Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal

KARAKAYA, Barış; HAMAMCI, SERDAR ETHEM; Sahin, Muhammet Emin; güler, hasan; Gülten, Arif

Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal

Muhammet Emin ŞAHİN, (Bozok Üniversitesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Yozgat, Türkiye)

Barış KARAKAYA, (Fırat Üniversitesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Elazığ, Türkiye)

Hasan GÜLER, (Fırat Üniversitesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Elazığ, Türkiye)

Arif GÜLTEN, (Fırat Üniversitesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Elazığ, Türkiye)

Serdar Ethem HAMAMCI (İnönü Üniversitesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Malatya, Türkiye)

Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi

7 1

Yıl: 2020 Cilt: 9 Sayı: 2 Sayfa Aralığı: 756 - 765 Metin Dili: İngilizce İndeks Tarihi: 19-11-2020

Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal

Öz:

This paper presents memristor based filter implementation for a real time biomedical signal. The significance ofthis study is that the passive circuit element called memristor is completely linear in both experimental andsimulation studies at high frequencies and becomes indistinguishable from normal resistance. The variation of thememristance value gives possibility to tune the cut-off frequency of the filter circuit. For this purpose, memristorbased high-pass and low-pass filter circuits are constructed by simply replacing resistor with memristor emulatorcircuit in well-known R-C filter structures. The filter circuits are constituted on board and firstly sine wave isapplied as input signal. Then, Electrocardiographic (ECG) signal is applied as input for M-C filter circuits. Theresults are obtained and analyzed in real-time. In the implementation stage of study, LabVIEW platform and DAQcard are used to obtain real-time data. The results show that memristor can be used quite easily to sort outbiomedical signal processing applications and shows better performance.

Anahtar Kelime:

Memristör Tabanlı Filtre Tasarımı ve EKG Sinyali için Uygulanması

Öz:

Bu çalışma memristör tabanlı filtrenin gerçek zamanlı bir biyomedikal sinyal için uygulanmasını göstermektedir. Bu çalışmanın önemi, pasif bir devre elemanı olan memristörün yüksek frekanslarda hem deneysel hem de benzetim çalışmalarında tamamen doğrusal ve normal dirençten farksız olmasıdır. Memristans değerindeki değişim, filtre devresinin kesim frekansının ayarlanabilmesine olanak sağlamaktadır. Bu amaçla, sık kullanılan RC filtre yapıları ile memristör tabanlı yüksek-geçiren ve alçak-geçiren filtre devreleri basitçe rezistör elemanı yerine memristör taklitçi devresinin yerleştirilmesiyle oluşturulmaktadır. Filtre devreleri board üzerinde kurularak ilk önce girişine sinüs işareti uygulanmaktadır. Ardından, Elektrokardiyogram (EKG) sinyali M-C filtrenin girişine uygulanmaktadır. Sonuçlar gerçek zamanlı elde edilip analiz edilmektedir. Çalışmanın uygulama aşamasında LabVIEW ara yüzü ve DAQ kartı kullanılmaktadır. Filtreleme işlemi sonucunda memristörün biyomedikal sinyal işleme uygulamalarında kolaylıkla kullanılabileceği görülmektedir.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

[1] Chua L.O. 1971. Memristor-the missing circuit element. IEEE Trans. On Circuit Theory, 18: 507- 519.
[2] Strukov D., Snider G., Stewart D., Williams R. 2008. The missing memristor found. Nature, 453: 80-83.
[3] Williams R.S. 2008. How we found the missing memristor. IEEE Spectrum, 45 (12): 28-35.
[4] Chua L.O., Kang S. 1976. Memristive devices and systems. Proceedings of the IEEE, 64 (2): 209- 223.
[5] Sahin M.E., Guler H., Kaya T. 2016. LabVIEW Model of Memristor with Nonlinear Dopant Drift. European Journal of Technic, 6 (2): 124-130.
[6] Kirilov S.M., Yordanov R.S., Mladenov V.M. 2013. Analysis and synthesis of band-pass and notch memristor filters. 17th WSEAS International Conference on CIRCUITS (part of CSCC'13), 74-77.
[7] Olumodeji O.A., Gottardi M. 2016. Emulating the physical properties of HP memristor using an arduino and a digital potentiometer. IEEE 12th Conference on Ph. D. Research in Microelectronics and Electronics (PRIME).
[8] Yener S.C., Mutlu R., Kuntman H.H. 2014. A new memristor-based high-pass filter/amplifier: Its analytical and dynamical models. 24th IEEE International Conference Radioelektronika, DOI: 10.1109/Radioelek.2014.6828420.
[9] Driscoll T., Quinn J., Klein S., Kim H.T., Kim B.J., Pershin Yu.V., Ventra M.Di., Basov D.N. 2010. Memristive adaptive filters. Applied Physics Letters, 97 (9).
[10] Lee T.W., Nickel J.H. 2012. Memristor resistance modulation for analog applications. IEEE Electron Device Letters, 33 (10): 1456-1458.
[11] Berdan R., Prodromakis T., Toumazou C. 2012. High precision analogue memristor state tuning. Electronics Letters, 48 (18): 1105-1107.
[12] Yener S.C., Mutlu R., Kuntman H.H. 2014. Analysis of Filter Characteristics Based On PWL Memristor. Istanbul University-Journal of Electrical & Electronics Engineering, 14 (1): 1709- 1719.
[13] Karakaya B. Şahin M.E. Güler H. Gülten A. 2017. Memristör Tabanlı Kaotik Devre Modelinin FPGA Ortamında Tasarımı ve Gerçeklenmesi. Fırat Universitesi Fen Bilimleri Dergisi, 29 (2): 39-44.
[14] Mutlu R., Karakulak E. 2010. Emulator circuit of Ti02 memristor with linear dopant drift made using analog multiplier. IEEE National Conference on Electrical, Electronics and Computer Engineering (ELECO).
[15] Kim H., Sah M.Pd., Yang C., Cho S., Chua L.O. 2012. Memristor emulator for memristor circuit applications. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 59 (10): 2422-2431.
[16] Muthuswamy B. 2010. Implementing memristor based chaotic circuits. International Journal of Bifurcation and Chaos, 20 (5): 1335-1350.
[17] Ascoli A., Tetzlaff R., Corinto F., Mirchev M., Gilli M. 2013. Memristor-based filtering applications. 14th Latin American Test Workshop (LATW).
[18] Kubendran R. 2012. Electromagnetic and Laplace domain analysis of memristance and associative learning using memristive synapses modelled in SPICE. ICDCS, 622-626.
[19] Sozen H., Cam U. 2014. First-Order Memristor-Capacitor Filter Circuits Employing Hp Memristor. Journal of Circuits, Systems and Computers, 23 (8): 1450116, 16 p.
[20] Sehra K., Shakya G.K., Kasturi P., Wagh M.A., Saxena M. 2016. Simulation and Experimental Demonstration of Low-/High-Pass Filter using Memristors. DU Journal of Undergraduate Research and Innovation, 2 (1): 98-108.
[21] Sahin M.E., Guler H. 2017. The Design of Memristor Based High Pass Filter Circuit. The 24th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems (ICECS), 494-497, DOI: 10.1109/ICECS.2017.8292108.
[22] Sahin M.E., Ucar Y., Temurtas F. 2015. An implementation of analog portable EEG signal extraction system. IEEE 9th International Conference on Electrical, Electronics and Computer Engineering (ELECO), DOI: 10.1109/ELECO.2015.7394436.
[23] Goldberger A.L., Amaral L.A.N., Glass L., Hausdorff J.M., Ivanov P.C.H., Mark R.G., Mietus J.E., Moody G.B., Peng C.-K., Stanley H.E. 2000. PhysioBank, PhysioToolkit, and PhysioNet: Components of a New Research Resource for Complex Physiologic Signals. Circulation, 101 (23): 215-220.

APA	Sahin M, KARAKAYA B, güler h, Gülten A, HAMAMCI S (2020). Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal. , 756 - 765.
Chicago	Sahin Muhammet Emin,KARAKAYA Barış,güler hasan,Gülten Arif,HAMAMCI SERDAR ETHEM Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal. (2020): 756 - 765.
MLA	Sahin Muhammet Emin,KARAKAYA Barış,güler hasan,Gülten Arif,HAMAMCI SERDAR ETHEM Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal. , 2020, ss.756 - 765.
AMA	Sahin M,KARAKAYA B,güler h,Gülten A,HAMAMCI S Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal. . 2020; 756 - 765.
Vancouver	Sahin M,KARAKAYA B,güler h,Gülten A,HAMAMCI S Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal. . 2020; 756 - 765.
IEEE	Sahin M,KARAKAYA B,güler h,Gülten A,HAMAMCI S "Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal." , ss.756 - 765, 2020.
ISNAD	Sahin, Muhammet Emin vd. "Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal". (2020), 756-765.

APA	Sahin M, KARAKAYA B, güler h, Gülten A, HAMAMCI S (2020). Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 9(2), 756 - 765.
Chicago	Sahin Muhammet Emin,KARAKAYA Barış,güler hasan,Gülten Arif,HAMAMCI SERDAR ETHEM Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 9, no.2 (2020): 756 - 765.
MLA	Sahin Muhammet Emin,KARAKAYA Barış,güler hasan,Gülten Arif,HAMAMCI SERDAR ETHEM Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, vol.9, no.2, 2020, ss.756 - 765.
AMA	Sahin M,KARAKAYA B,güler h,Gülten A,HAMAMCI S Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2020; 9(2): 756 - 765.
Vancouver	Sahin M,KARAKAYA B,güler h,Gülten A,HAMAMCI S Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2020; 9(2): 756 - 765.
IEEE	Sahin M,KARAKAYA B,güler h,Gülten A,HAMAMCI S "Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal." Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 9, ss.756 - 765, 2020.
ISNAD	Sahin, Muhammet Emin vd. "Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal". Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 9/2 (2020), 756-765.