[发明专利]一种基于忆阻器的多进制加法运算电路

说明书

本发明公开了一种基于忆阻器的多进制加法运算电路，包括第一忆阻器、第二忆阻器、第三忆阻器、第一右旋逻辑门、第二右旋逻辑门、第一电压转换器和第二电压转换器；第一右旋逻辑门的输入端作为多进制加法运算电路的输入端，第一右旋逻辑门、第一电压转换器、第二右旋逻辑门和第二电压转换器依次连接，第一忆阻器的一端、第二忆阻器的一端和第三忆阻器的一端连接后作为多进制加法运算电路的输出端，第一忆阻器的另一端连接至第一右旋逻辑门的输入端，第二忆阻器的另一端连接至第一电压转换器与第二右旋逻辑门的连接端；第三忆阻器的另一端连接至第二电压转换器的输出端。本发明能够基于忆阻器所具有的多电阻状态转变并可以发生非易失性变化的特性实现多值逻辑运算。

技术领域

本发明属于微电子器件领域，更具体地，涉及一种基于忆阻器的多进制加法运算电路。

背景技术

大数据时代信息处理的庞大需求对计算机的速度、功耗和效率等特性提出了更高的要求。其中，计算机的信息处理方式由二进制向多进制信息处理的转型是一个极具前景的提高计算机效率的发展方向。多进制计算机架构自提出以来已经得到了研究者们的深入研究，特别是在量子计算机、光学计算机、模糊计算方面有着广泛的应用。但是，现有多进制电路的复杂性以及其它信号与电信号的转换在很大程度上限制了多进制计算机的发展。中国发明专利CN201210513403.7利用激光信息读写装置实现了4位信息处理，较好地改善了光盘容量和信息处理速度，但是如果在此基础上进一步去实现多进制计算需要较为复杂的转换电路。

忆阻器的高低电阻状态可以用来表征0和1，并用来进行非易失性的二进制状态逻辑运算。然而，基于忆阻器多电阻状态的多值逻辑运算并未见相关公开专利文献。

发明内容

根据计算机架构和算法的发展趋势，本发明的目的在于提出一种基于忆阻器的多进制加法运算电路结构，这种多进制加法运算电路可以由具备多电阻状态转变或者量子化电导特性的忆阻器构成。

本发明提供了一种基于忆阻器的多进制加法运算电路，包括第一忆阻器、第二忆阻器、第三忆阻器、第一右旋逻辑门、第二右旋逻辑门、第一电压转换器和第二电压转换器；所述第一右旋逻辑门的输入端作为所述多进制加法运算电路的输入端，所述第一右旋逻辑门、所述第一电压转换器、所述第二右旋逻辑门和所述第二电压转换器依次连接，所述第一忆阻器的一端、所述第二忆阻器的一端和所述第三忆阻器的一端连接后作为所述多进制加法运算电路的输出端，所述第一忆阻器的另一端连接至所述第一右旋逻辑门的输入端，所述第二忆阻器的另一端连接至所述第一电压转换器与所述第二右旋逻辑门的连接端；所述第三忆阻器的另一端连接至所述第二电压转换器的输出端。

更进一步地，所述第一忆阻器、所述第二忆阻器和所述第三忆阻器中的每一个忆阻器均具有4个阈值转变电压脉冲：正向第一阈值转变电压脉冲+V_th1，正向第二阈值转变电压脉冲+V_th2，负向第一阈值转变电压脉冲-V_th1和负向第二阈值转变电压脉冲-V_th2。

更进一步地，当在忆阻器两端施加正向第二阈值转变电压脉冲+V_th2时，使得忆阻器的阻值从高阻态(H)转换为更低阻态(B)；当在忆阻器两端施加负向第二阈值转变电压脉冲-V_th2时，使得忆阻器的阻值从更低阻态(B)转换为高阻态(H)；当在忆阻器两端施加正向第一阈值转变电压脉冲+V_th1时，使得忆阻器的阻值从高阻态(H)转换为低阻态(L)，且不能从低阻态(L)转换为更低阻态(B)；当在忆阻器两端施加负向第一阈值转变电压脉冲-V_th1时，使得忆阻器的阻值从更低阻态(B)转换为低阻态(L)，且不能从低阻态(L)转换为高阻态(H)。

更进一步地，所述第一右旋逻辑门和第二右旋逻辑门的结构相同，均包括串联连接的第四忆阻器和第五忆阻器；所述第四忆阻器上电极引出端口，第四忆阻器下电极引出端口和第五忆阻器上电极引出端口相连构成一个引出端口，第五忆阻器下电极引出端口。