GCMO-memristoreilla toteutettujen ali- ja ylipäästösuodattimien optimointi taajuusluokittelijaa varten

Abstract

Kasvavan datamäärän ja energiantarpeen ajamana tarve energiatehokkaille järjestelmille kasvaa. Yksi tapa vähentää esimerkiksi sensoreista saatua datan määrää, on käsitellä dataa analogisesti jo sensoreissa ja tätä ratkaisua kutsutaan reunalaskennaksi. Perinteisen tietokonearkkitehtuurin rajojen lähestyessä helpotusta energiatehokkuuteen on löydetty kehittämällä ihmisaivoista inspiraatiota saava neuromorfinen laskenta. Memristori on uusi komponentti, jota voidaan hyödyntää sekä analogisissa reunalaskentalaitteissa että neuromorfisissa piireissä sen energiatehokkuuden ja ohjelmoitavuuden ansiosta. Tässä opinnäytetyössä suunnitellaan ja optimoidaan GCMO-memristoreilla toteutettuja kaistanpäästösuodattimia. Kaistanpäästösuodattimilla halutaan käsitellä äänisignaaleja sensorilaitteessa käyttäen reunalaskentaa. Sensorilaitteissa on erityisen tärkeää niiden energiankulutus ja GCMO-memristorit ovat tähän erinomainen valinta. Memristoreilla saavutetaan myös kaistanpäästösuodattimien taajuusalueiden dynaaminen muokkaus hyödyntämällä memristorien ohjelmoitavuutta eri resistanssitiloihin. GCMO-memristorit valmistettiin itse käyttäen valmistusmenetelminä laserhöyrystystä, fotolitografiaa ja elektronitykkihöyrystystä. Memristoreita mitattiin ja karakterisoitiin käyttämällä ArC ONE memristorien karakterisointialustaa ja Keithley-mittausjärjestelmää. Testauksissa hyödynnettiin myös oskilloskooppia, funktiogeneraattoria ja LCR-mittaria. Kaistanpäästösuodattimia testattiin teoreettisesti LTSpice-simulaatioilla toiminnan varmistamiseksi ja suodattimista ja ympäröivästä elektroniikasta valmistettiin fyysinen piirilevy, joka toteutettiin yhdessä Turun yliopiston Protopajan kanssa. Opinnäytetyössä tutkittiin ja optimoitiin GCMO-memristoreiden toimintaa osana elektronisia piirejä ja erityisesti osana päästösuodattimia. Työssä huomattiin GCMO-memristoreissa kapasitanssia, jolla on vaikutus niiden käytössä osana elektronisia piirejä. Memristorin sisäisen kapasitanssin ja resistanssin myötä GCMO-memristoreilla havaittiin myös taajuusriippuvuutta, joka pitää ottaa myös huomioon päästösuodattimia suunniteltaessa.