基于忆阻器的输出连续可调电流源及控制方法

本发明涉及新兴电路，具体而言，涉及基于忆阻器的输出连续可调电流源及控制方法。

背景技术：

1、1971年提出了第四种基本电路元件忆阻器，2008年制造了忆阻器实物，忆阻器是一种无源电路元件，当其两端承受的电压达到忆阻器的阈值电压时，电流流经忆阻器会使得忆阻器的忆阻值改变。而电压未达到阈值电压时，忆阻器的忆阻值则不会改变。忆阻器相较于传统器件，具有晶体尺寸更小，集成度更高，能源消耗更低等优点。忆阻器由于其独特的动态特性，常用于神经网络方面的研究，但也为传统电路的改进带来了机会。

2、模拟电路中常采用镜像电流源电路为各级电路结构提供合适的静态电流，镜像电流源电路的工作流程是复制输入的高精度参考电流，产生一个与参考电流呈比例关系的输出电流。但由于参考电流与输出电流的比例关系是由电路元件参数决定，而电路元件参数在电路设计时一旦选定，后期便难以更改，也就是说，当电路设计确定后，参考电流与输出电流之间的数量关系便确定了，基于上述的传统电流源电路的两个痛点问题，1、需要额外的高精度参考电流，2、电路制造后，输出电流不可调。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于忆阻器的输出连续可调电流源及控制方法，在电流镜的基础上采用了忆阻器优化了电路结构，与传统电流镜电路相比，优化后的电路结构继承了电流镜的优良特性，且不需要额外产生高精度参考电流的电路结构，实现了输出电流的连续可调。

2、本发明的实施例是这样实现的：

3、第一方面，本技术实施例提供了基于忆阻器的输出连续可调电流源，包括内部含有忆阻器r的忆阻器控制电路以及与忆阻器控制电路连接的外部控制电路；

4、外部控制电路，用于根据输出电流的输出要求，生成与输出要求对应的数字控制信号和控制电压，并将数字控制信号和控制电压传输至忆阻器控制电路；

5、忆阻器控制电路，用于接收数字控制信号和控制电压，根据数字控制信号和控制电压调整忆阻器r的阻值，并输出满足输出要求的输出电流；

6、外部控制电路包括用于生成数字控制信号的数字信号控制部分和用于生成控制电压的控制电压输出部分；

7、控制电压输出部分包括多个用于输出目标电压的电压输出端，控制电压包括所有电压输出端输出的目标电压；

8、数字信号控制部分包括多个用于输出目标电平的信号输出端，数字控制信号包括所有信号输出端输出的目标电平。

9、本发明的有益效果是：数字信号控制部分包括的多个信号输出端，每个信号输出端与忆阻器控制电路连接的，实现向忆阻器控制电路输入数字控制信号；控制电压输出部分实现生成控制电压并向忆阻器控制电路输入控制电压，在基于忆阻器的输出连续可调电流源的电路中，通过外部控制电路，将接收的实际需求即实际输出电流进行逻辑变换，生成对应的控制电压，通过忆阻值控制电路，在控制电压和数字信号的触发下，调节忆阻器的忆阻值，实现忆阻器达到合适的忆阻值，在忆阻器的忆阻值的影响下，实现电流源输出合适的电流，可实时调节输出电流达到连续可调的目的，克服了现有电流源的电路结构技术中需要额外的高精度参考电流、以及在电路制造完成后输出电流不可调的问题。

10、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

11、进一步，上述数字信号控制部分的信号输出端设有四个，分别为第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端和第四信号输出端，电压输出端设有两个，分别为目标电压输出端vdd1和目标电压输出端vdd2；忆阻器控制电路包括忆阻器r、mos管t1、mos管t2、mos管t3、mos管t4、mos管t5、mos管t6、mos管t7和mos管t8；

12、忆阻器r的两端分别连接mos管t3的漏极和mos管t4的漏极，mos管t3的栅极和mos管t4的栅极分别对应连接第一信号输出端和第二信号输出端，mos管t3的源极连接mos管t1的漏极和mos管t2的漏极，mos管t1的源极和mos管t2的源极均接地，mos管t1的栅极、mos管t2的栅极和mos管t4的源极均连接目标电压vdd1；

13、忆阻器r的两端还分别连接mos管t5的漏极和mos管t6的漏极，mos管t5的栅极和mos管t6的栅极分别对应连接第三信号输出端和第四信号输出端，mos管t5的源极连接目标电压vdd2，mos管t6的源极分别连接mos管t7的漏极、mos管t7的栅极和mos管t8的栅极，mos管t7的源极和mos管t8的源极均接地。

14、进一步，上述忆阻器r的忆阻值通过第一公式表示，第一公式为：

15、

16、式中，rm(t)表示忆阻器r在控制电压施加t时间时的忆阻值，vdd1表示目标电压输出端vdd1输出的电压值，t表示控制电压的施加时间，ron表示忆阻器r的忆阻值的最小值，roff表示忆阻器r的忆阻值的最大值，k表示中间变量，rs表示t为零时忆阻器r的忆阻值。

17、进一步，上述输出电流与忆阻值之间的关系通过第二公式表示，第二公式表示为：

18、

19、式中，id表示输出电流的值，vdd2表示目标电压输出端vdd2输出的电压值，kn表示本征导电因子，vtn表示mos管t7导通的阈值电压，ron表示忆阻器r的忆阻值的最小值，roff表示忆阻器r的忆阻值的最大值，rs表示t为零时忆阻器r的忆阻值。

20、第二方面，本技术实施例提供了基于忆阻器的输出连续可调电流源的控制方法，应用于第一方面中任一项的基于忆阻器的输出连续可调电流源，包括，

21、s1，获取输出电流的输出要求，根据输出要求以及输出电流与忆阻值之间的关系，得到输出要求对应的目标阻值；

22、s2，根据目标阻值，控制外部控制电路生成对应的数字控制信号和控制电压；

23、s3，将对应的数字控制信号和控制电压输入带有忆阻器r的忆阻器控制电路，以调节忆阻器r的忆阻值为满足输出要求的目标阻值；

24、s4，基于目标阻值，忆阻器控制电路输出满足输出要求的输出电流。

25、进一步，上述s2具体为，

26、s201，通过目标阻值，得到控制电压以及信号输出端的通断时间，通断时间包括第一信号输出端的导通或截止时间、第二信号输出端的导通或截止时间、第三信号输出端的导通或截止时间和第四信号输出端的导通或截止时间；

27、s202，通过通断时间，得到各个信号输出端待输出的目标电平，数字控制信号包括多个目标电平。

28、进一步，上述s3具体为，

29、当第一信号输出端输出的目标电平为高电平、第二信号输出端输出的目标电平为低电平、第三信号输出端输出的目标电平为高电平和第四信号输出端输出的目标电平为低电平，且控制电压不小于预置电压时，忆阻器r的忆阻值增大；

30、当第一信号输出端输出的目标电平为高电平、第二信号输出端输出的目标电平为低电平、第三信号输出端输出的目标电平为高电平和第四信号输出端输出的目标电平为低电平，且控制电压小于预置电压时，忆阻器r的忆阻值减小；

31、当第一信号输出端输出的目标电平为低电平、第二信号输出端输出的目标电平为高电平、第三信号输出端输出的目标电平为低电平和第四信号输出端输出的目标电平为高电平，且控制电压为零时，忆阻器r的忆阻值不变。

32、进一步，上述s4具体为，

33、当忆阻器r的忆阻值增大时，实现忆阻器控制电路的输出电流减小；

34、当忆阻器r的忆阻值减小时，实现忆阻器控制电路的输出电流增大；

35、当忆阻器r的忆阻值不变时，实现忆阻器控制电路的输出电流不变。