Título

Synthesis of piece-wise linear functions and its application to chaotic oscillators

Autor

RODOLFO TREJO GUERRA

Colaborador

ESTEBAN TLELO CUAUTLE (Asesor de tesis)

Carlos Sanchez Lopez (Asesor de tesis)

Nivel de Acceso

Acceso Abierto

Resumen o descripción

Although chaotic systems were first introduced to describe dynamical behaviors by

modeling natural complex phenomena, they have been an important subject of research

during the last two decades mainly because of the growing of the computing available

resources. Nowadays, chaos research is present in very different fields to model complex

behaviors such as: behavior of the human being, the market prices until physical

relations between celestial corps, the modeling of fluids dynamics and information encrypting.

As many phenomena in nature, most of the chaotic systems can be described and

modeled by electrical circuits, which are then denoted as chaotic oscillators. There

are several known forms to implement them, the majority of the electronic realizations

are based on the use of operational amplifiers (Opamps) and in some cases, on more

complex blocks like those which realize mathematical operations just as multiplication

and division, with electrical signals mainly voltages.

Among all the kinds of chaotic oscillators, there is a set which only requires differential

operators and the use of destabilizing functions known as ”piece wise linear

functions” or PWL functions. Such kinds of systems are among the simplest to be

implemented by using electronic circuits; however, they are capable of achieving very

complex dynamics. On the other hand, the implementation of PWL-based chaotic oscillators

at the integrated circuit level, is becoming an important field of research. In this

manner, this Thesis is devoted to implement such PWL-based chaotic systems using

VLSI design techniques.

The main contribution of this work is related to the use of unity-gain cells to build

behavioral models and later to realize simulations using HSPICE and standard CMOS

technology of 0.35μm. This implies for an analog circuit designer to take into account

practical considerations with respect to the limited dynamical ranges, the system

bandwidth and other characteristics analyzed in the singular blocks which conform the

chaotic oscillator.

Si bien los sistemas caóticos fueron primero introducidos para describir comportamientos

dinámicos por medio del modelado de fenómenos naturales complejos, han sido

materia importante de investigación principalmente los últimos veinte años debido a

la facilidad del procesamiento de datos que se ha desarrollado en materia de cómputo.

Actualmente se desarrolla investigación en muy diversos campos para modelar comportamientos

complejos como: las conductas y patrones del ser humano, la fluctuación

de la economía hasta las relaciones físicas entre cuerpos celestes, el modelado de las

dinámicas de fluidos y el encriptamiento de información.

Al igual que muchos otros fenómenos en la naturaleza, la mayoría de los sistemas

caóticos se pueden describir y modelar por medio de circuitos, los cuales se denominan

osciladores caóticos. Existen varias formas de implementarlos, la mayoría de las realizaciones

electrónicas se basan en el uso de Amplificadores Operacionales (Opamps por

sus siglas en inglés) y en algunos casos, bloques más complejos para realizar operaciones

matemáticas tales como el producto o la división de señales eléctricas generalmente de

voltaje.

Entre todos los tipos de osciladores caóticos hay un conjunto que puede ser realizado

simplemente con las relaciones diferenciales entre sus variables y el uso de funciones

desestabilizantes conocidas como ”funciones lineales a tramos” o funciones PWL. Dichos

tipos de sistemas están entre los más sencillos para realizar por medio de circuitos

electrónicos; sin embargo, son capaces de producir dinámicas muy complejas. Por otro

lado, la implementación de sistemas caóticos basados en técnicas PWL a nivel de circuito

integrado se esta volviendo un importante campo de investigación. De esta forma, esta

tesis esta dedicada a implementar dichos sistemas caóticos PWL utilizando técnicas de

diseño VLSI.

La principal contribución de este trabajo está relacionada con el uso de celdas de

ganancia unitaria para construir modelos comportamentales y posteriormente realizar

simulaciones usando HSPICE y una tecnología CMOS estandard de 0.35μm. Esto implica

para el diseñador de circuitos analógicos el tomar consideraciones prácticas respecto

de los rangos dinámicos limitados, el ancho de banda, y otras características

analizadas en los bloques que conforman el oscilador caótico.

Editor

Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

Fecha de publicación

julio de 2008

Tipo de publicación

Tesis de maestría

Versión de la publicación

Versión aceptada

Formato

application/pdf

Idioma

Inglés

Audiencia

Estudiantes

Investigadores

Público en general

Sugerencia de citación

Trejo-Guerra R

Repositorio Orígen

Repositorio Institucional del INAOE

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