[发明专利]一种惠普忆阻模型的等效模拟电路

说明书

技术领域

本发明属于电子电工技术领域，涉及一种惠普忆阻模型的等效模拟电路。

背景技术

忆阻器，全称记忆电阻(Memristor)。它是表示磁通与电荷关系的电路器件。忆阻具有电阻的量纲，但和电阻不同的是，忆阻的阻值是由流经它的电荷确定。因此，通过测定忆阻的阻值，便可知道流经它的电荷量，从而有记忆电荷的作用。2008年，惠普公司的研究人员首次做出纳米忆阻器件，掀起忆阻研究热潮。纳米忆阻器件的出现，有望实现非易失性随机存储器。并且，基于忆阻的随机存储器的集成度，功耗，读写速度都要比传统的随机存储器优越。此外，忆阻是硬件实现人工神经网络突触的最好方式。由于忆阻的非线性性质，可以产生混沌电路，从而在保密通信中也有很多应用。

忆阻器是除电阻、电容、电感之外的第四种基本电路元件。它在1971年被蔡少棠首次提出，惠普公司研究人员于2008年5月在《Nature》上首次报道了忆阻器的实现性，研究成果震惊了国际电工电子界，忆阻器具有优越的性能，纳米级，低功耗等，再加上忆阻在电路理论中的基础地位，及其在计算机信息存储、大量数据处理、人工神经网络等应用领域的重要前景，极大的唤起了人们对忆阻器研究的热情。

本发明将惠普忆阻替换电子电路中的一个电阻，从而得出一类新的忆阻电路，由于目前市面上还没有惠普忆阻器的实物，故此我们设计出一种基于惠普忆阻模型的忆阻等效模拟电路，为了更好地研究忆阻的性能，我们运用基本电路模块构造了一个与惠普忆阻模型具有相同特征的忆阻等效模拟电路。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种惠普忆阻模型的等效模拟电路，本发明所要解决的技术问题是如何通过电路的设计来模拟惠普忆阻模型。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种惠普忆阻模型的等效模拟电路，惠普忆阻的主要材料是二氧化钛，忆阻器的总阻值等于掺杂部分电阻与非掺杂部分电阻之和，即：

其中R_ON和R_OFF分别表示当w＝D和w＝0时的忆阻的两个极限值。w表示忆阻的内部状态变量。为了后续电路设计的方便，我们将电路转化为无量纲模型，令z＝w/D，由w∈[0，D]，可知z∈[0，1]。令ρ＝R_OFF/R_ON是一个连续的参数，则式(1)可化为：

R_M(z)＝R_ONr(z)

其中r(z)是一个无量纲函数，其数学表达式如下：

r(z)＝z+ρ(1-z) (2)

掺杂层和无掺杂层之间的边界移动速度为

其中，μ_v表示离子在均匀场中移动情况的常数.i(t)是流经忆阻的电流。Biolek提出的模拟掺杂面到达忆阻边界离子移动情况的窗函数f(z)如下式：

f(z)＝1-(z-stp(-i))² (4)

这里，当i＞0时，stp(i)＝1，当i＜0时，stp(i)＝0。

单独的忆阻元件无法判断出其本质特征，所以我们只好将其和某些特性强的电路结合，通过电路呈现出来的现象间接地反映出忆阻的本质特征。具体方法如下：首先将忆阻替换电路中的某个电阻，这样便构成了一个新的忆阻电路，然后这个新忆阻电路在一定的参数下将在示波器等外界媒质下呈现出某些奇特现象，从而就达到了我们间接证明忆阻本质特征的目的。

基于以上方法，我们选取文桥电路作为试验电路，并将忆阻替换文桥电路中的一个电阻，从而得到一个三维的文桥忆阻电路，该电路包含惠普忆阻在内的RC串并联选频网络电路、深度负反馈电路以及运算放大器。