一种用于忆阻器阵列的训练装置及方法

本公开涉及测量，具体涉及一种用于忆阻器阵列的训练装置及方法。

背景技术：

1、近年来，摩尔定律逐渐失效，处理器与存储器之间面临着冯·诺依曼瓶颈，忆阻器成为解决该问题的候选器件。

2、忆阻器是一种新型的半导体器件，可以通过电阻值的变化来记忆流经的电荷或磁通。在忆阻器的电极两端施加脉冲电压，可以改变它的阻值状态。

3、为了使忆阻器阵列可以实现高精度类脑神经形态计算，必须对忆阻器的电阻进行精确调控。然而，采用目前的忆阻器阵列训练装置训练得到的忆阻器阵列的精度还有待于提高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提供了一种用于忆阻器阵列的训练装置及方法，以期至少部分解决以上存在的技术问题。

2、根据本公开的一个方面，提供了一种忆阻器阵列的训练装置，包括：忆阻器阵列，包括多行多列忆阻器单元，每个忆阻器单元包括晶体管和忆阻器；脉冲发生器，被配置为：产生幅度以及脉宽可变的脉冲信号；选通模块，被配置为：在忆阻器阵列中选通目标忆阻器单元，并向目标忆阻器单元输入脉冲信号；检测模块，包括采样电阻，采样电阻的第一端与忆阻器阵列串联，第二端接地，检测模块被配置为：基于采样电阻两端的电压以及脉冲信号检测目标忆阻器单元的忆阻器电阻，若忆阻器电阻未达到预设电阻值，则控制选通模块向目标忆阻器单元输入不同幅度和脉宽的脉冲信号以调节目标忆阻器单元中的忆阻器电阻，直至忆阻器电阻达到预设电阻值。

3、根据本公开的实施例，检测模块还包括：第一运算放大器，第一运算放大器的输入端与采样电阻的第一端连接，并接收采样电阻的第一端的电压，输出对应的第一放大电压；数模转换器，数模转换器的第一输入端与第一运算放大器的输出端连接，接收第一放大电压，并输出第一信号，检测模块基于第一信号以及脉冲信号检测目标忆阻器单元的忆阻器电阻是否达到预设电阻值。

4、根据本公开的实施例，检测模块被配置为，基于检测公式计算目标忆阻器单元的忆阻器电阻，检测公式为：

5、

6、其中，vadc为基于第一信号转换得到的电压，g为第一运算放大器的放大倍数，vread为脉冲信号的幅度，rsense为采样电阻的电阻值，rt为需要求解的忆阻器的电阻。

7、根据本公开的实施例，忆阻器阵列还包括：对应于忆阻器阵列中各行的字线、对应于忆阻器阵列中各列的位线、对应于忆阻器阵列中各列的源线，其中，晶体管的栅极连接到忆阻器单元所在行对应的字线，晶体管的第一极连接到忆阻器单元所在列对应的源线，晶体管的第二极连接到忆阻器的第一端，忆阻器的第二端连接到忆阻器单元所在列对应的位线；选通模块包括：字线驱动器，被配置为：响应于字线驱动信号将控制电压施加在各行字线上；位线驱动器，被配置为：响应于位线驱动信号将脉冲信号施加至各列位线上，选通模块基于施加在字线上的控制电压以及施加在位线上的脉冲信号选通目标忆阻器单元；源线驱动器，被配置为：对忆阻器阵列中各列的源线分别施加源线电压，以使忆阻器单元中的晶体管导通并工作在饱和区。

8、根据本公开的实施例，位线驱动器包括：第一译码器，用于对忆阻器阵列的列地址进行译码，输出位线驱动信号；继电器，继电器响应于位线驱动信号将脉冲信号施加至各列位线上。

9、根据本公开的实施例，字线驱动器包括：第二译码器，用于对忆阻器阵列的行地址进行译码，输出字线驱动信号；第一模拟开关，第一模拟开关响应于字线驱动信号将控制电压施加在各行字线上。

10、根据本公开的实施例，源线驱动器由第二模拟开关构成。

11、根据本公开的实施例，脉冲发生器包括：脉冲宽度调节单元，脉冲产生单元用于产生脉宽可变且极性相反的初始脉冲信号；脉冲幅度调节单元，脉冲幅度调节单元用于产生幅度可变且极性相反的初始脉冲信号；驱动电路，驱动电路用于接收初始脉冲信号，输出脉冲信号。

12、根据本公开的实施例，脉冲宽度调节单元包括：fpga芯片以及第三模拟开关，fpga芯片控制第三模拟开关输出脉宽可变的正脉冲、负脉冲以及读脉冲。

13、根据本公开的实施例，脉冲幅度调节单元包括：基准电信号参考源，基准电压参考源用于产生参考电信号；第一数字电位器，与基准电信号参考源的输出端连接，用于对参考电信号的脉冲幅度进行调节后输出第一极性参考电信号；反相器，反相器的输入端与基准电信号参考源的输出端连接，用于对参考电信号进行反相；第二数字电位器，与反相器的输出端连接，用于对反相的参考电信号的脉冲幅度进行调节后输出第二极性参考电信号；电压跟随器，与第一数字电位器以及第二数字电位器的输出端连接，用于对第一极性参考电信号以及第二极性参考电信号进行处理后初始初始脉冲信号。

14、根据本公开的实施例，驱动电路包括：加法器，加法器的第一输入端接收初始脉冲信号，并对初始脉冲信号的偏置电压进行消除后输出；偏置子电路，偏置子电路与加法器的第二输入端连接；滤波器，滤波器与加法器的输出端连接，接收初始脉冲信号；至少一个电流型运算放大器，电流型运算放大器的输入端与滤波器的输出端连接，用于接收初始脉冲信号，进行放大后输出脉冲信号。

15、根据本公开的另一方面，提供了一种用于忆阻器阵列的训练方法，包括：提供忆阻器阵列，包括多行多列忆阻器单元，每个忆阻器单元包括晶体管和忆阻器；在忆阻器阵列中选通目标忆阻器单元，并向目标忆阻器单元输入脉冲信号；提供采样电阻，采样电阻的第一端与忆阻器阵列串联，第二端接地；基于采样电阻两端的电压以及脉冲信号检测目标忆阻器单元的忆阻器电阻是否达到预设电阻值；若未达到预设电阻值，则向目标忆阻器单元输入不同幅度和脉宽的脉冲信号，以调节目标忆阻器单元中的忆阻器电阻，直至忆阻器电阻达到预设电阻值。

16、本公开提供了一种用于忆阻器阵列的训练装置及方法，其至少具有以下有益效果：

17、本公开实施例中，检测模块包括与忆阻器阵列串联的采样电阻，采样电阻的第一端与忆阻器阵列连接，第二端接地，因此，仅需检测第一端的电压即可获取采样电阻两端的电压。根据电路串联原理，流经目标忆阻器单元的电路电流和采样电阻的电流是相同的。利用该原理，在脉冲信号输入目标忆阻器单元时，能够根据脉冲信号的值以及采样电阻两端的电压值计算出目标忆阻器单元中的电阻值，进而能够对目标忆阻器单元的忆阻器电阻进行实时反馈，再根据反馈结果，调节选通模块，使选通模块向目标忆阻器单元输入不同幅度和脉宽的脉冲信号，进而调节目标忆阻器单元的忆阻器电阻。

18、利用采样电阻来检测目标忆阻器单元的忆阻器电阻，而非通过将脉冲信号输入至运算放大器中，再检测运算放大器的输出信号来检测目标忆阻器单元的忆阻器电阻。如此，能够避免发生由于输入至运算放大器的脉冲信号过大使得运算放大器发生输出电压饱和的现象。进而能够避免目标忆阻器单元的忆阻器两端的电压发生漂移，而使忆阻器的电阻调节不准的问题。同时，还能够避免由于运算放大器发生输出电压饱和现象而导致检测到的忆阻器电阻不准的问题，能够提高反馈精度，增加对忆阻器电阻的监测范围，进而提高对忆阻器阵列的训练精度。