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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/776| Design of multi–scroll chaotic oscillators | |
| RODOLFO TREJO GUERRA | |
| ESTEBAN TLELO CUAUTLE CESAR CRUZ HERNANDEZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Chaos CMOS integrated circuits Oscillators | |
| Chaotic oscillators have been intensively studied since a few decades and constitute a
field for some potential applications in electronics, which are still in development. For
instance, the efforts in designing continuous time chaotic oscillators and their design
using integrated circuit technology have been considered only in a very few works. In this
manner, this Thesis pretends to stretch the gap between theoretical chaotic dynamical
systems, particularly the multi-scroll oscillators and their integrated realizations in order
to establish the basis for future chaos-based applications.
Moreover, multi-scroll chaotic attractors are a particularly intriguing topology of
chaotic continuous dynamical systems, which are seen in many piecewise-linear (PWL)
based nonlinear function cases of chaotic oscillators. The main advantages in the use of
these PWL functions are the obtention of partial analytical solutions and the relatively
simple design as well as the modularity required for the change of attractors, i.e. by
growing the number of scrolls.
In this manner, this Thesis starts by describing the theoretic concepts related to
the generation of chaotic behavior by homoclinic and heteroclinic orbits. Then, the
diverse architectures of continuous chaotic motion in the literature are briefly reviewed
and compared. An analysis in the complexity based on the global Lyapunov exponents
is surveyed and a particular dynamical system is selected. A new multi-scroll attractor
is obtained by applying saw-tooth-like nonlinear functions.
The system design requirements are obtained and then the need of a new nonlinear
cell becomes evident. At this point, this voltage-to-current cell is being proposed by
using comparators implemented with floating gate MOS (FGMOS) transistors, which are analyzed in depth and adapted to a whole third order dynamical system to generate
multi-scroll chaotic behavior.
Design simulations are presented before and after the layout, and the results are
confirmed by the experimental observations made over the fabricated multi-scroll chaotic
oscillator prototype. Additionally, a process-voltage-temperature (PVT) analysis is
performed to show the robustness of the integrated chaotic oscillator with respect to
variations in temperature and process corners. Los osciladores caóticos han sido estudiados desde hace unas pocas décadas y se han encontrado aplicaciones potenciales que aun están en desarrollo. A pesar de esto, la realización integrada de osciladores caóticos en tiempo continuo ha sido considerada escasamente. La investigación reportada en esta Tesis espera estrechar la distancia entre los sistemas dinámicos caóticos, particularmente los osciladores caóticos de múltiples enrollamientos y las realizaciones a nivel de circuito integrado en tecnologías CMOS. Entre los sistemas caóticos continuos, los atractores caóticos de múltiples enrollamientos (multi-scroll attractors) describen comportamientos particularmente interesantes generados en muchos de los casos de osciladores basados en funciones lineales a tramos (PWL por sus siglas en inglés). Entre las principales ventajas de la aplicación de estas funciones, se encuentra la obtención de soluciones analíticas parciales, la relativa simplificación del diseño y la modularidad obtenida, que permite hacer cambios al tipo de atractor; por ejemplo al acrecentar el número de enrollamientos. De esta forma, esta Tesis comienza describiendo algunos conceptos teóricos relacionados con la generación de comportamiento caótico basado en orbitas homoclínicas y hetero clínicas. Se realiza una breve revisión y comparación de los diversos diseños propuestos para la realización de osciladores caóticos de múltiples enrollamientos. Se analiza la complejidad en términos de los exponentes globales de Lyapunov. Se selecciona un sistema dinámico particular y se propone la generación de un nuevo atractor de múltiples enrollamientos por medio de funciones no lineales tipo diente de sierra. Posteriormente los requerimientos de diseño son analizados, con lo que se evidencia la necesidad de una celda no lineal. Dicha celda es propuesta utilizando comparadores basados en transistores MOS de compuerta flotante (FGMOS). Se realiza un análisis a fondo y se describe la aplicación del comparador para generar múltiples enrollamientos en sistemas dinámicos de tercer orden. Posteriormente, se realizan simulaciones sobre el diseño antes y después de layout. Los resultados son confirmados por las observaciones experimentales realizadas sobre el prototipo fabricado. Además, se presentan análisis en simulación sobre las variaciones en proceso, voltaje y temperatura (PVT) para mostrar la robustez del diseño integrado al respecto. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2012-01 | |
| Tesis de doctorado | |
| Inglés | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Trejo-Guerra R. | |
| ELECTRÓNICA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Electrónica |
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