ve Ci Çerçeve Ölçekleme Katsayısının iletimine indirgenmiş olur.
-
ÖgeBiyolojik Sinir Sistemlerinin Modellenmesi Ve Gerçeklenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-10-21) Erdener, Özgür ; Özoğuz, İsmail Serdar ; 10126291 ; Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği ; Electronics and Communication EngineeringBeynimizin temel işlem birimi sinir hücreleri veya kısaca nöronlardır. Bir memeli beynindeki sinir hücreleri, birbirleri ile koordine bir şekilde çalışıp görüntü işleme, karar verme, idrak etme, motor kontrol gibi yüksek karmaşıklıktaki hesaplamaları çok kısa sürede, çok az enerji tüketerek yerine getiren analog birimlerdir. İnsan sinir sisteminde yaklaşık olarak 100 milyar nöron olduğu tahmin edilmektedir. Bununla beraber normal bir sinir hücresi 50.000-250.000 kadar başka nöronla bağlantılıdır. Beynin tamamının nasıl çalıştığı konusunda günümüzde halen yeterli bilgiye sahip değiliz fakat bazı küçük bölümlerinin çalışması ile ilgili ayrıntılı bilgiler mevcuttur. Dinamik nöron modelleri, hesaplama kolaylığı olan I&F modelinden biyolojik olarak anlamlı olan karmaşık Hodgkin-Huxley modeline kadar çeşitlilik göstermektedir. Uygulamadaki hassasiyete ve tasarım kolaylığına bağlı olarak VLSI devre olarak gerçekleme için uygun olan model seçimi değişebilir. Bu tez çalışmasında, düşük güç tüketen ve az alan kaplayan VLSI devresi olarak gerçeklemeye uygun, biyolojik zaman ve biyolojik işaret ölçeğinde çalıştırılabilen dinamik bir nöron modeli önerilmiştir. Bu model geometrik yaklaşımla, denge eğrilerinden hareket ederek tasarlanmıştır. Önerilen model işlevsel olduğu çalışma bölgesinde INa,p+IK modeli ile benzer denge eğrilerine sahiptir. Bu durum, eşik altı bölgede, her iki modelin de eş davranış göstermesine neden olur. Model, biri hücre zarı potansiyelini diğeri tazmin akımını temsil eden iki durum değişkeninden oluşmaktadır. Ayrıca, hibrit modellerde olduğu gibi aksiyon potansiyeli sonrası reset mekanizmasına sahiptir. Ancak, Izhikevich ve AdEx I&F modellerinden farklı olarak, aksiyon potansiyeli tepe değerine ulaştığında sadece hücre zarı gerilimi sabit bir değere resetlenir. Tazmin değişkeninin resetlenmesi donanımsal olarak çok sayıda tranzistor gerektirdiği için çok geniş ölçekli nöromorfik devre gerçeklemede sınırlayıcı bir etkendir. Dolayısıyla, yeni modelde bu reset parametresinin olmaması devre gerçekleme açısından büyük bir avantaj sağlamaktadır . Önerilen modelin denge eğrilerinin tanjant hiperbolik karakteristiklerinden ötürü tazmin değişkeni, hücre zarı potansiyelinin resetlendiği noktada, olması gereken değere kendi kendine ulaşır. Yeni nöron modelinde on farklı parametre varmış gibi gözükse de, denklemler minumum sayıda parametre elde edecek şekilde normalize edildiğinde, sadece dört bağımsız parametreye sahip olduğu görülür. Bu parametrelerden sadece iki tanesine değişik değerler vererek gerçek bir biyolojik sinir hücresinin gösterdiği aksiyon potansiyeli örüntülerinin birçoğu elde edilebilir. Modelin gösterdiği aksiyon potansiyeli davranışlarını incelemek amacıyla kullanıcıdan girdileri alıp sayısal benzetim sonuçlarını kullanıcıya sergileyen bir MATLAB uygulaması geliştirilmiştir. Bu uygulama sayesinde, uygun parametreler seçildiğinde, önerilen modelin beynin neokorteks ve talamus bölgesinde bulunan sinir hücrelerinin gösterdiği farklı davranışların birçoğunu gerçekleştirebildiği kanıtlanmıştır. Tek simetrik olması ve eşik altı CMOS tekniği ile VLSI gerçekleme kolaylığı nedeniyle yeni model tanjant hiperbolik fonksiyonlar ile oluşturulmuştur. Bu da nöron devresinin kısmen kolay ve hızlı gerçeklenmesini sağlamıştır. Gerçeklenen nöron devresi bir adet birinci derece logaritmik süzgeç, tanjant hiperbolik fonksiyon üreteçleri, doğrusal gerilim bölücüler, karşılaştırma ve resetleme bloğu ve bir adet de gerilim kontrollü akım referansından oluşmaktadır. Tasarım aşamasında, ayrı ayrı tüm bloklar için devre benzetim sonucunu analitik ifadesinin eğrisine, minumum kareler yöntemi kullanarak, uydurma yöntemi uygulanmıştır. Akım ve tranzistor boyutları gibi tasarım parametreleri belli bir karesel hatanın altında kalana kadar yinelenmiş ve bu yöntem Yinelemeli Eğri Uydurma Yöntemi olarak (Iterative Curve Fitting Method-ICFM) olarak isimlendirilmiştir. Tanjant hiperbolik fonksiyon üreteci (THB) olarak eşik altı çalışan, koskod çıkış katlı, uzun kuyruklu devre yapısı kullanılmıştır. Proses parametrelerinin sapmasından kaynaklanacak hatanın minimize edilebilmesi için kuyruk akımı 100 pA olan bir çekirdek THB tasarlanmıştır. Daha sonra, farklı değerli THB blokları bu çekirdek bloğun çıkışındaki akım, kaskod akım aynası kullanılarak, gerekli sabit katsayılar ile çarpılarak elde edilmiştir. Doğrusal gerilim bölücü devresi iki katmanlı merdiven tipi diyot bağlı NMOS tranzistorlardan oluşmaktadır. Bu bloğun bölme değeri geniş bi gerilim aralığında 8.8 olarak elde edilmiştir. Klasik MOS gerilim bölücüye göre bu tasarımda daha az sayıda tranzistor ile daha büyük bölme değeri elde edilir ve gövde etkisi de diğerine göre daha düşüktür. Bu devre çok küçük akımlarla çalıştığı için devreye kaynak öteleme gerilimi uygulanmıştır. Birinci derece logaritmik süzgeç devresi akım modlu olması nedeni ile tazmin akımını temsil eden değişkenin gerçeklenmesi için tamamı ile uygundur. Çok küçük akımlarla çalışıldığı için bu bloğa da kaynak öteleme gerilimi uygulanmıştır. Karşılaştırma devresi, iki adet kaskod bağlı eviriciden oluşan yapının girişi fark kuvvetlendiricisi olarak çalışan uzun kuyruklu bir devrenin çıkışına bağlanarak gerçeklenmiştir. Bu devre akım boşaltma anahtarı görevi yapan büyük boyutlu bir NMOS tranzistoru sürmektedir. Uzun kuyruklu devrenin kuyruk akımı çıkıştaki evirici katlarını çok hızlı sürmesi için yeterince yüksek olmalıdır. Bu koşuldan yola çıkılarak kuyruk akımı 2.3 nA olarak belirlenmiştir. Proses parametrelerindeki sapma ve sıcaklık bağımlılığı VLSI devrelerin çalışmasını etkileyen en kritik iki sorundur. Özellikle eşik altı çalışan devrelerde sıcaklık bağımlılığı hayati önem arz etmektedir. Bu nedenle geniş sıcaklık aralığında çalışan gerilimle kontrol edilebilir bir akım referansı devresi tasarlanmıştır. Gerilim kontrolü, proses parametrelerinden kaynaklı değişimlerin etkilerini minimize etmek için kullanılmış ve bu çerçevede devrenin bütün proses köşelerinde çalışmasını garanti edecek kontrol gerilimleri ayrı ayrı tespit edilmiştir. Devre tasarımı ve benzetimleri ilk olarak TSMC 0.18 mikron teknolojisi ile LTSpice tasarım araçları kullanılarak yapılmıştır. Daha sonra, hem bu tasarımı doğrulamak hem de devrenin serimini oluşturabilmek için AMS 0.35 mikron SiGe-BiCMOS teknolojisi ile Cadence® Virtuoso® araçları kullanılarak bütün bloklar tekrar tasarlanmıştır. Bu tasarımda, devre yapısı ve tranzistor boyutları TSMC'deki ile aynı tutulup sadece akım, gerilim kaynakları ve kapasite değerleri değiştirilerek aynı sonuçlara ulaşılmıştır. AMS teknolojisinin geçiş iletkenliği TSMC'ye göre oldukça düşük olduğu için AMS ile yapılan tasarımda besleme ve çalışma gerilimlerini daha yüksek değerlere ötelemek zorunluluğu ortaya çıkmıştır. Her iki tasarımda da VLSI üretim prosesinden kaynaklı mutlak boyut sapmalarının etkisini azaltmak için minimum tranzistor boyutu 2 mikron/2 mikron olarak seçilmiştir. AMS teknolojisi ile gerçeklenen nöron devresi 0.0128 mm2 alan kaplamakta ve 277.5 nW güç tüketmektedir. TSMC teknolojisi ile gerçeklenen nöron ise 241 nW güç tüketmektedir. Besleme ve kaynak öteleme gerilimleri sırasıyla AMS için 2.5 V ve 0.5 V, TSMC için 1.5 V ve 0.2 V'tur. Sayısal analizlerden elde edilen sonuçlarla devre benzetimlerinden elde edilen sonuçların mükemmel bir şekilde uyuştuğu gösterilmiştir. Literatürdeki bir çok model, sinapsları anlık çarpma operatörleri farzedip dinamik bir yapı olduğunu göz ardı eder. Gerçek bir sinaps modeli sinaps akımlarının zaman ve uzamda toplanabilmesi özelliğini göz önünde bulundurmalıdır. Bu bilgiler çerçevesinde, nöronları birbirine bağlayıp gerçekçi sinir ağları oluşturabilmek amacıyla yeni bir dinamik sinaps modeli önerilmiştir. Modelde kullanılan ifadeler yeni nöron modelindekine benzer yapıda olması nedeniyle sinaps modeli de kompakt ve düşük güçlü VLSI gerçeklemeye uygundur. Yeni modelle, sadece ters gerilim potansiyeline karşı düşen terimin değiştirilmesi ile sinapsların uyarıcı veya kısıtlayıcı davranış göstermesi sağlanmıştır. Nöronların senkronize davranışı canlıların kavramsal işlevlerini yerine getirmesi ve ritmik hareketlerinin oluşması gibi çok geniş bir çerçevede önemli bir role sahiptir. Bir nöronun zayıf uyarımlara cevabını gösteren Faz Yanıt Eğrileri (PRC), bir ağdaki nöronların ortak dinamik davranışını anlamak açısından çok önemli bir araçtır. Bu nedenle VLSI devre olarak gerçeklenen nöronun faz yanıt eğrisi çıkartılıp bunun Tip II PRC özelliğine sahip olduğu gösterilmiştir. Tip II PRC'ye sahip olması nedeniyle bir ağ içerisinde senkronize olabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Daha sonra, yeni önerilen sinaps ve nöron modelleri kullanılarak, senkronizasyon davranışlarının incelenmesi amacıyla çeşitli sayılardaki nöronlar zincir bağlı bir ağ yapısı oluşturacak şekilde karşılıklı olarak uyarıcı ve kısıtlayıcı sinapslerle birbirlerine bağlanmıştır. Sayısal hesaplamalar sonucunda 2, 3 ve 4 nörondan oluşan ağda eş faz, zıt faz ve N-faz senkronizasyon davranışlarının oluşturulabileceği gösterilmiştir. TSMC 0.18 mikron teknolojisi kullanılarak 2 ve 3 nöronlu zincir bağlı ağ yapısının devresi gerçekleştirilmiştir. Zayıf kuplajdan dolayı sinaptik akımlar VLSI devre olarak gerçeklemek için çok düşük kalırlar. Bu nedenle akımları VLSI olarak gerçeklenebilir sınırlara çekmek için birtakım ölçekleme işlemleri gerçekleştirilmiştir. Devre simülasyonlarında, beklenen eş faz, zıt faz ve N-faz senkronizasyon davranışları başarıyla gözlemlenmiştir. Güç tüketimi 2 nörondan oluşan ağ için 282 nW, 3 nörondan oluşan ağ içinse 320 nW olarak bulunmuştur.
-
ÖgeCmos Analog Çarpma Devrelerinde Harmonik Distorsiyonunun Azaltılmasına Yönelik Yeni Topolojiler(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Tarcan, Rıza Can ; Kuntman, Hakan ; Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği ; Electronics and Communication EngineeringAnalog çarpma devreleri işaret işleme sistemlerinin anahtar elemanlarından biridir.Dört bölgeli analog çarpma devrelerinin gerçekleştirilmesi için bir çok teknik vardır. Bunların biride doyma bölgesinde çalışan MOS tranzistorun karesel davranışına dayalı yöntemdir. Bu tür devrelerin lineerliğini etkileyen birçok ikinci dereceden etkiler vardır. Mobilite azalması, tranzistorun karesel davranışına bağlı çalışan çarpma devrelerinin lineeritesini bozan en önemli etkilerden biridir. Literatürde tranzistorun karesel davranışına dayanarak çalışan birçok çarpma devresi olmasına rağmen mobilite azalması etkisinden kaynaklanan nonlineerliği azaltmak için hiç bir özel önlem alınmamıştır.Bu tezde MOS tranzistorun karesel davranışını etkileyen mobilite azalması etkisini azaltmak üzere yöntemler önerilmiştir. Bu yöntemler analog çarpma devrelerine uygulanarak yeni düşük distorsiyonlu çarpma devreleri elde edilmiştir.Bu metodlarla sağlanan avantajlar computer simulasyonlarıyla gösterilmiştir. Sonuçlar önerilen metodların distorsiyonu azaltmakta etkili olduğunu göstermiştir. Ayrıca önerilen yöntemler devrenin distorsiyonunu dışarıdan ayarlayabilme imkanını vermektedir. Bu nedenle bu devreler IC tasarımında yeni olanaklar sunacaklardır
-
ÖgeCmos Transferempedans Kuvvetlendiricinin Bantgenisligi Basarimini Gelistirmeye Yonelik Teknikler(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-03-04) Abutaha, Jawdat ; Yazgı, Metin ; 10104223 ; Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği ; Electronics and Communication EngineeringCMOS Transferempedans Kuvvetlendiricinin bandgenis¸lig˘ i bas¸arımını gelis¸tirmeye yönelik teknikler haberles¸me teknolojisinde ve uygulamalarında ortaya çıkan hızlı gelis¸meler ve uygulamalar verilere hızlı eris¸im avantajı yanında hızlı hesaplama ve haberles¸me tekniklerine imkan veren bir bilgi çag˘ ını ortaya çıkarmıs¸tır. Sürekli artan hızlı bilgi transferi ihtiyacı, hızlı elemanların ve tümdevrelerin tasarımına yönelik aras¸tırmalara liderlik eden optik haberles¸me teknig˘ ini dog˘ urmus¸tur. Veri iletimi için mevcut ortamlar arasında optik fiber yapıları en iyi bas¸arımı sunmaktadır. Günümüzde optik fiberler çok yog˘ un sayısal veri transferinde genis¸ kullanım alanı bulmaktadır. Yog˘ un veri aktarımı kilometrelerce uzunlukta optik fiberler üzerinde önemli bir kayıp olmaksızın yapılabilmektedir. Normal s¸artlarda, is¸aret aktarımının ıs¸ık ile yapılması durumunda ortaya çıkan kayıp elektriksel yolla yapılan aktarıma gore daha düs¸üktür. Optik fiberler genel bas¸arımı iyiles¸tirmenin yanında düs¸ük maliyet avantajını da sunmaktadır. En yüksek teknolojilerde, optik fiber elemanları ve sistemleri çok yog˘ un veri aktarımı amacıyla kullanılmaktadır. Sonuç olarak optik fiber teknolojisi düs¸ük kayıpla çok yog˘ un veri aktarımını az maliyetle sunabilen bir teknoloji olarak günümüzde çok önemli bir konuma sahiptir. Genel olarak, optik haberles¸me sistemlerinde kullanılan analog devreler Galyum Arsenik (GaAs) veya Indiyum Fosfid (InP) teknolojileri ile üretilmektedir. Bu prosesler yüksek hızlı devreler için olus¸turulmakta olup optik haberles¸me sistemlerinin ihtiyaç duydug˘ u yüksek band genis¸lig˘ ine sahip devreleri üretmek için genellikle tek alternatif olarak kars¸ımıza çıkmaktadırlar. Bununla birlikte, CMOS proseslerinde ortaya çıkan hızlı gelis¸meler sayesinde daha yüksek bas¸arımlara sahip analog devreleri CMOS proses kullanarak tasarlama ve gerçekles¸tirme imkanları gittikçe artmaktadır. CMOS prosesin tercih edilmesine sebep olan en önemli avantaj maliyetlerde ortaya çıkan büyük düs¸üs¸tür. CMOS proseslerin maliyetinin düs¸ük olmasının sebebi, büyük alan kullanımı gerektiren sayısal devre gerçekles¸tirmelerinde çok genis¸ bir kullanıma sahip olmasıdır. CMOS prosesin dig˘ er bir avantajı sayısal ve analog devrelerin aynı taban üzerinde gerçekles¸tirilmesine imkan vermesidir. Transferempedans kuvvetlendirici (TIA) optik haberles¸me alıcılarındaki ilk blok olup giris¸indeki akımı çıkıs¸ında gerilime dönüs¸türmektedir. Tipik bir TIA’nın önemli bas¸arım ihtiyaçları genis¸ bandgenis¸lig˘ i, yüksek transferempedans kazancı, düs¸ük gürültü, düs¸ük güç tüketimi ve küçük grup geçikme deg˘ is¸im aralıg˘ ıdır. Nano teknolojilerdeki güncel gelis¸meler, optik alıcıların giris¸ katı uygulamalarında gerekli kolay bir s¸ekilde elde edilemeyen bas¸arımları sag˘ layabilen CMOS Transfer- empedans Kuvvetlendiricinin (TIA) tasarımını ekonomik hale getirmis¸tir. TIA tasarımında dikkat edilmesi gereken iki önemli mesele bandgenis¸lig˘ i ve giris¸ hassasiyetidir. TIA’nın bandgenis¸lig˘ i genellikle giris¸teki parasitic kapasite tarafından sınırlanmaktadır. TIA’nın bandgenis¸lig˘ i fotodiyot kapasitesi, transistor giris¸ kapasitesi ve transistor giris¸ direncinin belirledig˘ i RC zaman sabiti ile bulunabilir. Giris¸ hassasiyeti ise TIA’nın giris¸ gürültü akımından etkilenmektedir. Bundan dolayı TIA’nın bandgenis¸lig˘ i ve giris¸ is¸areti hassasiyeti bas¸arımlarını optimum bir s¸ekilde temin eden uygun devre topolojisinin belirlenmesi önemli bir meseledir. Bu tez, CMOS teknolojisi kullanan Transferempedans Kuvvetlendiricinin band- genis¸lig˘ i bas¸arımını gelis¸tirmeye yönelik yeni teknikler sunan bir çalıs¸madır. CMOS TIA’nın bandgenis¸lig˘ i bas¸arımını iyiles¸tirmeye yönelik farklı yaklas¸ımlar tez içerisinde gösterilmektedir. Bundan bas¸ka, bu çalıs¸ma transferempedansı kuvvetlendiricinin analizini ve tasarımını tam olarak anlamak için gerekli altyapı bilgisini de sunmaktadır. Bu tezde, sistemle devre tasarımı arasındaki bos¸lug˘ u doldurmak için s¸unlar yapılmıs¸tır: - Band genis¸lig˘ i bas¸arımının arttırılmasının matematiksel analizlerle anlas¸ılması. - Gerçekles¸tirilebilir yeni devre yapılarının tanıtılması. - Teklif edilen tasarımların CMOS teknolojisiyle gerçekles¸tirilebilirlig˘ inin kapsamlı ve detaylı simülasyonlar kullanılarak gösterilmesi. Sunulan yeni devre yapılarının ilki olarak, negatif empedans devresinin bandgenis¸lig˘ i artıs¸ı için kullanılabileceg˘ i bu tezde gösterilmis¸ olup bu teknik bu tezde TIA’nın çıkıs¸ kutpu için uygulanmaktadır. Bandgenis¸lig˘ i, kazancı (gmRout) arttırarak ve çıkıs¸ta aynı zaman sabiti korunarak arttırılabilir. Çıkıs¸ direnci arttırılarak kazanç (A) yükseltilebilir. Çıkıs¸ direnci çıkıs¸a uygulanacak bir negative direnç devresi ile arttırılabilir. Çıkıs¸ta aynı zaman sabitini korumak için ise negatif kapasite devresi kullanılabilir. Daha yüksek kazanç deg˘ eri (A) rezistif geribesleme sayesinde giris¸ direncini azaltarak giris¸ kutbunun yükselmesini sag˘ lamaktadır. Sonuç olarak, bandgenis¸lig˘ i bas¸arımında bir iyiles¸tirme elde edilebilmektedir. Teklif edilen topoloji ile 7GHz bandgenis¸lig˘ ine ve 54.3dB’lik kazanca sahip bir TIA tasarlanmıs¸tır. Teklif edilen TIA’nın 1.8V’luk besleme kaynag˘ ından çektig˘ i toplam güç 29mW’tır. Teklif edilen TIA’nın 0.18um CMOS proses ile post-serimi yapılmıs¸tır. Benzetimle elde edilmis¸ giris¸ gürültü akım yog˘ unlug˘ u 5.9pA/ Hz olup kapladıg˘ ı alan 230umX45um olmus¸tur. Tezde bir sonraki çalıs¸mada es¸les¸tirme teknig˘ i kullanılarak genis¸ bantlı bs¸r TIA tasarlanmıs¸tır. Giris¸te seri empedans es¸les¸tirme teknig˘ i ve çıkıs¸ta T tipi es¸les¸tirme yapısı birlikte kullanılarak TIA’nın bandgenis¸lig˘ i bas¸arımının iyi bir düzeyde iyiles¸tirilebileceg˘ i gösterilmis¸tir. Bu yaklas¸ım 0.18um CMOS teknolojisi ile yapılmıs¸ bir tasarım örneg˘ i ile desteklenmis¸tir. Post serim sonuçları 50fF’lık bir fotodiyot kapasitesi için 20GHz’lik bandgenis¸lig˘ i, 52.6dB’lik transferdirenci kazancı, 8.7pA/ Hz ‘lik giris¸ gürültü akımı ve 3pS’den daha az grup geçikmesi bas¸arımılarını vermis¸tir. Bu TIA uygulaması 1.8V’luk besleme kaynag˘ ından 1.3mW güç çekmis¸tir. Tezin üçüncü as¸amasında TIA band genis¸lig˘ i bas¸arımını arttırmaya yönelik bas¸ka bir yapı sunulmaktadır. Bu yapı, literatürde bilinen regule edilmis¸ ortak geçitli mimari ile birlikte farklı rezonans frekanslarına sahip iki rezonans devresinin paralel kullanımını içermektedir. Teklif edilen TIA devresinde, kapasite dejenarasyon ve seri endüktif tepe teknikleri kutup-sıfır kompanzasyonu için kullanılmıs¸tır. 100fF’lık fotodiyot kapasitesine sahip bir TIA 0.18um CMOS prosesi ili tasarlanmıs¸tır. Post-serim sonuçları 13GHz’lik bandgenis¸lig˘ i, 53dB’lik transferdirenci kazancı, 24pA/ Hz ‘lik xxvi giris¸ gürültü akımı ve 5pS’den daha az grup geçikmesi bas¸arımılarını vermis¸tir. Bu TIA uygulaması 1.8V’luk besleme kaynag˘ ından 11mW güç çekmis¸tir. Tezin dördüncü as¸amasında, regule edilmis¸ ortak geçitli mimari kullanan TIA’nın bandgenis¸lig˘ i bas¸arımını arttırmaya yönelik bir teknik tanıtılmıs¸tır. Bu teknik, resistif kompanzasyon teknig˘ ini ve merdiven es¸les¸tirme yapısını bir kaskod akım kaynag˘ ı ile birlikte kullanmaya dayanmaktadır. Bu yapının bas¸arımını göstermek amacıyla, 0.18um CMOS prosesi ile bir tasarım yapılmıs¸tır. Post-serim sonuçları 8.4GHz’lik bandgenis¸lig˘ i, 51.3dB’lik transferdirenci kazancı, 20pA/ Hz ‘lik giris¸ gürültü akımı ve 4pS’den daha az grup geçikmesi bas¸arımılarını vermis¸tir. Bu TIA uygulaması 1.8V’luk besleme kaynag˘ ından 17.8mW güç çekmis¸tir. Tezin son as¸amasında, tezde sunulan teknikler ve yapıların kendi aralarında kars¸ılas¸tırılması verilmektedir. Kars¸ılas¸tırma öncelikli olarak band genis¸lig˘ i, transferempedansı kazancı, gürültü, güç tüketimi, grup geçikme deg˘ is¸im aralıg˘ ı ve kapladıg˘ ı alan için yapılmaktadır. Bunlara ek olarak, sunulan yapıların kullandıg˘ ı tekniklerin avantajlı yanları ile birlikte (kararlılık üzerinde olus¸abilecek negatif etkiler gibi) dezavantajlı tarafları da tezin son as¸amasında verilmektedir. Tezin son as¸amasında yapılan kars¸ılas¸tırmalar, en iyi bant genis¸lig˘ i bas¸arımının es¸les¸tirme teknig˘ ini kullanan yapıdan elde edildig˘ ini göstermektedir. Bununla birlikte dig˘ er yapıların da band genis¸lig˘ i bas¸arımı üzerinde önemli iyiles¸tirmeler yaptıg˘ ı ortaya konulmaktadır. Gürültü açısından ise en yüksek bas¸arımın negatif empedans teknig˘ ini kullanan yapıda elde edildig˘ i görülmektedir. Bu yapı aynı zamanda düs¸ük alan kullanımı imkanı da sunmaktadır. Tezde sunulan dig˘ er iki yapı ise özellikle yüksek deg˘ erli fotodiyot kapasiteleri için incelenmis¸ olup band genis¸lig˘ i bas¸arımı üzerinde önemli iyiles¸tirmeler yaptıkları gösterilmektedir. Sonuç olarak, bu tezde transferempedans kuvvetlendiricinin bandgenis¸lig˘ i bas¸arımını iyiles¸tiren farklı teknikler sunulmakta olup bu teknikler ayrıntılı ve kars¸ılas¸tırmalı olarak incelenmektedir. Tezde verilen sonuçlar sunulan yeni tekniklerin bas¸arımlarının yüksek oldug˘ unu ve literature yeni ve güçlü alternatfiler sunuldug˘ unu göstermektedir. Tezde sunulan yaklas¸ımların ve tekniklerin gelecekte yapılacak benzer aras¸tırmalara hem yardımcı olacak hem de referans olacak nitelikte oldug˘ u düs¸ünülmektedir.
-
ÖgeÇok Düzeyli Statik Bellek Gözesi Ve Kohonen Türü Yapay Sinir Ağına Uygulanması(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1999) Özelçi, Yaman ; Çilingiroğlu, Uğur ; 100811 ; Elektronik Mühendisliği ; Electronics EngineeringYapay sinir ağı modelleri, insan beyninin konuşma ve görüntü tanıma gibi bazı yeteneklerini yapay olarak gerçekleştirebilmek amacıyla geliştirilmişlerdir. Biyolojik sinir sistemlerinden esinlenen bu modeller, yoğun şekilde bağlanmış basit işlem elemanlarının (hücre) paralel olarak çalışmalarına dayanırlar ve bu özellikleri nedeniyle tümleştirilmeye son derece uygundurlar. Sinir sistemlerinde hücreler birbirlerine ağırlıklar aracılığı ile bağlıdırlar. Bir hücrenin işlevi, uygulanan girişleri kendinde sakladığı bağlantı ağırlıkları ile çarparak girişlerin ağırlıklı toplamlarını hesaplamak ve sonucu doğrusal olmayan bir fonksiyondan geçirerek diğer hücrelere iletmektir. Bilgiler hücrelerde öğrenme sırasında değerleri uyarlanan bağlantı ağırlıkları olarak saklanırlar. Öğrenebilir yapay sinir ağı modellerinin tümleştirilmesinde karşılaşılan en önemli sorun, analog ağırlık katsayılarının uyarlanabilir şekilde saklanacağı analog bellek elemanlarına gereksinme duyulmasıdır. Analog bellek elemanı olarak yüzer geçitli elemanların, MOS kapasitelerinn ya da sayısal belleklerin kullanıldığı çeşitli yapay sinir ağı uygulamaları bulunmaktadır. Her yöntemin kendine özgü sakıncası vardır: Yüzer geçitli elemanlar özel üretim teknolojileri kullanılarak üretilmekte ve uyarlama için karmaşık yazma/okuma devrelerine gerek duymaktadırlar. Analog ağırlıkların MOS tranzistörlerin geçit kapasitelerinde saklandığı yöntemde ise, kapasitelerin kaçak akımlar nedeniyle zamanla boşalmalarını engellemek amacıyla tazeleme devrelerinin kullanılması gerekmektedir. Sayısal belleklerde saklı ağırlıkların analog öğrenme kurallarına göre uyarlanmaları ise, ancak karmaşık analog-sayısal dönüştürücüler ya da çift yönlü kaydırma yöntemleri kullanılarak sağlanabilmektedir. Bu çalışmada yeni bir çok düzeyli statik bellek yapısı geliştirilmiş ve analog saklama elemanı olarak bir yapay sinir hücresi tasarımının gerçekleştirilmesinde kullanılmıştır. Geliştirilen bellek yapısının standart CMOS üretim sürecine tam uyumlu olma, tazeleme devreleri gerektirmeme ve analog işaretlere doğrudan bağlanabilme özellikleri diğer saklama yöntemlerine göre olumlu yönlerini oluşturmaktadır. Buna karşın, belleğin düzey sayısının az olması kullanımını yüksek ağırlık katsayısı çözünürlüğü istemeyen uygulamalarla sınırlı kılmaktadır. Geliştirilen çok düzeyli bellek yapısı; gerilime dayalı çalışmasından dolayı, akıma dayalı yapıların tersine durağan halde güç harcamamakta, statik olması nedeniyle de tazeleme devrelerine gerek duymamaktadır. Genel olarak gerilime dayalı çok düzeyli bellek yapılarında lojik düzeyler, ya tranzistör boyut oranları ile ya da farklı tranzistörlere farklı eşik ayar ekimi yapılarak ayarlanırlar. Burada sunulan bellek yapısı ise, hem tranzistör boyut oranlarından bağımsız olarak işlevini gerçekleştirmekte, hem de farklı eşik ayar ekimi gibi standart dışı üretim süreçlerine gerek duymamaktadır. Yapı, düzey başına dört tranzistörlü bir birim göze kullanmakta olup, bu gözelerin tekrarlanmasından oluşmuştur. Birim göze, bir evirici ve evirici tarafından kontrol edilen iki yol tranzistörü içermektedir. Bellek yapısına uygulanabilecek en düşük lojik düzey gerilimini, ve dolayısı ile belli bir besleme gerilimi için bellekte saklanabilecek düzey sayısını sınırlayan, göze tranzistörlerinin iletim koşullarıdır. Sıfırdan farklı kaynak-taban gerilimleri ile çalışan göze tranzistörlerinin eşik gerilimleri, gövde etkisi nedeniyle büyümektedir. Bu etkiyi azaltmak amacıyla, PMOS tranzistörler bağımsız N-kuyularda gerçekleştirilerek kaynak-taban gerilimlerinin olabildiğince küçültülmesi sağlanmıştır. vıı Bellek, 5V besleme gerilimi altında dört düzeyli olarak çalışabilmekte ve 12 tranzistör içermektedir. Göze tranzistörlerinin iletim koşulları tarafından dört olarak belirlenen düzey sayısının, tranzistörlerin eşik altında çalışmalarına izin verilmesi durumunda altıya çıkarılabileceği ölçüm sonuçlarından görülmektedir. Altı düzeyli çalışma durumunda, bellek çıkış akımı nano Amper düzeyine kadar düşmekle beraber, yine de bu akım saklama düğümü kaçak akımlarını yenecek kadar büyüktür. Bll nedenle, eşik altı çalışma durumunda da belleğin statik saklama yeteneği sürmektedir. Bellek, altı düzeyli saklama işlevi için 20 tranzistör kullanmaktadır. Geliştirilen bellek yapısı dört düzeyli olarak, 5 boyutlu analog giriş vektörlerini denetimli veya denetimsiz şekilde 4 sınıfa ayıran Kohonen türü bir vektör kuantalayıcının gerçekleştirilmesinde kullanılmıştır. Devrede her sınıf bir hücre tarafından temsil edilmekte, hücrelerin ağırlık katsayıları temsil ettikleri sınıfların ağırlık merkezlerinin koordinatlarını oluşturmaktadır. Devreye bir giriş vektörü uygulandığında, en yakın ağırlık merkezine sahip hücre çıkışını lojik 1 düzeyine yükselterek girişin ait olduğu sınıfı belirtmektedir, öğrenme, bu hücrenin ağırlık merkezini girişe yaklaştıracak şekilde ağırlık katsayılarını uyarlaması ile gerçekleşmektedir. Başka bir anlatımla, devre, aynı sınıfa ait herhangi iki vektör arasındaki uzaklık farklı sınıflara ait vektörler arasındaki uzaklıktan daha kısa olacak şekilde giriş vektörlerini sınıflara ayırmaktadır. Ayrıca, kullanıcıya bağlantı ağırlıkları hakkında bilgi sağlayan dışarıdan ağırlık okuma yeteneği de devreye eklenmiştir. Kohonen'in vektör kuantalama algoritması; giriş vektörü ile hücre ağırlık vektörleri arasındaki uzaklıkların hesaplanmasına, hücreler arasında girişe en yakın uzaklığa sahip olanın belirlenmesine ve bu hücrenin ağırlık vektörünün değiştirilerek giriş vektörüne olan uzaklığının azaltılmasına dayanmaktadır. Bu algoritmayı gerçekleştirmek üzere tasarlanan devre başlıca dört yapı bloğundan oluşmaktadır: Analog girişlerin örneklenip kuantalandığı giriş örnekleyici/tutucu yapıları, ağırlık katsayılarının saklandığı ve uyarlandığı bellek yapıları, giriş vektörü ile hücre ağırlık vektörleri arasındaki uzaklıkların hesaplandığı mutlak fark alma yapıları, hesaplanan uzaklıklara bağlı olarak giriş vektörüne en yakın uzaklığa sahip hücreyi belirleyen en büyüğü seçme yapısı. Geliştirilen dört düzeyli bellek gözesi, yalnızca ağırlık katsayılarının saklanması ve uyarlanmasında değil, aynı zamanda giriş örnekleme ve tutma yapılarının gerçekleştirilmesinde de kullanılmıştır. Kohonen'in özgün algoritmasında uzaklık hesabı giriş vektörü elemanları ile hücre ağırlık vektörü elemanları arasındaki farkların karelerinin toplamına dayanırken, buradaki gerçeklemede farkların mutlak değerlerinin toplamı uzaklık ölçütü olarak kullanılmıştır. Vektör kuantalayıcı tümdevre TÜBİTAK-YITAL'de 3fam, çift poli, tek metal N-kuyu CMOS süreci kullanılarak üretilmiş olup 2.5mmx2mm'lik bir kırmık alanı kaplamaktadır. Devre OV, 1.67V, 3.33V ve 5V lojik düzey gerilimleri ile beslenmektedir. %ı, X2, X3, X4, X5 ' çift yönlü analog giriş/çıkış uçları olup hem giriş vektörünün devreye uygulanması hem de hücre ağırlık vektörünün dışarıdan okunması amacıyla kullanılmaktadırlar. 'C^,02,03,04' ise çift yönlü sayısal giriş/çıkış uçlarıdır. Sınıflama sonuçları bu uçlardan dışarı verilmektedir. Denetimli öğrenme ve dışarıdan ağırlık okuma işlemleri sırasında, kullanıcı istediği hücreyi bu uçlar aracılığı ile seçebilmektedir. Devrenin ayrıca 'SAAT', 'BAŞLA' girişleri, 'Ki', 'K2' kontrol girişleri ve 'BİTTİ' çıkışı bulunmaktadır. 'BAŞLA' girişine O'dan Ve çıkan bir işaret verildiğinde devre bir kere koşarak 'BİTTİ' çıkışında bir darbe üretmektedir. Devre, 'BAŞLA' girişine uygulanacak darbelerle adım adım koşturulabileceği gibi, 'BİTTİ' çıkışı 'BAŞLA' girişine kısa devre edilerek serbest olarak da çalıştırılabilir. 'K-T, 'K2' kontrol girişlerine verilen değerlere bağlı olarak devrenin dört ayrı çalışma durumu vardır: vııı 'Ki = O', 'K2 = O' için kuantalayıcı denetimsiz olarak sınıflama yapmaktadır. Bu durumda devre, girişe en yakın hücreyi seçmekte, ilgili 'O' çıkışını lojik 1 düzeyine getirmekte ve seçilen hücrenin ağırlık katsayılarını giriş vektörüne yaklaştıracak şekilde uyarlamaktadır. 'Ki =1', 'K2 = 0' için devre yalnızca sınıflama yapmakta, kazanan hücreyi belirlemekte ancak ağırlık katsayılarını uyarlamamaktadır. 'Ki = 0', 'K2 = 1' için kuantalayıcı denetimli olarak öğrenmektedir. Bu durumda kullanıcı, yüksek empedans gösteren 'O' uçlarından birine lojik 1 uygulayarak istediği hücreyi seçmekte ve kazanan hücre yerine bu hücrenin ağırlık katsayılarının uyarlanmasını sağlamaktadır. Böylece hücre istenilen ağırlık merkezini öğrenmeye dışarıdan zorlanmaktadır. 'Ki = 1', 'K2 = 1' için ise, kullanıcının ilgili 'O' ucuna lojik 1 uygulayarak seçtiği hücreye ait ağırlık katsayıları 'X' uçlarından okunmak üzere dışarı verilmektedir. Vektör kuantalayıcıyı oluşturan dört temel yapı bloğu, bir test kırmığında ayrık olarak üretilmişler ve karakterize edilmişlerdir. Vektör kuantalayıcı devreyi sınamak için ise bilgisayar destekli bir ölçüm düzeni kurulmuştur. Bilgisayar, analog 4'e-1 seçiciler aracılığıyla dört düzeyli test vektörlerini kuantalayıcıya uygulamakta, daha sonra kunatalayıcıyı bir adım koşturmakta ve her hücreye ait ağırlık vektörü değerlerini bir analog-sayısal dönüştürücü yardımıyla okumaktadır. Böylece bilgisayar, vektör kuantalayıcıyı adım adım çalıştırmakta ve her adımın sonunda ölçülen ağırlık vektörlerini beklenen değerlerle karşılaştırmaktadır. Devrenin her dört çalışma durumu da sınanmıştır. Ölçülen on kırmık arasından beşi tüm sınamalardan geçmiştir. Devreye uygulanabilecek en büyük saat frekansı 5MHz olarak belirlenmiştir. Geliştirilen bellek yapısı, giriş uzayının çok yakın küme merkezleri içermediği, dolayısı ile düşük ağırlık katsayısı çözünürlüğünün kabul edilebildiği yapay sinir ağı uygulamalarında etkin biçimde kullanılabilir. Bu yapı, ayrıca, çok düzeyli RAM ya da D-tip tutucu olarak da çok düzeyli lojik devrelerin gerçekleştirilmesinde kullanılmaya son derece elverişlidir.