一种基于VDTA-VDCA的完全浮动型忆阻器模拟电路

本发明属于新型器件领域，具体涉及一种基于vdta-vdca的完全浮动型忆阻器模拟电路。

背景技术：

1、忆阻器用于表征磁通和电荷之间的关系，被广泛用于数字逻辑电路、神经网络和存算一体中，被认为是未来信息存储的核心基础器件。然而由于纳米级器件制作的难度，忆阻器仍未被商业化。为此，忆阻器模拟电路受到研究人员的关注，通过电路可以模拟忆阻器的电器特性，为商业化做准备。目前的忆阻器模拟电路存在无源器件数量多、电路可调性差、阻态保存时间短等缺点，因此需要找到新的忆阻器模拟电路，更好地表现忆阻器的电气特性，为未来的商业化打下基础。

技术实现思路

1、本发明的目的：提出一种基于vdta-vdca的完全浮动型忆阻器模拟电路，模拟忆阻器的电气特性。

2、为实现本发明，采用的技术方案是：一种基于vdta-vdca的完全浮动型忆阻器模拟电路，整体电路由1个vdta、1个vdca、一个电容 c、两个pmos晶体管( m r1、 m r2)构成。其中， m r1和 m r2构成电路的可变电阻器，忆阻器电路的阻值等效为忆阻器电路两端的输入电压与 m r1和 m r2上流过的电流之间的比值；vdta输出的电流流入电容 c中，电容 c上的电压控制 m r1和 m r2上流过的电流；vdca产生开关控制信号，实现忆阻器电路的长时间记忆功能。当忆阻器电路的p端口作为输入端口，n端口作为输出端口时，忆阻器电路工作在阻值递增状态。当忆阻器电路的n端口作为输入端口，p端口作为输出端口时，忆阻器电路工作在阻值递减状态。设计的忆阻器电路兼容cmos工艺，利于电路集成，具有长时间保持的特性和完全浮动的特点，并且无需改变电路的拓扑结构就可以实现忆阻器电路递增、递减模式之间的切换。

3、本发明的有益效果：1. 本发明提出了一种基于vdta-vdca的完全浮动型忆阻器模拟电路，具有长时间记忆、完全浮动、模式可调的特点。2. 本发明不需要改变电路的拓扑结构就可以切换忆阻器电路的递增、递减模式。3. 处于断电情况下，本发明具有长时间保持的特性。4. 改变忆阻器阻值范围可通过调节 v b的大小、调节晶体管 m r1和 m r2的长宽比来实现。

技术特征：

1.一种基于vdta-vdca的完全浮动型忆阻器模拟电路，电路特点在于：整体电路由1个vdta、1个vdca、1个电容c、2个pmos晶体管(mr1、mr2)构成。其中，mr1的栅极和mr2的栅极连接，mr1的源极和mr2的漏极连接，mr1的漏极和mr2的源极连接，mr1和mr2构成忆阻器电路的可变电阻器；vdta-vdca由vdta和vdca两个电路模块构成，具体包括2个电流传送器、1个互补电压放大器、1个开关电路和1个共用的差分放大器；差分放大器的p端口和n端口均可作为忆阻器电路的输入、输出端口，差分放大器的跨导增益由b端口的输入电压vb控制；开关电路的开启或关闭由输入z端口的高低电平控制，w端口为开关电路的输出端口；x端口为互补电压放大器的输出端口；vdta和vdca共用1个差分放大器，vdta控制mr1和mr2的栅极电压，改变mr1和mr2上流过的电流，vdca产生开关电路的控制信号，实现忆阻器电路的长时间记忆功能。当给忆阻器电路通入偏置电压vdd、vss和vb，并在p端口和n端口输入电压信号时，差分放大器将放大后的电压信号分别传输至互补电压放大器和电流传送器，电压信号的放大倍数由电路的偏置电压vb决定；放大后的电压信号经过互补电压放大器，产生的控制信号从x端口输出；x端口和开关电路中的z端口连接，当开关电路的z端口输入低电平时，开关电路开启，电流传送器上产生的电流流入电容c，电容c上的电压控制mr1和mr2上流过的电流，当输入高电平时，开关电路关闭，电容c上的电荷得到保存，电容c上的电压不变。忆阻器电路的阻值等效为忆阻器电路的输入电压与mr1和mr2上流过的电流之间的比值。当忆阻器电路的p端口作为输入端口，n端口作为输出端口时，忆阻器电路工作在阻值递增状态，当忆阻器电路的n端口作为输入端口，p端口作为输出端口时，忆阻器电路工作在阻值递减状态。设计的忆阻器电路兼容cmos工艺，利于电路集成，具有长时间保持的特性和完全浮动的特点，并且无需改变电路的拓扑结构就可以实现忆阻器递增、递减模式之间的切换。

2.根据权利要求1所述的一种基于vdta-vdca的完全浮动型忆阻器模拟电路，电路特点在于：所述的vdta电路模块包括2个电流传送器、1个开关电路和1个共用的差分放大器。当在差分放大器p端口和n端口输入电压信号时，差分放大器将电压信号放大传输至电流传送器；当开关电路开启时，电流传送器上产生的电流流入电容c中，电容c上的电压控制忆阻器电路中可变电阻器上流过电流，改变忆阻器电路的等效阻值。

3.根据权利要求1所述的一种基于vdta-vdca的完全浮动型忆阻器模拟电路，电路特点在于：所述的vdca电路模块包括1个互补电压放大器和1个共用的差分放大器。当在差分放大器p端口和n端口输入电压信号时，差分放大器将电压信号放大传输至互补电压放大器；互补电压放大器将电压信号进一步放大，产生一对互补的方波信号，并将方波信号叠加后从x端口输出；x端口和开关电路的z端口连接，x端口输出的电压信号控制开关电路的开启或关闭。

4.根据权利要求1所述的一种基于vdta-vdca的完全浮动型忆阻器模拟电路，电路特点在于：所述忆阻器电路的阻值等效为忆阻器电路两端的输入电压与mr1和mr2上流过的电流之间的比值。

5.根据权利要求1所述的一种基于vdta-vdca的完全浮动型忆阻器模拟电路，电路特点在于：设计的忆阻器电路兼容cmos工艺，利于电路集成；断电时忆阻器电路的阻值保存时间长；无需改变电路的拓扑结构就可以实现忆阻器递增、递减模式之间的切换。

技术总结本发明公开了一种基于VDTA‑VDCA的完全浮动型忆阻器模拟电路。整体电路由1个VDTA、1个VDCA、一个电容C、两个PMOS晶体管(M<subgt;R1</subgt;、M<subgt;R2</subgt;)构成。其中，M<subgt;R1</subgt;和M<subgt;R2</subgt;构成忆阻器电路的可变电阻器；VDTA控制M<subgt;R1</subgt;和M<subgt;R2</subgt;的栅极电压，改变M<subgt;R1</subgt;和M<subgt;R2</subgt;上流过的电流；VDCA产生开关控制信号，实现忆阻器电路的长时间记忆功能。设计的忆阻器电路兼容CMOS工艺，利于电路集成，具有长时间保持的特性和完全浮动的特点，并且无需改变电路的拓扑结构就可以实现忆阻器递增、递减模式之间的切换。技术研发人员：施阁,吴世恩,林如斌受保护的技术使用者：中国计量大学技术研发日：技术公布日：2024/3/31