Download - INTRODUCCION A LOS MEMRISTOR
SISTEMAS MEMRISTIVOS
SISTEMAS MEMRISTIVOS
JOHN JAIRO LEAL GOMEZ
AsesorDr. JESUS ALBERTO DELGADO
NOVIEMBRE de 2010
SISTEMAS MEMRISTIVOS
Contenido
1 GENERALIDADES
2 VENTAJAS
3 MEMRISTOR
4 APLICACIONES
5 CARACTERISTICAS
6 QUE SIGUE?
7 EJERCICIO
8 REFERENCIAS
SISTEMAS MEMRISTIVOS
GENERALIDADES
Contenido
1 GENERALIDADES
2 VENTAJAS
3 MEMRISTOR
4 APLICACIONES
5 CARACTERISTICAS
6 QUE SIGUE?
7 EJERCICIO
8 REFERENCIAS
SISTEMAS MEMRISTIVOS
GENERALIDADES
Introduccion
Antes de 1971 se conocıan los tres elementos pasivos, la resistencia,el condensador y el inductor los cuales han sido el pilar fundamentalde la electronica actual.En 1971 el Profesor Leon Chua formula la existencia de un cuartoelemento basico que por sus propiedades y comportamiento leasignara el nombre de memristorEste elemento actualmente se encuentra en estudio por parte demuchos investigadores en el mundo, dentro de los cuales seencuentran los laboratorios de HP, pues se considera que susmultiples aplicaciones produciran una revolucion tecnologicasemejante a la que produjo el transistor en su momento.
SISTEMAS MEMRISTIVOS
GENERALIDADES
Desarrollo historico
Tomada: http://h30507.www3.hp.com/t5/Data-Central/HP-and-Hynix-Bringing-the-memristor-to-market-in-next-generation/ba-p/82218
SISTEMAS MEMRISTIVOS
GENERALIDADES
Actualidad
En este momento se anuncia un trabajo conjunto entre HP Labs. yHynix semiconductors Inc. para desarrollar una nueva clase dememoria para computador utilizando los memristores. Esta memoriallamada ReRAM potencialmente superara a las memorias flash enterminos de asequibilidad, capacidad total, velocidad, eficienciaenergetica y resistencia.Es posible que en un futuro cercano esta memoria reemplace aFlash, DRAM e incluso unidades de disco duro entre otrasaplicaciones.
SISTEMAS MEMRISTIVOS
VENTAJAS
Contenido
1 GENERALIDADES
2 VENTAJAS
3 MEMRISTOR
4 APLICACIONES
5 CARACTERISTICAS
6 QUE SIGUE?
7 EJERCICIO
8 REFERENCIAS
SISTEMAS MEMRISTIVOS
VENTAJAS
VENTAJAS DE LOS MEMRISTORES
Posiblemente los memristores por su tamano y sufuncionamiento tendran como principal aplicacion aparte de lacreacion de nuevos dispositivos de memoria, el almacenamientode la informacion en ordenadores y telefonos aun en ausenciade energıa.Otra ventaja desde esta optica es que el tiempo entre carga ycarga de las baterias sera mucho mayorLa tecnologıa para el diseno de los memristores esnanotecnologıa, lo cual permitira utilizar estos principios para sudesarrollo y aportes al desarrollo nanotecnologicoSe ha mostrado que con los memristores es posible haceroperaciones logicas, lo que significarıa que se podran haceroperaciones donde se almacena la informacion y comoconsecuencia se obtendra una mayor velocidad
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Contenido
1 GENERALIDADES
2 VENTAJAS
3 MEMRISTOR
4 APLICACIONES
5 CARACTERISTICAS
6 QUE SIGUE?
7 EJERCICIO
8 REFERENCIAS
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
MEMRISTORES
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Memristor
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Definicion de un capacitor variable
Si se utiliza un capacitor variable en el tiempo, en el cual las placasse puedan separar por ejemplo una capacitancia C(t) = 10− 5sin(t)como la senal de la figura que esta dada por
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
La pregunta es: Se mantiene la relacion
i = C(t)dvdt
Es decir para este caso
i = (10− 5sin(t))dvdt
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
La pregunta es: Se mantiene la relacion
i = C(t)dvdt
Es decir para este caso
i = (10− 5sin(t))dvdt
La respuesta es NO!!!
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
La definicion clasica para el capacitor es
i = C(t)dvdt
La cual relaciona dos variables, la corriente i y la derivada de latension dv
dtPero es bien sabido que
q = Cv
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
De donde la formula para la carga en funcion del tiempo esta dadapor
q(t) = C(t)v(t)
Y al derivar se obtiene
i(t) =dqdt
= Cdvdt
+ vdCdt
Aparece un termino extra
i(t) =dqdt
= (10− 5sin(t))dvdt− 5cos(t)v
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
CONCLUSION:Si se tiene una capacitancia variable en el tiempo C(t) al utilizar ladefinicion correcta se establece una relacion para q(t) y la tensionv(t), y no para la corriente i(t) y la derivada de la tension v ′(t).Puesto que se produce una formula incorrecta!
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Que es un capacitor?
Cualquier dispositivo que establezca una relacion entre la tensionv(t) y la carga q =
∫idt es un capacitor. La pendiente en un punto P
es llamada la capacitancia C del dispositivo en el punto P
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Que es un resistor?
Cualquier dispositivo que establezca una relacion entre la tensionv(t) y la corriente i(t) es un resistor. La pendiente en un punto P esllamada la resistencia R del dispositivo en el punto P
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Que es un inductor?
Cualquier dispositivo que establezca una relacion entre el flujo ϕ(t) yla tension v(t) es un inductor. La pendiente en un punto P esllamada la inductancia L del dispositivo en el punto P
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Variables Circuitales
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Diagrama de variables Circuitales
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Que es un memristor?
Cual es el elemento que relaciona la carga electrica y el flujomagnetico?
Se encontraba perdido!
El profesor Chua define por simetrıa debe haber un elemento que losrelacione directamente, este elemento es llamado el MEMRISTOR(memory resistor) significa resistencia con memoria.
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Que es un memristor?
v =dϕdt
=df (q)
dtdqdt
para obtener v = M(q)i donde M(q) es llamada la memristancia deldispositivo
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Funcionamiento
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Memristor
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Curva Flujo vs Carga
En general es una curva creciente
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Internamente
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Dispositivos Memristivos
Cuando un elemento es memristivo v = M(q)i ,o, i = G(ϕ)v
v(t) = 0⇐⇒ i(t) = 0
SISTEMAS MEMRISTIVOS
MEMRISTOR
Simulacion en matlab
SISTEMAS MEMRISTIVOS
APLICACIONES
Contenido
1 GENERALIDADES
2 VENTAJAS
3 MEMRISTOR
4 APLICACIONES
5 CARACTERISTICAS
6 QUE SIGUE?
7 EJERCICIO
8 REFERENCIAS
SISTEMAS MEMRISTIVOS
APLICACIONES
APLICACIONES
Diseno de nuevos dispositivos de almacenamiento deinformacion
Aportes a la inteligencia artificial, construccion de sinapsisartificiales
Bombilla electrica
SISTEMAS MEMRISTIVOS
CARACTERISTICAS
Contenido
1 GENERALIDADES
2 VENTAJAS
3 MEMRISTOR
4 APLICACIONES
5 CARACTERISTICAS
6 QUE SIGUE?
7 EJERCICIO
8 REFERENCIAS
SISTEMAS MEMRISTIVOS
CARACTERISTICAS
Principales caracterısticas
En general se puede decir que son memorias no volatiles
No consumen potencia cuando esta inactivo
El calor disipado es mınimo cuando se escribe o se lee sobre el
Su tamano es nanometrico
SISTEMAS MEMRISTIVOS
QUE SIGUE?
Contenido
1 GENERALIDADES
2 VENTAJAS
3 MEMRISTOR
4 APLICACIONES
5 CARACTERISTICAS
6 QUE SIGUE?
7 EJERCICIO
8 REFERENCIAS
SISTEMAS MEMRISTIVOS
QUE SIGUE?
Temas de estudio
Dispositivos de memoria
Redes neuronales y teorıa de control utilizando memristores
Meminductores, memcapacitores
Sistemas memristivos
SISTEMAS MEMRISTIVOS
EJERCICIO
Contenido
1 GENERALIDADES
2 VENTAJAS
3 MEMRISTOR
4 APLICACIONES
5 CARACTERISTICAS
6 QUE SIGUE?
7 EJERCICIO
8 REFERENCIAS
SISTEMAS MEMRISTIVOS
EJERCICIO
De acuerdo con [3] la tension en el memristor esta dada porv(t) = M(q(t))i(t), donde M(q(t)) corresponde a la memristancia yesta definida por M(q) = dϕ(q)/dq. La memristancia se puedeexpresar como
M(w) =wD
Ron +(
1− wD
)Roff (1)
Se define ∆R = Roff − Ron ≈ Roff , que representa el cambio deresistencia que el dispositivo tendra. Si se aplica una tension,v(t) = M(q(t))i(t) = M(w(t))i(t). La frontera entre la region dopaday la region no dopada en precencia de una tension, sufrira unavariacion en funcion del tiempo con lo cual la variacion del ancho dela region dopada se puede expresar de la siguiente forma [1]:
dw(t)dt
= vD = ηµDRon
Di(t) (2)
SISTEMAS MEMRISTIVOS
EJERCICIO
Donde η = ±1 representa la polaridad del memristor segun sea queal aplicar la tension la region dopada se extienda o se contraiga, µDes la movilidad ıonica y es de aproximadamente 10−10cm2/V .s.Integrando la ecuacion (2) se obtiene
w(t) = wo + ηDq(t)/Q0 (3)
El valor Q0 = D2/µDRon representa la cantidad de carga que debemoverse a traves del memristor para que la frontera se mueva unadistancia D. Reemplazando este resultado en la ecuacion (1)obtenemos
M(q) = Ro − η∆Rq/Q0 (4)
Donde el valorRo =
woD
Ron +(
1− wD
)Roff (5)
representa la resistencia inicial del memristor.
SISTEMAS MEMRISTIVOS
EJERCICIO
La equacion que se resolvera para determinar la tension en elmemristor es
v(t) = M(q)i(t) =
(Ro − η∆Rq
Q0
)dqdt
(6)
Sujeta a la condicion inicial q(0) = 0, obteniendo [1]
q(t) =Q0Roη∆R
[1−
√1− η 2∆R
Q0Ro2φ(t)
](7)
i(t) =v(t)Ro
1√1− 2η∆Rφ(t)/Q0Ro2
=v(t)M(t)
(8)
SISTEMAS MEMRISTIVOS
REFERENCIAS
Contenido
1 GENERALIDADES
2 VENTAJAS
3 MEMRISTOR
4 APLICACIONES
5 CARACTERISTICAS
6 QUE SIGUE?
7 EJERCICIO
8 REFERENCIAS
SISTEMAS MEMRISTIVOS
REFERENCIAS
Referencias
Yogesh N.Joglekar and StephenJ.Wolf. The elusive memristor:signatures in basic electrical circuits. arXiv:0807.3994v1[cond-mat.mes–hall] 25 Jul 2008
D.B.Strukov,G.S.Snider,D.R.Stewart,andR.S.Williams,”Themissingmemristorfound,” Nature(London) 453,80-83(2008).
L.O.Chua,”Memristor-the missing circuit element,”IEEETrans.Circuit Theory 18,507-519 (1971).