基于忆阻器的Simulink模型及其特性分析

忆阻器是纳米级尺寸、非易失性的两端无源性器件,在数据存储、图像处理和模拟神经网络突触等方面有很大的优势。为了研究忆阻器的特性,在理想的忆阻器模型的基础下,搭建了2种不同窗函数的忆阻器Simulink模型。通过Matlab仿真研究了不同的输入激励以及模型的变化对忆阻器的影响,获得了关于忆阻器的许多新特性和一些重要的结果,并与已知的忆容器和忆感器的输入输出特性作了对比,说明忆阻器与忆容器、忆感器具有相似的特性。仿真结果表明忆阻器在应用方面的具有很大的潜力。     

基于混合忆阻器-CMOS逻辑的全加器电路优化设计

将一种电压阈值型压控双极性忆阻器模型与CMOS反相器进行混合设计,实现了"与"、"或"、"与非"、"或非"基本逻辑门。通过构建"异或"逻辑门新结构,提出一种基于混合忆阻器-CMOS逻辑的全加器电路优化设计方案。最后,分析忆阻器参数β,V_t,R_(on)和R_(off)对电路运算速度和输出信号衰减幅度的影响,研究了该优化设计的电路功能和特性,经验证模拟仿真结果与理论分析结果具有较好的一致性。研究结果表明:全加器优化设计结构更简单,版图面积更小,所需忆阻器数量减少22.2%,CMOS反相器数量减少50%;增大参数β值可提高运算速度,增大忆阻值比率R_(off)/R_(on)可减小逻辑输出信号衰减度。     

基于互补式忆阻器的多路复用器设计与实现

针对现有忆阻器逻辑设计方法所需忆阻器数量较大和操作步骤较多的问题,提出一种基于互补式忆阻器(complementary resistive switches,CRS)的灵活配置同行忆阻器的逻辑设计方法.通过对施加于CRS的高电压设置电压约束,更快速地实现布尔逻辑,并利用该方法实现了四种基本逻辑门,分别是与逻辑(AND)、或逻辑(OR)、非蕴含逻辑(not-material implication,NIMP)和异或逻辑(XOR)门.在此基础上,利用所设计逻辑中蕴含的与逻辑运算和或逻辑运算,设计了2-1和4-1多路复用器电路并提出其实现方法,其中2-1多路复用器可使用3个忆阻器通过2个步骤来实现,4-1多路复用器可使用6个忆阻器通过5个步骤来实现,并通过SPICE仿真来验证该方法的可行性.与忆阻器蕴含逻辑(material implication logic,IMPLY)和忆阻器辅助逻辑(memristor aided logic,MAGIC)设计方法相比,本文所提出的方法在保证输入数据不被破坏的前提下同时减少了忆阻器数量和操作步骤,优化了忆阻器实现的2-1多路复用器与4-1多路复用器性能.       

一种改进的忆阻器的SPICE模型及其仿真

忆阻器(Memristor)是一种具有记忆功能的无源电子元件,其概念由蔡少棠于1971年提出.2008年HP实验室发现了一种基于电阻开关的二端非易失记忆器件,从而证实了忆阻器的存在.在研究HP实验室发现的忆阻器的基础上,分析了目前一些忆阻器模型的优缺点,设计了一种改进的忆阻器模型.经过PSPICE仿真验证,该模型成功地模拟了HP实验室发现的忆阻器物理模型的基本特性.     

基于忆阻器的乘法器电路设计

忆阻器作为一种非易失性的新型电路元件,在数字逻辑电路中具有良好的应用前景。目前,基于忆阻器的逻辑电路主要涉及全加器、乘法器以及异或(XOR)和同或(XNOR)门等研究,其中对于忆阻乘法器的研究仍比较少。该文采用两种不同方式来设计基于忆阻器的2位二进制乘法器电路。一种是利用改进的“异或”及“与”多功能逻辑模块,设计了一个2位二进制乘法器电路,另一种是结合新型的比例逻辑,即由一个忆阻器和一个NMOS管构成的单元门电路设计了一个2位二进制乘法器。对于所设计的两种乘法器进行了比较,并通过LTSPICS仿真进行验证。该文所设计的乘法器仅使用了2个N型金属-氧化物-半导体(NMOS)以及18个忆阻器(另一种为6个NMOS和28个忆阻器),相比于过去的忆阻乘法器,减少了大量晶体管的使用。     

基于遗忘效应忆阻器的LIF神经元电路研究

细胞神经网络(CNN)被公认为是一种强大的大规模并行网络架构,能够高速执行运算操作和解决复杂的工程问题,但是目前关于硬件实现神经元的研究处于起步阶段.首先,研究了一个基于SrTiO3(STO)的忆阻仿真模型,并分析了该模型的阻值变化特性与磁滞回线.其次,在此基础上设计了基于忆阻器的LIF神经元电路,验证了忆阻器模型可很...     

基于忆阻器的自动增益控制电路设计

忆阻器被认为是除了电阻、电容、电感之外的第四个基本电路元件,它是一种非线性二端无源器件,具有“记忆”功能.忆阻器在众多领域中具有巨大的应用潜力,有望推动整个电路理论的变革.介绍了一种改进的忆阻器SPICE模型,在此基础上,设计了一种基于忆阻器的自动增益控制电路.通过SPICE对电路进行仿真,证明该设计是可行的,完全实现了增益的自动控制.     

基于忆阻器的低通滤波器设计

忆阻器是一种新型的非线性二端无源器件,具有电阻、电容和电感所不具备的记忆特性.使用忆阻器和由忆阻器构成的忆容等效电路设计了二阶无源低通滤波电路和有源低通滤波电路.SPICE仿真实验结果证实了设计的可行性.所设计的低通滤波电路在电路参数调整和稳定性方面相比于传统的低通滤波电路具有较大的优势.     

基于忆阻器的模拟人工神经元电路设计

为了解决传统的人工神经元电路难以连续调整和掉电存储权值的问题,使用由忆阻器构成的人工神经突触电路,设计出一种人工神经元电路.SPICE仿真实验结果证实了设计的可行性.所设计的神经元电路,在调整、存储权值方面相比于传统的人工神经元电路具有很大优势.     

第四种无源电子元件忆阻器的研究及应用进展

忆阻器是一类具有电阻记忆行为的非线性电路元件,被认为是除电阻、电容、电感外的第四个基本电路元件。综述了忆阻器和忆阻系统概念的产生与发展过程,实现忆阻功能的几种模型与机理,如边界迁移、自旋阻塞、绝缘体-金属转变、丝导电、氧化还原反应等。阐述了忆阻器和忆阻系统在模型分析、生物记忆行为仿真、基础电路和器件设计方面的应用前景。     

氧化物忆阻器材料及其阻变机理研究进展

忆阻器是目前材料和电子领域的研究前沿和热点,氧化物材料在忆阻器研究中具有重大价值。本文综述了近年来研究较多的几种典型氧化物忆阻器材料,包括TiO_2、SiO_x、HfO_x、Al_2O_3、ZnO、ZrO_2、TaOx以及ZnSnO_3等,并介绍了导电细丝机制、氧化还原机制、边界迁移机制以及相变机制等四种常见的阻变机理,展望了未来忆阻器材料研究的方向与重点。     

忆阻器实现逻辑门的方法研究

在分析忆阻器特性及相关文献的基础上提出了一种只使用忆阻器元件实现基本逻辑门的电路方案,理论分析及Spice仿真实验结果证实了方案的可行性．所设计的逻辑门电路简单,实现的逻辑门无需时序操作就能工作,其在电路尺寸、集成密度、电路功耗等方面拥有很大的优势．     

基于忆阻特性的点乘器的设计

忆阻器是四种基本的电子元器件(电阻器,电容器,电感器和忆阻器)的最新成员.基于其结构简单、 高集成和低功耗等特点,可以有多种用途.其中最有趣的方法之一是在电路中实现完整的逻辑运算.为了展示这种潜力,文中主要采用了基于忆阻特性的蕴含逻辑(IMP)来实现椭圆曲线中模乘等底层模块,并且进一步扩展到点乘器的电路应用.具体而言,...     

忆阻器在人工神经网络方面的研究应用

忆阻器是一种具有类似突触特性、记忆特性的新型非线性器件,它具有无源性,低耗能,记忆特性以及纳米尺度等特点,因此常用于构建结构简单、权值灵活可调、集成度高的人工神经网络。而人工神经网络是现代信息处理和智能控制领域的一个重要方法,将忆阻器应用于人工神经网络方面将会加速实现人工智能时代的到来。此方面的研究有许多,比如忆阻器实现神经元电路的研究,忆阻器的智能PID控制器等,本文列举概括了忆阻器在人工神经网络方面的研究应用。     

一种分数阶忆阻器的Verilog-A模型及应用

近年来,科研人员为研究忆阻器的电气特性及其在电路中的应用,建立了多种整数阶忆阻器的Verilog-A模型,但分数阶忆阻器的Verilog-A模型还未见报道.文章提出了一种分数阶忆阻器的Verilog-A模型,对其相关特性进行了分析,总结了参数对忆阻器电气特性影响的规律,并将此模型应用于脉冲宽度调制(PWM)电路中,通过...     

基于忆阻器的五阶MCK混沌电路研究

采用忆阻器替换分段线性电阻的方法,在Matsumoto,Chua和Kobayashi (MCK)提出的四阶混沌电路基础上,设计了一个含有忆阻器的五阶对称混沌电路,建立了五阶忆阻混沌电路的数学模型.采用常规动力学分析方法,分析了五阶忆阻混沌电路的平衡点集及其稳定性、Lyapunov指数.采用常规元器件,构建了五阶忆阻混沌电路的仿真模型,并进行了电路仿真实验.理论分析和仿真实验结果表明,设计的五阶忆阻混沌电路具有丰富的混沌行为,丰富了忆阻混沌电路的设计与应用.     

碳纤维忆阻器设计及其电学性质研究

将碳纤维表面改性后,依据其尺寸效应和表面特性,设计了一种十字交叉碳纤维忆阻器模型。分析了模型的阻变机理,定性地从理论上指出,由束缚电荷产生的电场对忆阻效应起了决定作用。对该模型结构、导电机理和材料属性进行分析讨论,推导出了忆阻器的解析公式。对其各个参数的影响进行了分析与比较,仿真结果发现该模型电压电流特性曲线(voltage-current characteristic curve,V-I)能够与惠普模型相吻合,呈现典型的忆阻特征。实验测量结果与仿真结果基本一致。     

忆阻器研究进展及应用前景

回顾了忆阻器的起源与发展,论述了忆阻器的物理特性,重点介绍了TiO2与TiO2–x材料制造的忆阻器特性。探索了忆阻器的功能、应用和有待解决的难题,讨论了忆阻器用于存储器件的优点和结构特点,以及其在模拟神经网络方面的应用前景。     

新型二阶磁控忆阻器简化模型的设计与验证

忆阻理论的提出极大地推进了混沌系统的发展,丰富了混沌电路的动力学行为。运算放大器因其强大的信号处理能力,成为忆阻器电路模型的重要组成部分。本文基于低功耗差分对构建了一种极简化的运算放大器,该运算放大器将所需晶体管数目减少至2个;以此运算放大器为基础,设计了新型二阶磁控忆阻器的模拟等效电路模型和硬件实验电路。结果表明：激励信号频率增加,斜“8”字形紧磁滞回线的旁瓣面积减小;激励信号幅度增加,斜“8”字形紧磁滞回线的旁瓣面积增加。电路仿真结果与硬件电路实验结果验证了新型磁控忆阻器模型的有效性与设计方法的正确性。     

基于忆阻器的组合逻辑电路设计

基于忆阻器的数字逻辑电路为探索先进的计算体系结构开辟了新的途径。在多种基于忆阻器的逻辑设计方法中,忆阻器比例逻辑(MRL)可以与传统CMOS工艺兼容制备出基本的门电路元件。简化了CMOS结构,仅单独使用NMOS管与忆阻器级联可以实现各种逻辑门单元。随后根据所提出的方案设计了编码器、解码器、全加器、乘法器等,并使用LTspice软件进行信号仿真,模拟结果与真值表完全一致。与传统的逻辑电路进行比较,该设计方案大量节省了元件数量,并且部分电路设计不需要为晶体管提供额外的独立电源,因此应用在更复杂的电路中可以大大节省芯片集成面积,为传统集成电路技术提供了一种有前途的替代方案。