忆阻器的建模及高精度忆阻值读写电路的设计

使用现有电路元件设计了一种荷控忆阻器的理论模型。由于把忆阻器应用于存储器、神经网络、信号处理等领域均涉及到忆阻器的读写操作,并且目前忆阻器大多是数字量0和1的操作,没有模拟量的操作。所以利用了荷控忆阻器的电荷特性,给出一种描述如何读取忆阻器的模拟忆阻值的方法。利用了荷控忆阻器的频率特性,设计了一个反馈式忆阻值写电路,该电路能够在忆阻器的阻态范围内进行任意模拟量的写操作。仿真结果验证了设计的正确性。     

基于荷控忆阻器的四阶混沌电路

近年来,基于亿阻器的混沌电路受到国内外学者的广泛关注.然而现阶段的研究,大都采用通过磁控忆阻器和负电导并联构成的有源忆阻器替代蔡氏电路中蔡氏二极管的方法.而采用荷控忆阻器的混沌电路大都同时使用荷控忆阻器与磁控忆阻器构成的五阶双忆阻器混沌电路.该文在蔡氏电路的基础上,采用荷控忆阻器与电感串联的形式构造了一个新的四阶忆阻混沌电路,并提出改进的忆阻器非线性特性曲线,通过数值仿真的方法进行了验证.最后,对这个新的四阶忆阻混沌电路进行动力学特性分析,主要通过李雅普诺夫指数和吸引子在相平面的投影.     

新型忆阻器混沌电路及其在图像加密中的应用

忆阻器是一种拥有记忆功能的电阻,目前忆阻器的研究热点及难点在于新模型的建立以及相关方面的应用。该文提出一种基于双曲正弦函数的新型磁控忆阻器模型,通过分析电压和电流的相轨迹关系,发现其具有典型的忆阻器电压-电流特性曲线。利用新建的忆阻器模型构造新型忆阻混沌系统,通过数值仿真绘出新系统的相轨迹图、分岔图、Lyapunov 指数谱等,分析了不同参数时系统的混沌演化过程。另外,基于电路仿真软件Multisim研制了实验仿真电路, 该电路结构简单、易于实际制作,且仿真实验与理论分析结论十分吻合,证实了提出的忆阻混沌系统电路在物理上是可以实现的。最后,利用新系统混沌序列对图像进行加密,重点分析了加密直方图、相邻像素相关性以及抗攻击能力与密钥敏感性,结果表明新系统对图像密钥及明文都非常敏感,密钥空间较大,新提出的忆阻混沌系统应用于图像加密具有较高的安全性能。     

荷控忆阻器记忆衰退的寄生效应

荷控忆阻器在寄生元件存在的情况下,可能发生记忆衰退现象。该文采用忆阻器动力学路线图和仿真的方法,研究了忆阻器寄生电阻和寄生电容对其动力学特性的影响。理论和仿真分析发现,理想荷控(流控)忆阻器在直流和交流激励下,寄生电阻或寄生电容单独存在时不发生记忆衰退现象,但在寄生电阻和寄生电容同时存在的情况下会发生记忆衰退,其机理是寄生元件形成放电通路,从而导致荷控忆阻器产生了记忆衰退。     

一种荷控忆容器的电路模拟器设计及其基本特性分析

直接从荷控忆容器的数学模型出发,首先采用通用有源电路芯片设计了忆容器"浮地"电路模拟器,之后结合Matlab和Multisim混合仿真的方法,研究了其二端口的基本电特性,给出了在不同交变信号激励以及不同参数下忆容器电路模拟器的系统级仿真实验,最后完成了其硬件电路的实现及性能测试。结果表明:所设计的荷控忆容器具有电荷-电压之间的自收缩磁滞回线特性,是一种具有记忆特性的非线性电容,这与理论概念上的忆容器特性相吻合,可为忆容器在电子学领域产生新的应用电路提供器件模拟实体。     

含两个荷控忆阻器的五阶混沌电路研究

忆阻器作为一种具有记忆功能的新型非线性元件,被广泛应用于非线性电路系统设计中。利用两个基于荷控光滑模型的忆阻器以及采用常见的线性电子元件电感、电容、负电阻等设计了一种新的五阶混沌振荡电路。采用常规的系统动力学分析方法,分析了系统平衡点稳定性、相图、李雅普诺夫指数谱和分叉图,研究了系统随电路参数和荷控忆阻器初始状态变量变化的非线性动力学特性。Matlab数值仿真结果验证了理论分析的正确性。     

二端变类器实现忆阻元件

忆阻元件是由蔡少棠先生根据对称原理推测出的第四种基本电路元件。变类器是线性二端口类型变换器的统称。它的作用是把电路元件从一种类型转变为另一种类型。本文根据忆阻元件的一般特性,介绍了利用二端变类器实现忆阻元件的状态方程,并利用第1型R—M变类器和第Ⅱ型R—M变类器和电阻元件结合,给出了可以表征忆阻元件特性的电路原理模型图。     

基于双曲函数的双忆阻器混沌电路多稳态特性分析

基于经典蔡氏混沌振荡电路,引入一种双曲余弦函数的新型磁控忆阻器模型,设计含有两个双曲余弦忆阻器的混沌电路系统,讨论了系统平衡点集面的稳定区间.选择不同的忆阻初始值进行数值仿真,通过分岔图与Lyapunov指数谱研究双曲忆阻混沌系统的多稳态特性.结果表明,含双曲函数的双忆阻混沌电路具有复杂的动力学行为,运动轨迹不仅依赖于电路参数,还受电路的初始状态影响,由此产生了不同拓扑结构的混沌吸引子与不同周期运动的多稳态隐藏吸引子共存现象.     

惠普忆阻电路的线性叠加分析

基于惠普(HP)忆阻器的元件特性，该文分析了惠普忆阻器的数学关系式，惠普忆阻元件的内部状态变量与忆阻阻值之间存在增量线性关系，在外加电压下惠普忆阻器阻值的变化可叠加，得出了惠普忆阻电路具有线性叠加性的结论。通过PSpice电路仿真验证上述结论的有效性和正确性，为叠加定理在含惠普忆阻器及线性元件的线性电路中的使用提供了理论分析支撑。     

数字控制忆阻型自适应滤波电路设计

忆阻器是除继电阻、电容和电感之外的第4种基本双端电路元件,具有频率滞后性和阻值易控性等特点。该文从理论上推导和数值仿真上验证了HP实验室提出的铂-二氧化钛-铂(Pt-TiO2-Pt)无源忆阻器与初始状态相关的频率特性,并依据其特性设计了一类数字控制忆阻型自适应滤波电路,利用电路改变忆阻器初始状态忆阻值进而改变滤波电路截止频率实现选频。     

一种新型双忆阻混沌系统动力学及其电路实现研究

在经典的蔡氏混沌电路基础上,引入三次非线性磁控忆阻模型,利用一个磁控忆阻模型和一个荷控忆阻模型,外加一个负电导替换变形蔡氏电路中的蔡氏二极管,设计了一个五阶混沌电路,用常规的方法研究系统的基本动力学特性。通过数值仿真结果表明电路在参数变化情况下能产生Hopf分岔和反倍周期分岔两种分岔行为,并能产生双涡卷、单涡卷、极限环、同宿轨等不同轨道,出现了双单摆运动。观察混沌吸引子推广到功率与能量信号,观察到蝴蝶翅膀重叠的奇异吸引子。通过改变初始值,能产生共存吸引子和周期极限环共存现象。为了验证电路的混沌行为,将对设计的电路进行了PSpice仿真,电路仿真结果验证了理论分析的正确性。     

双忆阻Shinriki振荡器的超级多稳态和反单调性分析

本文通过在Shinriki振荡器中引入一个有源荷控忆阻,并且利用一个含绝对值项的磁控忆阻代替原电路中的串并联二极管回路,提出了一种含双忆阻器的Shinriki振荡器.根据电路拓扑结构图建立了忆阻振荡器的数学模型,开展了振荡器随电路元件参数变化时的共存分岔、周期-混沌状态转移等动力学特性分析.结果表明,双忆阻Shinriki振荡器对忆阻的参数值和初始条件有极大的依赖性,随着忆阻参数值和初始条件在特定域内变化,振荡器将呈现出共存反单调现象、不完全对称行为、超级多稳态等非线性动力学行为.此外,基于FPGA开发板完成了双忆阻Shinriki振荡器的数字电路仿真,在示波器上捕捉实验波形,验证了动力学分析的正确性.     

An automatic gain control circuit with TiO2 memristor variable gain amplifier

An automatic gain control (AGC) topology with a variable gain amplifier utilizing a titanium dioxide (TiO₂) memristor is described. A system analysis technique is developed based on the published physical charge-controlled memristor models and unique properties of this passive device. A linearized feedback loop amplitude model is used to design the AGC, and a design tradeoff analysis based on distortion performance is developed. The analysis results are verified with SPICE simulation including a TiO₂ memristor SPICE model.     

忆阻-CMOS混合模逆电路设计

模逆运算是加密算法中最复杂的运算,更是最关键的模块之一。忆阻器是替代现有的晶体管从而延续摩尔定律的有力竞争者。文中结合信息安全和忆阻器两个领域的研究现状,将忆阻蕴含机制应用于模逆电路设计,研究忆阻器应用于大规模数字电路中的可行性和适应性。首先,基于FPGA平台提出忆阻蕴含逻辑电路模型,进而实现了基础逻辑门和加法器等功能模块;再调用功能模块,成功设计出了基于二进制扩展的Euclidean算法的忆阻-CMOS混合模逆电路。经仿真与验证,模逆模块在200MHz的时钟下能正确地执行设计功能。     

忆阻元件的研究进展

忆阻元件是一种联系电荷和磁链之间关系的新的无源电路元件,可以称其为第四类基本电路元件。本文首先介绍了忆阻元件的概念、基本模型及其数学表示方法,然后介绍了目前国内外的研究现状。国内研究主要集中于忆阻元件的数学模性、特性及与其它元件组成的简单电路的性能;国外的研究主要集中于忆阻元件在各方面的潜在应用以及由忆阻概念进一步推测忆容和忆感元件及其系统。     

基于忆阻元件的五阶混沌电路研究

采用一个有源磁控忆阻器替换四阶蔡氏振荡器中的蔡氏二极管,导出了一个基于忆阻元件的五阶混沌电路,建立了相应电路状态变量的微分方程组.理论分析表明该忆阻混沌电路具有一个平衡点集,其稳定性随忆阻器初始状态变化而变化.采用常规的动力学分析手段研究了忆阻器初始状态发生变化时电路的动力学特性.数值仿真结果验证了理论分析的正确性.     

非对称忆阻诱导的吸引子非对称演化与机理研究

紧磁滞回线是评测物理器件或数学模型是否为忆阻的关键依据,其对称特性也是忆阻的重要特征之一。该文提出一种有源非对称忆阻二极管桥模拟器,它通过改变二极管桥中并联二极管的数量可实现紧磁滞回线非对称度的控制。首先,验证了该非对称忆阻模拟器的指纹特征,并着重探讨了激励频率和对称度控制参数对紧磁滞回线非对称度的影响。进一步地,将该非对称忆阻模拟器耦合到Sallen-Key高通滤波器,构建了一种无感忆阻蔡氏电路;建立了相应的无量纲系统,并揭示了系统吸引子的非对称演化现象。结合平衡点稳定性分析、分岔分析和多吸引子状态初值空间分布,阐明了吸引子非对称演化的产生机理。结果表明,受非对称忆阻的影响,无感忆阻蔡氏电路的两个不稳定鞍焦点失去平衡,导致了非对称共存分岔、多稳定模态等行为的产生。最后,由硬件电路实验验证了理论分析与数值仿真的正确性。     

基于忆阻的全功能巴甫洛夫联想记忆电路的设计、实现与分析

联想记忆是一种描述生物学习和遗忘过程的重要机制,对构建神经形态计算系统和模拟类脑功能有重要的意义,设计并实现联想记忆电路成为人工神经网络领域内的研究热点。巴甫洛夫条件反射实验作为联想记忆的经典案例之一,其硬件电路的实现方案仍然存在电路设计复杂、功能不完善以及过程描述不清晰等问题。基于此,该文融合经典的条件反射理论和纳米科学技术,提出一种基于忆阻的全功能巴甫洛夫联想记忆电路。首先,基于水热合成法和磁控溅射法制备了Ag/TiO_x nanobelt/Ti结构的忆阻器,通过电化学工作站、四探针测试台和透射电子显微镜联合完成相应的性能测试;接着,利用测试得到的电化学数据,构建了Ag/TiO_x nanobelt/Ti忆阻器的数学模型和SPICE电路模型,并通过客观评价验证模型的精确度;进一步,基于提出的Ag/TiO_x nanobelt/Ti忆阻器模型,设计了一种全功能巴甫洛夫联想记忆电路,通过电路描述和功能分析,论述了该电路能够正确模拟巴甫洛夫实验中2类学习过程和3类遗忘过程;最后,通过一系列计算机仿真和分析,验证了所提方案的正确性和有效性。