一种基于忆阻器的AD转换电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于忆阻器的AD转换电路，相对于现有的双积分型AD转换电路，所设计的AD转换电路体积较小，便于集成，电路结构比较简单，且对整个电路系统造成的电磁干扰较小。现有的双积分型AD转换电路含有体积很大的电容，在电路设计中必须通过外接，无法集成。而忆阻器的体积非常小，便于集成，可以有效减小电路体积。同时，所设计的AD转换电路比现有的双积分型AD转换电路减少了一个放电控制电路，降低了电路复杂度。电容充放电会给电路系统造成很大的电磁干扰，给电路设计造成困难。而忆阻器相当于阻值变化的电阻，产生的电磁干扰非常小。所设计的AD转换电路对周期性的对称干扰信号具有很强的抑制能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于忆阻器的AD转换电路
本专利技术属于模拟-数字电路和新兴的电路技术应用领域，更具体地，涉及一种基于忆阻器的AD转换电路。
技术介绍
忆阻器是除电阻、电容、电感之外的第四种基本电路元件。忆阻器最先由加州大学伯克利分校的蔡少棠(Leon.O.Chua)教授于1971年从理论上推导得到。蔡少棠指出，电压v、电流i、电荷q和磁通量这四个基本电路变量之间应该存在六种数学关系：电流定义为电荷关于时间的变化率i＝dq/dt；电压定义为磁通量关于时间的变化率电阻定义为电压随着电流的变化率R＝dv/di；电容定义为电荷随着电压的变化率C＝dq/dv；电感定义为磁通量随着电流的变化率缺少了一种能够将电荷q与磁通量关联起来的电路元件，而这种元件即由电荷q与磁通量之间的关系来定义：M即是忆阻。美国惠普实验室的Strukov和其同事在进行极小型电路实验时制造出忆阻的实物，其成果发表在2008年5月的《自然》杂志上，忆阻的发现足以媲美100年前专利技术的三极管，其任何一项产业化应用都可能带来新一轮的产业革命。忆阻最突出的特点是其天然的非易失性记忆功能和良好的开关特性，在非易失性存储器技术、可重构信号处理电路、人工神经网络保密通信、模拟电路、人工智能计算机、生物行为模拟等领域具有巨大的应用潜力。惠普忆阻器将经过掺杂的TiO2和未掺杂的TiO2连接在两个Pt电极之间，形成一种三明治结构。当在两个Pt电极之间加电压时，在电场的作用下，在掺杂的TiO2和未掺杂的TiO2间出现离子移动。因此，经过掺杂的TiO2和未掺杂的TiO2的区域的长度会发生变化。而经过掺杂的TiO2和未掺杂的TiO2的电阻率是不同的，因此，忆阻器中两种TiO2的区域的长度发生变化会引起忆阻器阻值的变化。如果，给忆阻器施加正电压，它的忆阻值增加，那么，在忆阻器的同一端施加负电压，它的忆阻值会减小。数字电子技术广泛应用在人们生活的各个方面。一些常见的电子设备如，手机，电脑，电视机，数码相机等的内部无一不是包含着成百上千的数字芯片。同样地，在交通网络，航空航天，工业制造等领域，数字技术更是发挥着非常巨大的作用。数字电路相对于模拟电路具有如下的优点：稳定性高，结果的再现性好；易于设计；能够大批量生产，成本低廉；具有可编程性；高速度，低功耗。因此，数字电路是现代电子电路设计的重要部分。即使到现在，数字电子技术仍然在不断的发展，改变着人们的生活。但是，无论数字技术如何发展，也不能代替模拟技术。自然界中绝大多数物理量是模拟量，例如，声音，压力，温度，湿度等等，数字信号和模拟信号是不兼容的，数字技术不能直接接收和处理模拟信号，也无法将处理后的数字信号直接送到外部世界。在模拟量输入到数字芯片之前，需要先将模拟信号转化为对应的数字信号，再输入到数字芯片内部进行处理。把模拟信号转化成数字信号的电路就是AD转换电路，它是连接模拟和数字信号的关键。现有的AD转换电路主要可以分为三种类型：并行比较型AD转换电路，逐次比较型AD转换电路，双积分型AD转换电路。双积分型AD转换电路的基本原理是在某一固定时间内对输入模拟电压求积分，首先将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后，再利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，得到与输入模拟量对应的数字量输出。双积分型AD转换器由积分器，过零比较器，时钟脉冲控制门和计数器等几部分组成。由于双积分AD转换电路取的是输入电压的平均值，因此对周期性的对称干扰信号具有很强的抑制能力。同时，因为在两次积分中使用的是同一积分器，因此，电阻，脉冲源等元件的参数的变化对转换精度的影响均可以忽略。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于忆阻器的AD转换电路，旨在解决现有的双积分型AD转换电路体积较大，不便于集成，且对整个电路系统造成的电磁干扰较大的问题。所设计的AD转换电路采用体积非常小的忆阻器，不包含电容，便于集成，减小了电路体积。相对于现有的双积分型AD转换电路减少了一个放电控制电路，降低了电路复杂度，进一步减小了电路体积。因为不包含电容，所设计的AD转换电路对整个电路系统造成的电磁干扰较小。同时，所设计的AD转换电路和现有的双积分型AD转换电路一样，对周期性的对称干扰信号具有很强的抑制能力。本专利技术提供了一种基于忆阻器的AD转换电路，包括：选择开关S1，反相放大电路，比较转换电路，脉冲控制电路和计数器；所述选择开关S1的一端连接待转换电压+Vi和参考电压-Vref，所述选择开关S1的另一端连接至所述反相放大电路的输入端，所述选择开关S1用于选择将待转换电压+Vi或参考电压-Vref中的一个连接到反相放大电路并作为所述反相放大电路的输入电压；所述比较转换电路的输入端连接至所述反相放大电路的输出端，所述脉冲控制电路的输入端连接至所述比较转换电路的第一输出端，所述比较转换电路的第二输出端用于输出指示一次AD转换结束的指示信号L1；所述计数器的第一输入端连接至所述脉冲控制电路的输出端，所述计数器的第二输入端连接用于将计数器清零的信号M1，所述计数器的输出端连接至所述选择开关S1的控制端，当计数器的计数值达到最大值，计数器输出用于控制所述选择开关S1的定时信号DT，待一次AD转换结束，通过信号M1将计数器清零并进入下一次AD转换。更进一步地，反相放大电路包括：忆阻器Rm，电阻Rn和第一运算放大器A1，所述忆阻器Rm的一端作为所述反相放大电路的输入端，所述忆阻器Rm的另一端连接至所述第一运算放大器A1的反相输入端，所述第一运算放大器A1的同相输入端接地，所述电阻Rn的一端连接至所述第一运算放大器A1的反相输入端，所述电阻Rn的另一端连接至所述第一运算放大器A1的输出端，所述第一运算放大器A1的输出端作为所述反相放大电路的输出端。更进一步地，比较转换电路包括：第二运算放大器A2，电阻RL和晶体管T1，所述第二运算放大器A2的反相输入端作为所述比较转换电路的输入端，所述第二运算放大器A2的同相输入端用于连接阈值电压Vth；所述晶体管T1的控制端连接至所述第二运算放大器A2的输出端，所述晶体管T1的一端连接电源VS，所述晶体管T1的另一端通过所述电阻RL接地，所述晶体管T1的另一端还作为所述转换电路的第一输出端和第二输出端。更进一步地，所述脉冲控制电路包括：与门U1，所述与门U1的第一输入端作为所述脉冲控制电路的输入端，所述与门U1的第二输入端用于连接周期脉冲信号CP，所述与门U1的输出端CLK作为所述脉冲控制电路的输出端。更进一步地，所述计数器包括：第一计数单元K1，第二计数单元K2，与非门U2和与门U3；所述第一计数单元K1的脉冲计数端1CP作为所述计数器的第一输入端，脉冲控制电路的输出CLK连接到K1的脉冲计数端1CP，信号M1连接到第一计数单元K1的清零端1CR和第二计数单元K2的清零端2CR，第一计数单元K1的四个输出1Q0，1Q1，1Q2，1Q3分别依次连接至所述与非门U2的四个输入端，所述与非门U2的输出端连接到第二计数单元K2的脉冲计数端2CP，第二计数单元K2的四个输出2Q0，2Q1，2Q2，2Q3连接到与门U3的四个输入端，与门U3的输出端是定时信号DT。更进一步地，所述第一计数单元K1和所述第二计数单元K2均为双十六进制计数器。总本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于忆阻器的AD转换电路，其特征在于，包括：选择开关S

【技术特征摘要】
1.一种基于忆阻器的AD转换电路，其特征在于，包括：选择开关S1，反相放大电路(1)，比较转换电路(2)，脉冲控制电路(3)和计数器(4)；所述选择开关S1的一端连接待转换电压+Vi和参考电压-Vref，所述选择开关S1的另一端连接至所述反相放大电路(1)的输入端，所述选择开关S1用于选择将待转换电压+Vi或参考电压-Vref中的一个连接到反相放大电路(1)并作为所述反相放大电路(1)的输入电压；所述比较转换电路(2)的输入端连接至所述反相放大电路的输出端，所述脉冲控制电路(3)的输入端连接至所述比较转换电路(2)的第一输出端，所述比较转换电路(2)的第二输出端用于输出指示一次AD转换结束的指示信号L1；所述计数器(4)的第一输入端连接至所述脉冲控制电路(3)的输出端，所述计数器的第二输入端连接用于将计数器(4)清零的信号M1，所述计数器的输出端连接至所述选择开关S1的控制端，当计数器(4)的计数值达到最大值，计数器(4)输出用于控制所述选择开关S1的定时信号DT，待一次AD转换结束，通过信号M1将计数器(4)清零并进入下一次AD转换。2.如权利要求1所述的AD转换电路，其特征在于，所述反相放大电路(1)包括：忆阻器Rm，电阻Rn和第一运算放大器A1，所述忆阻器Rm的一端作为所述反相放大电路(1)的输入端，所述忆阻器Rm的另一端连接至所述第一运算放大器A1的反相输入端，所述第一运算放大器A1的同相输入端接地，所述电阻Rn的一端连接至所述第一运算放大器A1的反相输入端，所述电阻Rn的另一端连接至所述第一运算放大器A1的输出端，所述第一运算放大器A1的输出端作为所述反相放大电路(1)的输出端。3.如权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨乐，曾志刚，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42