一种忆阻器仿真模型制造技术

本实用新型专利技术公开了一种忆阻器仿真模型，包括忆阻器等效电阻R1、受控电压源V1至V3、电阻R2至R6、电容C、第一运放和第二运放。忆阻器等效电阻R1的一端与受控电压源V1的正极相连；受控电压源V2的负极接地，受控电压源V2的正极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端分别于第一运放的反相输入端、电容C的一端相连，电容C的另一端与第一运放的输出端相连，第一运放的正相输入端接地；受控电压源V3的负极接地，受控电压源V3的正极与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端分别于第二运放的反相输入端、电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与第二运放的输出端相连，第二运放的正相输入端分别于电阻R5、电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接地。

【技术实现步骤摘要】
一种忆阻器仿真模型
本技术涉及一种忆阻器仿真模型，属于电路设计领域。
技术介绍
随着集成电路工艺尺寸向几纳米量级不断靠近，在基于互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)晶体管的集成电路制造技术中，摩尔定律受到了严重的挑战。新型纳米级器件的寻找成了延续摩尔定律的关键。其中，由Chua在1971年提出的，除电阻R、电感L和电容C以外的第四种基本元件-忆阻器M被认为是最有可能延续摩尔定律的关键器件之一。可是，直到2008年惠普实验室才公开了一种P_t-TiO_2-P_t三明治结构的实物忆阻器，并给出了边界迁移模型来解释该忆阻器的工作原理。精确的Spice仿真模型有利于帮助忆阻器研发人员构建忆阻器电路。可是，现有的Spice模型只有在电路上电时(时间t＝0时)，输入正弦电压信号相位是0的情况下，其i-v曲线才能体现出忆阻器固有的捏滞回曲线特征；否则，该Spice模型的i-v曲线显示为非捏滞回曲线的斜线，不能实现忆阻器百分之百的仿真。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种忆阻器仿真模型，以受控源和理想运放为主要元件直接实现了忆阻器的边界迁移模型。本技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种忆阻器仿真模型，包括忆阻器等效电阻R1、受控电压源V1至V3、电阻R2至R6、电容C、第一运放和第二运放；忆阻器等效电阻R1的一端与受控电压源V1的正极相连；受控电压源V2的负极接地，受控电压源V2的正极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端分别于第一运放的反相输入端、电容C的一端相连，电容C的另一端与第一运放的输出端相连，第一运放的正相输入端接地；受控电压源V3的负极接地，受控电压源V3的正极与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端分别于第二运放的反相输入端、电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与第二运放的输出端相连，第二运放的正相输入端分别与电阻R5、电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接地。进一步，第二运放的正电源端接1V电压，负电源端接0V。进一步，受控电压源V1的电压值为(RON-ROFF)x(t)i(t)，其中：RON为忆阻器低阻值状态下的低阻值电阻，ROFF为忆阻器高阻值状态下的高阻值电阻，w(t)为t时刻掺杂区的宽度，D为忆阻器长度，i(t)为t时刻流经忆阻器的电流。进一步，受控电压源V2的电压值为i(t)，其中i(t)为t时刻流经忆阻器的电流。进一步，受控电压源V3的电压值为kq(t)，其中：RON为忆阻器低阻值状态下的低阻值电阻，μV为忆阻器中的载流子的迁移率，D为忆阻器长度，q(t)为t时刻流经忆阻器的累计电荷量。本技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、避免窗函数的使用，以受控源和理想运放为主要元件直接实现了忆阻器的边界迁移模型；2、使用电容C充电的方式模拟了边界迁移模型中的电流积分；3、使用运算放大器的输出限压行为实现了4、对于忆阻器的初始状态只有一个初始电荷量为0(q(0)＝0)的限制，无需限制输入信号相位和边界(w(0)＝0，x(0)＝0)。附图说明图1是忆阻器仿真模型电路示意图；图2是取v(t)＝sin(πt)，X0＝0时，v(t)，i(t)，q(t)，x(t)的波形；图3是取v(t)＝sin(πt)，X0＝0时，i(t)～v(t)的波形；图4是取X0＝0时，v(t)，i(t)，q(t)，x(t)的波形；图5是取X0＝0时，i(t)～v(t)的波形；图6是取v(t)＝sin(πt+π)，X0＝0时，v(t)，i(t)，q(t)，x(t)的波形；图7是取v(t)＝sin(πt+π)，X0＝0时，i(t)～v(t)的波形；图8是取v(t)＝sin(πt)，X0＝0.5时，v(t)，i(t)，q(t)，x(t)的波形；图9是取v(t)＝sin(πt)，X0＝0.5时，i(t)～v(t)的波形；图10是取v(t)＝sin(4πt)，X0＝0时，v(t)，i(t)，q(t)，x(t)的波形；图11是取v(t)＝sin(4πt)，X0＝0时，i(t)～v(t)的波形。具体实施方式下面详细描述本技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。本
技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。下面结合附图对本技术的技术方案做进一步的详细说明：忆阻器边界迁移模型中宽度为D的忆阻器由高掺杂和未掺杂的区域构成，高掺杂一端引出正极，未掺杂一端引出负极。定义电流从忆阻器正极流入，负极流出为正向电流；电流从忆阻器负极流入，正极流出为反向电流，定义忆阻器正极到高掺杂区与未掺杂区边界的距离为w。忆阻器接入正向电流时，随着流入忆阻器的累计电荷量增加，w变大，趋向于D，当w＝D时，整个忆阻器对外都呈现为高掺杂状态，称为忆阻器低阻值状态，低阻值电阻为RON。忆阻器接入反向电流时，随着流入忆阻器的累计电荷量增加，w变小，趋向于0，当w＝0时，整个忆阻器对外都呈现为未掺杂状态，称为忆阻器高阻值状态，高阻值电阻为ROFF。可见，随着流入忆阻器累计电荷量的不同，w会在0和D之间移动，相应的忆阻器对外呈现的阻值M也会在RON和ROFF之间变化。忆阻器边界迁移模型可用公式(1)忆阻器电压电流关系公式和公式(2)边界公式来描述：其中，i(t)为流经忆阻器的电流，v(t)为忆阻器两端电压，v(t)与i(t)取关联参考方向；M(w，v，i)为忆阻器阻值；D为忆阻器长度；w(t)为t时刻掺杂区的宽度；μV为忆阻器中载流子的迁移率。公式(2)两边除以D可得：其中：继续对公式(3)两边对t求积分可得：x(t)-x(0)＝kq(t)-kq(0)(5)其中，q(t)为t时刻流经忆阻器的累计电荷量，取初始电荷量q(0)＝0，q(t)＝∫i(t)dt-q(0)。取w(0)为掺杂区初始(t＝0时刻)宽度；x(0)＝X0为掺杂区初始宽度占整个忆阻器长度D的比例：公式(5)最终可以简化为：x(t)＝X0+kq(t)＝X0+∫i(t)dt，x(t)∈[0，1]，X0∈[0，1](7)代入公式(4)、(7)到公式(1)中可得：v(t)＝(RONX(t)+R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种忆阻器仿真模型，其特征在于，包括忆阻器等效电阻R1、受控电压源V1至V3、电阻R2至R6、电容C、第一运放和第二运放；/n忆阻器等效电阻R1的一端与受控电压源V1的正极相连；/n受控电压源V2的负极接地，受控电压源V2的正极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端分别于第一运放的反相输入端、电容C的一端相连，电容C的另一端与第一运放的输出端相连，第一运放的正相输入端接地；/n受控电压源V3的负极接地，受控电压源V3的正极与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端分别于第二运放的反相输入端、电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与第二运放的输出端相连，第二运放的正相输入端分别与电阻R5、电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接地。/n

【技术特征摘要】
1.一种忆阻器仿真模型，其特征在于，包括忆阻器等效电阻R1、受控电压源V1至V3、电阻R2至R6、电容C、第一运放和第二运放；
忆阻器等效电阻R1的一端与受控电压源V1的正极相连；
受控电压源V2的负极接地，受控电压源V2的正极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端分别于第一运放的反相输入端、电容C的一端相连，电容C的另一端与第一运放的输出端相连，第一运放的正相输入端接地；
受控电压源V3的负极接地，受控电压源V3的正极与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端分别于第二运放的反相输入端、电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与第二运放的输出端相连，第二运放的正相输入端分别与电阻R5、电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接地。


2.如权利要求1所述的一种忆阻器仿真模型，其特征在于，第二运放的正电...

【专利技术属性】
技术研发人员：周磊，王春娥，白雪飞，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32