[发明专利]一种基于忆阻器的AD转换电路

说明书

本发明公开了一种基于忆阻器的AD转换电路，相对于现有的双积分型AD转换电路，所设计的AD转换电路体积较小，便于集成，电路结构比较简单，且对整个电路系统造成的电磁干扰较小。现有的双积分型AD转换电路含有体积很大的电容，在电路设计中必须通过外接，无法集成。而忆阻器的体积非常小，便于集成，可以有效减小电路体积。同时，所设计的AD转换电路比现有的双积分型AD转换电路减少了一个放电控制电路，降低了电路复杂度。电容充放电会给电路系统造成很大的电磁干扰，给电路设计造成困难。而忆阻器相当于阻值变化的电阻，产生的电磁干扰非常小。所设计的AD转换电路对周期性的对称干扰信号具有很强的抑制能力。

技术领域

本发明属于模拟-数字电路和新兴的电路技术应用领域，更具体地，涉及一种基于忆阻器的AD转换电路。

背景技术

忆阻器是除电阻、电容、电感之外的第四种基本电路元件。忆阻器最先由加州大学伯克利分校的蔡少棠(Leon.O.Chua)教授于1971年从理论上推导得到。蔡少棠指出，电压v、电流i、电荷q和磁通量这四个基本电路变量之间应该存在六种数学关系：电流定义为电荷关于时间的变化率i＝dq/dt；电压定义为磁通量关于时间的变化率电阻定义为电压随着电流的变化率R＝dv/di；电容定义为电荷随着电压的变化率C＝dq/dv；电感定义为磁通量随着电流的变化率缺少了一种能够将电荷q与磁通量关联起来的电路元件，而这种元件即由电荷q与磁通量之间的关系来定义：M即是忆阻。

美国惠普实验室的Strukov和其同事在进行极小型电路实验时制造出忆阻的实物，其成果发表在2008年5月的《自然》杂志上，忆阻的发现足以媲美100年前发明的三极管，其任何一项产业化应用都可能带来新一轮的产业革命。忆阻最突出的特点是其天然的非易失性记忆功能和良好的开关特性，在非易失性存储器技术、可重构信号处理电路、人工神经网络保密通信、模拟电路、人工智能计算机、生物行为模拟等领域具有巨大的应用潜力。惠普忆阻器将经过掺杂的TiO₂和未掺杂的TiO₂连接在两个Pt电极之间，形成一种三明治结构。当在两个Pt电极之间加电压时，在电场的作用下，在掺杂的TiO₂和未掺杂的TiO₂间出现离子移动。因此，经过掺杂的TiO₂和未掺杂的TiO₂的区域的长度会发生变化。而经过掺杂的TiO₂和未掺杂的TiO₂的电阻率是不同的，因此，忆阻器中两种TiO₂的区域的长度发生变化会引起忆阻器阻值的变化。如果，给忆阻器施加正电压，它的忆阻值增加，那么，在忆阻器的同一端施加负电压，它的忆阻值会减小。

数字电子技术广泛应用在人们生活的各个方面。一些常见的电子设备如，手机，电脑，电视机，数码相机等的内部无一不是包含着成百上千的数字芯片。同样地，在交通网络，航空航天，工业制造等领域，数字技术更是发挥着非常巨大的作用。数字电路相对于模拟电路具有如下的优点：稳定性高，结果的再现性好；易于设计；能够大批量生产，成本低廉；具有可编程性；高速度，低功耗。

因此，数字电路是现代电子电路设计的重要部分。即使到现在，数字电子技术仍然在不断的发展，改变着人们的生活。但是，无论数字技术如何发展，也不能代替模拟技术。自然界中绝大多数物理量是模拟量，例如，声音，压力，温度，湿度等等，数字信号和模拟信号是不兼容的，数字技术不能直接接收和处理模拟信号，也无法将处理后的数字信号直接送到外部世界。在模拟量输入到数字芯片之前，需要先将模拟信号转化为对应的数字信号，再输入到数字芯片内部进行处理。把模拟信号转化成数字信号的电路就是AD转换电路，它是连接模拟和数字信号的关键。

现有的AD转换电路主要可以分为三种类型：并行比较型AD转换电路，逐次比较型AD转换电路，双积分型AD转换电路。