Design of multi–scroll chaotic oscillators

dc.contributorESTEBAN TLELO CUAUTLE
dc.contributorCESAR CRUZ HERNANDEZ
dc.creatorRODOLFO TREJO GUERRA
dc.date2012-01
dc.date.accessioned2023-07-25T16:22:16Z
dc.date.available2023-07-25T16:22:16Z
dc.identifierhttp://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/776
dc.identifier.urihttps://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/7805993
dc.descriptionChaotic 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.
dc.descriptionLos 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.
dc.formatapplication/pdf
dc.languageeng
dc.publisherInstituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
dc.relationcitation:Trejo-Guerra R.
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/Caos/Chaos
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/Circuitos integrados CMOS/CMOS integrated circuits
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/Osciladores/Oscillators
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/cti/1
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/cti/22
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/cti/2203
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/cti/2203
dc.titleDesign of multi–scroll chaotic oscillators
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dc.audiencestudents
dc.audienceresearchers
dc.audiencegeneralPublic


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