一种基于忆阻器的大测量范围新型曝光量传感器

为了增大曝光量传感器的测量范围,提出了一种基于忆阻器的新型曝光量传感器设计方案.该传感器主要由光敏电阻、限流电阻和忆阻器组成.光敏电阻的阻值随着光照度的变化而变化,引起回路电流的变化,然后以变化的回路电流激励忆阻器.依据记忆特性,传感器以忆阻器的阻值来表征物体被辐照时光照度在一段时间内的积分值,从而实现对曝光量的测量.实验结果表明,曝光量传感器实现了对曝光量的测量,且具有大的测量范围.光照度为100 lx时,测量范围为0~500 lx·s;光照度以80 lx/s的稳定速率增大时,测量范围为0~1 000 lx·s.另外,限流电阻为0.2 MΩ时的测量上限值比10 kΩ时大780 lx·s,而灵敏度降低了87 Ω/(lx·s).增大限流电阻尽管可以增大传感器的测量范围,但是却降低了灵敏度.     

一种基于荷控忆阻器的混沌电路

在原有忆阻器的定义上采用一种相对简单的荷控忆阻器模型,其忆阻M与电荷q的关系可以用一条二次曲线来描述。经仿真分析,其伏安特性曲线是一条类斜"8"字滞后回线,且会随着周期双极性输入信号的频率和振幅的变化而变化,并在一定程度上受到忆阻器本身参数的影响。用此荷控忆阻器代替蔡氏电路中的蔡氏二极管,得到含荷控忆阻器的电路,给出相轨图、Lyapunov指数与维数来验证其在一定参数配置下处于混沌状态。通过变换系统的初始值,验证了此混沌系统的运动轨迹在初始值微小的变化下会发生很大的差异。Lyapunov指数谱表明含荷控忆阻器的混沌系统在初始值变化时能够进入超混沌状态。利用劳斯判据判别了排除零特征根的影响下该混沌系统在平衡点处的稳定性。     

忆阻器阻变机制及其材料研究进展

忆阻器可以将信息存储和逻辑运算整合到一个电子器件上,这将打破传统的冯·诺依曼计算机架构,其应用前景不可估量.首先简述了忆阻器的发展历程及其基本概念;其次综述了忆阻器的阻变机制及其材料的选择,将目前已知的阻变机制主要概括为3类,即阴离子阻变机制、阳离子阻变机制和纯电子机制,同时详细叙述了不同类型材料在忆阻器应用中的特点;...     

基于忆阻器交叉阵列的卷积神经网络电路设计

由于在神经形态计算方面具有优良的性能,忆阻器交叉阵列引起了研究者的广泛关注.利用忆阻器与传统器件提出了1个改进的忆阻器交叉阵列电路,可以准确地存储权重与偏置,结合相应的编码方案后可以运算点积操作,并将其用于卷积神经网络中的卷积核、池化与分类器部分.利用改进的忆阻器交叉阵列和基于卷积神经网络本身拥有的高容错性,还设计了1个忆阻卷积神经网络结构,可以完成1个基本卷积神经网络算法.在卷积操作后直接存储模拟形式的计算结果,使得卷积操作与池化操作之间避免了1次模数-数模转换过程.实验结果表明:设计的面积为0.852 5cm\\+2芯片上的运算性能是1台计算机速度的1 770倍,在面积基本相当的前提下,性能比前人设计的电路提高了7.7倍.设计存在可以接受的微小识别误差开销,与软件运行结果相比,此电路在每个忆阻器存储6b或8b信息的情况下平均识别误差分别只增加了0.039%与0.012%.     

一种基于忆阻器的全域值感知神经元设计

基于忆阻器的阻值可变性和非易失性,提出了一种基于忆阻器的全域值感知神经元设计方案。该全域值感知神经元由全域值忆阻权重模块、输入加权模块、信息融合模块、映射输出模块和反馈控制模块构成,控制全域值忆阻权重模块中忆阻桥式结构的输入电压,权值电压信号线性变化或保持不变。进而能够满足感知神经元训练、测试等的要求,通过一个具体的基于忆阻器的全域值感知神经元,验证了感知神经元可以实现权值的全域值调节。通过逻辑“或”运算实验,进一步验证了基于忆阻器的全域值感知神经元的功能。     

基于忆阻器的矩形波信号发生器

利用忆阻器独特的电路学性质,设计了一个基于忆阻器的新型矩形波信号发生器。电路中不含有分立的电容元件,输出波形频率和幅值精确可调。用PSPICE进行仿真分析,仿真结果验证了该方案的有效性。     

基于忆阻器的迟滞比较电路研究

研究了惠普忆阻器的电荷控制模型,并构建了其SimuIink模型,给出了相应的仿真结果。最后设计了一种基于忆阻器的迟滞比较电路,建立了其SimuIink仿真模型,分析了其仿真结果。此电路简单易用,能应用于多种电路,比如方波和锯齿波产生电路等。它在电路尺寸、电路功耗等方面都有优势。     

基于Temporal rule的忆阻神经网络电路

忆阻器是一种动态特性的电阻,其阻值可以根据外场的变化而变化,并且在外场撤掉后能够保持原来的阻值,具有类似于生物神经突触连接强度的特性,可以用来存储突触权值。在此基础上,为了实现基于Temporal rule对IRIS数据集识别学习的功能,建立了以桥式忆阻器为突触的神经网络SPICE仿真电路。采用单个脉冲的编码方式,脉冲的时刻代表着数据信息,该神经网络电路由48个脉冲输入端口、144个突触、3个输出端口组成。基于Temporal rule学习规则对突触的权值修改,通过仿真该神经网络电路对IRIS数据集的分类正确率最高能达到93.33%,表明了此神经系统结构设计在类脑脉冲神经网络中的可用性。     

忆阻器存储研究与展望

随着信息呈现爆炸式增长,而CMOS的工艺尺寸逐步接近其理论极限尺寸,新型纳米级存储器件的需求日趋迫切.忆阻器被认为具有替代动态随机存储器,适应海量存储的巨大潜力.在综述忆阻器与忆阻系统概念的产生与发展的基础上,讨论忆阻器作为存储单元的特性,综述了忆阻器的阻变存储结构以及相对应的读写方法.在总结分析目前研究存在问题的基础上,探讨了今后的研究方向.     

基于改进忆阻器的高通滤波器设计与仿真

针对传统的忆阻器模型存在不能很好地与HP实验室提出的忆阻器物理模型中忆阻器的阻值变化特点相符的问题,提出了一种改进的带有阈值电压的忆阻器模型,该模型能很好地模拟忆阻器的"激活"现象,其特性与HP实验室的忆阻器物理模型相符;基于该改进模型设计了一种高通滤波器电路,该电路通过改变忆阻器阻值控制电路的输出信号来改变忆阻器的阻值,从而实现了滤波器截止频率的调节。SPICE仿真结果验证了设计的正确性。     

光纤传感器与激光测距的物位传感器设计

以固体火箭发动机推进剂装药物位检测系统研究为背景,采用基于光纤传感器与激光测距原理的非接触式物位检测方案,使用光纤传导激光,使带电设备远离检测现场,可以在检测现场完全不带电的情况下实现高精度物位检测。系统通过主控单元可以控制多个传感器实现多点同时检测,从而能够在装药表面不是绝对平面的情况下得到更为可靠的检测结果。     

基于新型稀土发光材料的荧光光纤温度传感器系统

将稀土发光材料Y2O2S:Eu Fe2O3与Y2O2S:Eu等其它稀土发光材料进行了对比研究,研究结果表明Y2O2S:Eu Fe2O3具有高出Y2O2S:Eu近一个数量级的紫外激发效率.以Y2O2S:Eu Fe2O3为温度敏感材料设计强度比型荧光光纤温度传感器,实验结果表明该荧光材料用于温度测量性能优良.     

基于动态权衡的新型非易失存储器件体系结构研究综述

作为现有存储器的潜在替代技术,新型非易失存储器受到了来自学术界和工业界越来越多的关注.目前,制约新型非易失存储器广泛应用的主要问题包括写延迟长、写操作动态功耗高、写寿命有限等.针对这些问题,传统的解决方法是利用计算机体系结构的方法,通过增加层或者调度的方式加以避免或隐藏.但是,这类解决方案往往存在软硬件开销大、无法同时针对不同问题进行优化等问题.近年来,随着对新型非易失存储材料研究的深入,一系列器件自身所包含的动态权衡特性被陆续发现,这也为体系结构研究提供了新的机遇.基于这些器件自身的动态权衡特性,研究人员提出了一系列新的动态非易失存储器优化方案.与传统的优化方案相比,这类新型方案具有额外硬件开销小、可同时针对多个目标进行优化等优点.首先对非易失存储器存在的问题及传统的优化方案进行了概括;然后对非易失存储器件中3个重要的动态权衡关系进行了介绍;在此基础上,对近年来出现的一系列基于非易失存储器动态权衡特性的体系结构优化方案进行梳理;最后,对此类研究的特点进行了总结,并对未来的发展方向进行了展望.     

Coverage and Exposure Paths in Wireless Sensor Networks

Wireless sensor networks have posed a number of challenging problems such as localization, deployment and tracking, etc. One of the interesting problems is the calculation of the coverage and exposure paths for the sensor networks. This paper presents a fully localized algorithm to solve the worst coverage problem first introduced by Meguerdichian et al. The nodes of the sensor network cooperate to construct the worst coverage path only by the one-hop neighbor＇s information, thus avoiding the massive communication and conserving the energy. The correctness of the proposed algorithm is proved formally under the sensing diminishing model. Moreover, this algorithm can be easily extended to solve the minimal exposure problem with local information as well.     

基于次波长谐振原理的新型压力传感器

利用一维的次波长左/右手谐振器结构,提出了一种新型的压力传感器.谐振器由两层结构组成,一层是具有负折射率的媒质,另一层是具有正折射率的媒质,正折射率媒质部分与压力薄片相连.研究结果表明,当压力变化时,谐振器的波长随压力的对数值呈线性变化,具有较高的灵敏度,由于这类谐振器可以做得很薄,在实际应用中具有很大的优势.     

基于3D忆阻器阵列的神经网络内存计算架构

现如今,由于人工智能的飞速发展,基于忆阻器的神经网络内存计算(processing in memory, PIM)架构吸引了很多研究者的兴趣,因为其性能远优于传统的冯·诺依曼计算机体系结构的性能.配备了支持功能单元的外围电路,忆阻器阵列可以以高并行度以及相比于CPU和GPU更少的数据移动来处理一个前向传播.然而,基于忆阻器的内存计算硬件存在忆阻器的外围电路面积过大以及不容忽视的功能单元利用率过低的问题.提出了一种基于3D忆阻器阵列的神经网络内存计算架构FMC(function-pool based memristor cube),通过把实现功能单元的外围电路聚集到一起,形成一个功能单元池来供多个堆叠在其上的忆阻器阵列共享.还提出了一种针对基于3D忆阻器阵列的内存计算的数据映射策略,进一步提高功能单元的利用率并减少忆阻器立方体之间的数据传输.这种针对基于3D忆阻器阵列的内存计算的软硬件协同设计不仅充分利用了功能单元,并且缩短了互联电路、提供了高性能且低能耗的数据传输.实验结果表明:在只训练单个神经网络时,提出的FMC能使功能单元的利用率提升43.33倍;在多个神经网络训练任务的情况下,能提升高达58.51倍.同时,和有相同数目的Compute Array及Storage Array的2D-PIM比较,FMC所占空间仅为2D-PIM的42.89%.此外,FMC相比于2D-PIM有平均1.5倍的性能提升,并且有平均1.7倍的能耗节约.