一种分段线性磁控忆阻器的模拟等效电路制造技术

本发明专利技术公开了一种分段线性磁控忆阻器的模拟等效电路，电路由跟随器、反相器、反相积分器、窗口比较器、压控开关S和负阻抗转换器串联构成；运放U1构成跟随器，主要起隔离作用，U2构成反相器，U3为反相积分器实现对忆阻器端口电压的积分，U3的输出v3out对应忆阻器的内部状态控制变量φ(t)；运放U4和U5构成窗口比较器，其输出电平控制压控开关S的通断；运放U6及外围电阻构成负阻抗转换电路。当v3out≤1时，窗口比较器的输出为低电平，压控开关S处于断开状态，此时忆阻器的电导为‑1/Ra，当v3out＞1时，窗口比较器输出为高电平，压控开关S处于导通状态，此时忆阻器对应的电导为(‑1/Ra+1/Rb)。本发明专利技术具有线路简单、效果好的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模拟电子线路领域，特别是涉及一种分段线性磁控忆阻器的模拟等效电路。
技术介绍
2008年5月惠普实验室研究小组采用纳米技术实现了具有“记忆”特性的电阻，从而证实了忆阻器概念和相关理论。作为与电阻，电感，电容并列的第4个基本无源器件，忆阻器建立了磁链和电荷之间的关系，其阻值与两端的电压幅度、极性和工作时间有关。由于忆阻器具有“记忆”功能，其潜在的应用价值引起了国内外学者的广泛关注。利用其数字工作方式，忆阻器可以实现非易失性阻抗存储器(RRAM)和现场可编程门阵列(FPGA)；利用其模拟工作方式，忆阻器可以实现人工神经网络和新型类脑系统。由于忆阻器没有商品化，忆阻器的建模和电路模拟成为当前忆阻器研究的热点问题，但大多数忆阻器模型和等效电路的工作频率都非常有限，没有真正体现出忆阻器的高频处理能力。作为一种非线性器件，忆阻器可以用来实现高频混沌电路，从而在混沌保密通信、图像加密和电子测量系统中具有重要的应用价值。一般来说，采用忆阻器实现混沌电路有两种方式：(1)采用分段线性模型的忆阻器实现标准及类蔡氏混沌电路，在一定的参数条件下这些电路可以产生不同的混沌吸引子；(2)利用光滑模型的磁控忆阻器实现一系列新的蔡氏混沌电路。由于忆阻器没有商品化，混沌电路只能建立在理论分析的基础上，无法从电路方面验证其混沌行为。虽然文献中提出了光滑型忆阻器的模拟等效实现电路，但工作频率非常有限。为了从电路方面验证混沌电路的混沌行为，本专利技术设计了一种分段线性磁控忆阻器的模拟等效电路。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术设计了一种分段线性磁控忆阻器的模拟等效电路。本专利技术所采用的技术方案是：忆阻器的模拟等效电路由跟随器、反相器、反相积分器、窗口比较器、压控开关和负阻抗转换器串联构成；反相积分器的输出v3out对应忆阻器的内部状态控制变量φ(t)，窗口比较器的输出电平控制压控开关S的通断，当v3out≤1时，窗口比较器的输出为低电平，压控开关处于断开状态，此时忆阻器的电导为-1/Ra，当v3out＞1时，窗口比较器输出为高电平，压控开关处于导通状态，此时忆阻器对应的电导为(-1/Ra+1/Rb)。运算放大器U1构成跟随器，主要起隔离作用；运算放大器U2和三个电阻(R4＝R5＝R6＝10K)构成反相器；运算放大器U3、三个电阻(R7＝3K、R8＝68K、R10＝1K)和一个电容C5＝47μF构成反相积分器，实现对忆阻器端口电压的积分；运算放大器U4和U5、二个1VDC电源、一个电阻(R10＝10K)及二个二极管D1和D2(IN4007)构成窗口比较器，其输出电平控制压控开关S的通断；压控开关S采用高速集成开关ADG2012AKN，电源电压为±12V，Ra＝2.5K，Rb＝6K；运算放大器U6及二个电阻(R11＝3K、R12＝68K)构成负阻抗转换电路；运算放大器采用AD711AKN。工作过程是：运算放大器U1构成跟随器，主要起隔离作用，U2构成反相器，U3为反相积分器实现对忆阻器端口电压的积分，其输出可以表示为 v 3 o u t = 1 ζ ∫ o t v d t ]]>其中ζ＝R7C5为忆阻器等效电路的量化因子。根据法拉第定律，电压对时间的积分为磁链，即U3的输出对应忆阻器的内部状态控制变量φ(t)。集成运放U4和U5构成窗口比较器，其输出电平控制压控开关S的通断。当忆阻器两端流过的磁链||φ(t)|≤1时，窗口比较器的输出为低电平，开关S处于断开状态，此时忆阻器的电导为-1/Ra，当忆阻器两端流过的磁链|φ(t)|＞1时，窗口比较器输出为高电平，开关S处于导通状态，此时忆阻器对应的电导为(-1/Ra+1/Rb)。本专利技术的有益技术效果是：设计的电路能很好地实现图2的分段线性有源磁控忆阻器功能。与光滑型忆阻器等效电路相比，由于本等效电路不含乘法器，因而更加简单且便于实现。附图说明附图1是分段线性有源忆阻器的等效实现电路。附图2是有源磁控忆阻器φ-q曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步说明。忆阻器在一定的频率范围内具有“记忆”特性，当超过一定频率时，忆阻器的“记忆”功能消失并蜕化为线性电阻。对于本专利技术提出的等效电路，可以推导出有效工作频率范围。设忆阻器的输入电压为v＝Asinωt则忆阻器两端的磁链对应为(设初始值为0)由上述工作过程可以看出，当忆阻器两端的磁链始终小于阈值1，即时，忆阻器蜕化为线性电阻，对应的电导值为-1/Ra。从而可以推导出该电路的有效工作频率为本专利技术提出的忆阻器等效电路的有效工作频率范围与忆阻器两端电压的幅值A和量化因子ζ密切相关。因此在具体应用中可以通过减小电路的量化因子ζ来提高其有效工作频率范围。以上是本专利技术的较佳实施例而已，并非对本专利技术作任何形式上的限制，凡是依据本专利技术的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于专利技术技术方案的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分段线性磁控忆阻器的模拟等效电路，其特征在于，电路由跟随器、反相器、反相积分器、窗口比较器、压控开关和负阻抗转换器串联构成；运算放大器U1构成跟随器，主要起隔离作用；运算放大器U2和三个电阻R4＝R5＝R6＝10K构成反相器；运算放大器U3、三个电阻R7＝3K、R8＝68K、R10＝1K和一个电容C5＝47μF构成反相积分器，实现对忆阻器端口电压的积分，反相积分器的输出v3out对应忆阻器的内部状态控制变量φ(t)；运算放大器U4和U5、二个1VDC电源、一个电阻R10＝10K及二个二极管D1和D2构成窗口比较器，其输出电平控制压控开关S的通断；压控开关S采用高速集成开关ADG2012AKN，电源电压为±12V，Ra＝2.5K，Rb＝6K；运算放大器U6及二个电阻R11＝3K、R12＝68K构成负阻抗转换电路；当v3out≤1时，窗口比较器的输出为低电平，压控开关S处于断开状态，此时忆阻器的电导为‑1/Ra，当v3out＞1时，窗口比较器输出为高电平，压控开关S处于导通状态，此时忆阻器对应的电导为(‑1/Ra+1/Rb)。

【技术特征摘要】
1.一种分段线性磁控忆阻器的模拟等效电路，其特征在于，电路由跟随器、反相器、反相积分器、窗口比较器、压控开关和负阻抗转换器串联构成；运算放大器U1构成跟随器，主要起隔离作用；运算放大器U2和三个电阻R4＝R5＝R6＝10K构成反相器；运算放大器U3、三个电阻R7＝3K、R8＝68K、R10＝1K和一个电容C5＝47μF构成反相积分器，实现对忆阻器端口电压的积分，反相积分器的输出v3out对应忆阻器的内部状态控制变量φ(t)；运算放大器U4和U5、二个1VDC电源、一个电...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘丰，高敏，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32