一種分段線性磁控憶阻器的模擬等效電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分段線性磁控憶阻器的模擬等效電路，電路由跟隨器、反相器、反相積分器、窗口比較器、壓控開關(guān)S和負(fù)阻抗轉(zhuǎn)換器串聯(lián)構(gòu)成；運(yùn)放U1構(gòu)成跟隨器，主要起隔離作用，U2構(gòu)成反相器，U3為反相積分器實(shí)現(xiàn)對憶阻器端口電壓的積分，U3的輸出v3out對應(yīng)憶阻器的內(nèi)部狀態(tài)控制變量φ(t)；運(yùn)放U4和U5構(gòu)成窗口比較器，其輸出電平控制壓控開關(guān)S的通斷；運(yùn)放U6及外圍電阻構(gòu)成負(fù)阻抗轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)v3out≤1時，窗口比較器的輸出為低電平，壓控開關(guān)S處于斷開狀態(tài)，此時憶阻器的電導(dǎo)為?1/Ra，當(dāng)v3out＞1時，窗口比較器輸出為高電平，壓控開關(guān)S處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時憶阻器對應(yīng)的電導(dǎo)為(?1/Ra+1/Rb)。本發(fā)明具有線路簡單、效果好的特點(diǎn)。
【專利說明】
-種分段線性磁控憶阻器的模擬等效電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及模擬電子線路領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種分段線性磁控憶阻器的模擬等效 電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 2008年5月惠普實(shí)驗(yàn)室研究小組采用納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)了具有"記憶"特性的電阻，從 而證實(shí)了憶阻器概念和相關(guān)理論。作為與電阻，電感，電容并列的第4個基本無源器件，憶阻 器建立了磁鏈和電荷之間的關(guān)系，其阻值與兩端的電壓幅度、極性和工作時間有關(guān)。由于憶 阻器具有"記憶"功能，其潛在的應(yīng)用價值引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。利用其數(shù)字工作 方式，憶阻器可W實(shí)現(xiàn)非易失性阻抗存儲器(RRAM)和現(xiàn)場可編程口陣列(FPGA);利用其模 擬工作方式，憶阻器可W實(shí)現(xiàn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和新型類腦系統(tǒng)。
[0003] 由于憶阻器沒有商品化，憶阻器的建模和電路模擬成為當(dāng)前憶阻器研究的熱點(diǎn)問 題，但大多數(shù)憶阻器模型和等效電路的工作頻率都非常有限，沒有真正體現(xiàn)出憶阻器的高 頻處理能力。作為一種非線性器件，憶阻器可W用來實(shí)現(xiàn)高頻混濁電路，從而在混濁保密通 信、圖像加密和電子測量系統(tǒng)中具有重要的應(yīng)用價值。一般來說，采用憶阻器實(shí)現(xiàn)混濁電路 有兩種方式：
[0004] (1)采用分段線性模型的憶阻器實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)及類蔡氏混濁電路，在一定的參數(shù)條件 下運(yùn)些電路可W產(chǎn)生不同的混濁吸引子；
[0005] (2)利用光滑模型的磁控憶阻器實(shí)現(xiàn)一系列新的蔡氏混濁電路。
[0006] 由于憶阻器沒有商品化，混濁電路只能建立在理論分析的基礎(chǔ)上，無法從電路方 面驗(yàn)證其混濁行為。雖然文獻(xiàn)中提出了光滑型憶阻器的模擬等效實(shí)現(xiàn)電路，但工作頻率非 常有限。為了從電路方面驗(yàn)證混濁電路的混濁行為，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種分段線性磁控憶阻 器的模擬等效電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決上述問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種分段線性磁控憶阻器的模擬等效電路。
[000引本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0009]憶阻器的模擬等效電路由跟隨器、反相器、反相積分器、窗口比較器、壓控開關(guān)和 負(fù)阻抗轉(zhuǎn)換器串聯(lián)構(gòu)成;反相積分器的輸出V3nut對應(yīng)憶阻器的內(nèi)部狀態(tài)控制變量Φ(υ，窗 口比較器的輸出電平控制壓控開關(guān)S的通斷，當(dāng)V3nut《l時，窗口比較器的輸出為低電平，壓 控開關(guān)處于斷開狀態(tài)，此時憶阻器的電導(dǎo)為-1/Ra，當(dāng)V3DUt>l時，窗口比較器輸出為高電平， 壓控開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時憶阻器對應(yīng)的電導(dǎo)為(-1/Ra+l/化）。
[001 0]運(yùn)算放大器化構(gòu)成跟隨器，主要起隔離作用；
[00川運(yùn)算放大器U沸Ξ個電阻（R4=R日=R6=10K)構(gòu)成反相器；
[001^ 運(yùn)算放大器U3、S個電阻（R7 = 3K、R8 = 68K、Ri0=化）和一個電容C日= 47μρ構(gòu)成反相 積分器，實(shí)現(xiàn)對憶阻器端口電壓的積分；
[0013] 運(yùn)算放大器U4和化、二個IVDC電源、一個電阻（Rio = 10K)及二個二極管D1和D2 (IM007)構(gòu)成窗口比較器，其輸出電平控制壓控開關(guān)S的通斷；
[0014] 壓控開關(guān)S采用高速集成開關(guān)ADG2012AKN，電源電壓為±12￥瓜=2.51(，姑=服； [001引運(yùn)算放大器化及二個電阻（Rii = 3K、Ri2 = 68K)構(gòu)成負(fù)阻抗轉(zhuǎn)換電路；
[0016] 運(yùn)算放大器采用AD711AKN。
[0017] 工作過程是:運(yùn)算放大器化構(gòu)成跟隨器，主要起隔離作用，化構(gòu)成反相器，化為反相 積分器實(shí)現(xiàn)對憶阻器端口電壓的積分，其輸出可W表示為
[001 引
[0019] 其中C = R7C5為憶阻器等效電路的量化因子。根據(jù)法拉第定律，電壓對時間的積分 為磁鏈，即化的輸出對應(yīng)憶阻器的內(nèi)部狀態(tài)控制變量Φ (t)。集成運(yùn)放化和化構(gòu)成窗口比較 器，其輸出電平控制壓控開關(guān)S的通斷。當(dāng)憶阻器兩端流過的磁鏈II Φα)ι《ι時，窗口比較 器的輸出為低電平，開關(guān)S處于斷開狀態(tài)，此時憶阻器的電導(dǎo)為-1/Ra，當(dāng)憶阻器兩端流過的 磁鏈I Φ(υι>ι時，窗口比較器輸出為高電平，開關(guān)S處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時憶阻器對應(yīng)的電 導(dǎo)為（-1/Ra+l/化）。
[0020] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:設(shè)計(jì)的電路能很好地實(shí)現(xiàn)圖2的分段線性有源磁控憶 阻器功能。與光滑型憶阻器等效電路相比，由于本等效電路不含乘法器，因而更加簡單且便 于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0021] 附圖1是分段線性有源憶阻器的等效實(shí)現(xiàn)電路。
[0022] 附圖2是有源磁控憶阻器Φ -q曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0024] 憶阻器在一定的頻率范圍內(nèi)具有"記憶"特性，當(dāng)超過一定頻率時，憶阻器的"記 憶"功能消失并蟻化為線性電阻。對于本發(fā)明提出的等效電路，可W推導(dǎo)出有效工作頻率范 圍。設(shè)憶阻器的輸入電壓為
[002引 v=Asinwt
[0026] 則憶阻器兩端的磁鏈對應(yīng)為(設(shè)初始值為0)
[0027]
[0028] 由上述工作過程可W看出，當(dāng)憶阻器兩端的磁鏈?zhǔn)冀K小于闊值1，即
[0029]
[0030] 時，憶阻器蟻化為線性電阻，對應(yīng)的電導(dǎo)值為-1/Ra。從而可W推導(dǎo)出該電路的有 效工作頻率為? < ^，本發(fā)明提出的憶阻器等效電路的有效工作頻率范圍與憶阻器兩端電 壓的幅值A(chǔ)和量化因子C密切相關(guān)。因此在具體應(yīng)用中可W通過減小電路的量化因子C來提 高其有效工作頻率范圍。
[0031] W上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù) 本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對W上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于發(fā)明技術(shù) 方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種分段線性磁控憶阻器的模擬等效電路，其特征在于，電路由跟隨器、反相器、反 相積分器、窗口比較器、壓控開關(guān)和負(fù)阻抗轉(zhuǎn)換器串聯(lián)構(gòu)成;運(yùn)算放大器Ui構(gòu)成跟隨器，主 要起隔離作用;運(yùn)算放大器u 2和三個電阻R4=R5 = R6=10K構(gòu)成反相器;運(yùn)算放大器U3、三個 電阻辦=31(、1?8 = 681(、1?1() = 11(和一個電容(：5 = 47以?構(gòu)成反相積分器，實(shí)現(xiàn)對憶阻器端口電壓 的積分，反相積分器的輸出對應(yīng)憶阻器的內(nèi)部狀態(tài)控制變量Φ (t);運(yùn)算放大器U4和U5、 二個1VDC電源、一個電阻R1Q=10K及二個二極管D1和D2構(gòu)成窗口比較器，其輸出電平控制壓 控開關(guān)S的通斷;壓控開關(guān)S采用高速集成開關(guān)ADG2012AKN，電源電壓為±12V，R a = 2.5K，Rb = 6K;運(yùn)算放大器U6及二個電阻Rn = 3K、R12 = 68K構(gòu)成負(fù)阻抗轉(zhuǎn)換電路；當(dāng)v3ciut<l時，窗口 比較器的輸出為低電平，壓控開關(guān)S處于斷開狀態(tài)，此時憶阻器的電導(dǎo)為-1/R a，當(dāng)v3ciut>l 時，窗口比較器輸出為高電平，壓控開關(guān)S處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時憶阻器對應(yīng)的電導(dǎo)為(_1/Ra+ l/Rb)〇
【文檔編號】G11C13/00GK106067320SQ201610534158
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月7日
【發(fā)明人】潘豐, 高敏
【申請人】江南大學(xué)