一种基于忆阻器的存储电路及其存储方法技术

本发明专利技术提出了一种基于忆阻器的存储电路，包括信号输出单元、寻址单元、交叉阵列单元、存储状态读取单元和信号调节单元；所述信号输出单元能够根据存储数据的需求输出相应的写入或读取信号，读写信号由寻址单元控制并输入到交叉阵列单元；交叉阵列单元中的每个存储单元都能进行四值存储，与二值存储单元相比具有更高的存储密度。本发明专利技术提出了基于反馈和脉冲宽度调节的存储方法，该方法更具灵活性和包容性，能够使得忆阻器在具有某些缺陷的情况下进行数据存储，采用基于反馈和脉冲宽度调节的方法来进行存储状态的写入以及重写，能够使得数据存储更加精确。据存储更加精确。

【技术实现步骤摘要】
的反相输入端分别通过电阻R3、R6、R9、以及R12接电压Uref3、Uref4、Uref5以及Uref6，四个电压比较器的同相电源端接Uref1，反相电源端接电压Uref2，电压比较器的输出端分别通过电阻R1、R4、R7、以及R10接电压Uref1。
[0006]优选的，所述交叉阵列单元中的忆阻逻辑开关由忆阻器M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7以及M8组成；忆阻逻辑开关的正电压端为忆阻器M2负极，M2正极接M4负极；正电压控制端为忆阻器M1负极，M1正极接M3负极；负电压端为忆阻器M6正极，M6负极接M8正极；负电压控制端为忆阻器M5正极，M5负极接M7正极；忆阻器M3的正极、M4的正极、M7的负极以及M8的负极相接，作为忆阻逻辑开关的输出端。
[0007]优选的，所述交叉阵列单元中每个存储数据的忆阻器具有阈值特性，当输入忆阻器的正电压信号大于其正向阈值，或者输入忆阻器的负电压信号小于其反向阈值时，能够改变忆阻器的存储状态，当输入忆阻器的正电压信号小于其正向阈值时，能够在不改变其状态的情况下进行存储数据的读取，存储数据的忆阻器具有四种存储状态，与“1000”、“1100”、“1110”以及“1111”四种存储数据相对应。
[0008]一种基于忆阻器的存储电路的存储方法，当忆阻器无缺陷时，利用固定脉冲信号方法对存储电路进行数据存储，其中“1000”数据对应的写入信号脉冲宽度为50ms，振幅为5V；“1100”数据对应的写入信号脉冲宽度为100ms，振幅为5V；“1110”数据对应的写入信号脉冲宽度为150ms，振幅为5V；“1111”数据对应的写入信号脉冲宽度为200ms，振幅为5V；
[0009]当忆阻器存在缺陷时，固定脉冲信号方法无法达到数据存储的需求，利用基于反馈和脉冲宽度调节方法来进行存储数据的写入以及重写；利用基于反馈和脉冲宽度调节方法进行数据存储的过程如下：在数据写入之前，对忆阻器的存储状态进行读取，判断其是否在设定值范围内，如果不在范围内，则需计算当前存储状态与所需要存储数据对应存储状态之间的误差，也就是在读信号下交叉阵列单元中每个基本存储单元的当前电流值I
MC
与存储状态设定电流值I
MS
之间的误差，然后根据误差输入相应的写入信号，第一次写入过程结束后，再次进行误差计算，并根据更新后的误差调整写入信号的脉冲宽度，从而继续下一步写入过程；每次写入过程结束后，都要对基本存储单元的当前状态进行读取并计算误差，直至存储状态达到需求。
[0010]优选的，在读取基本存储单元存储状态的过程中，判断依据为基本存储单元的电流I
M
，电流I
M
通过存储状态读取单元中的电流控制电压源CCVS转换成电压Ua，转换关系由电流控制电压源CCVS的转移电阻β决定；电流控制电压源CCVS的输出电压Ua与电压Uref3、Uref4、Uref5以及电压Uref6分别进行比较，当Ua大于或等于电压Uref3时，电压比较器VC1的输出电压等于电压Uref1，否则等于电压Uref2，当Ua大于或等于电压Uref4时，电压比较器VC2的输出电压等于电压Uref1，否则等于电压Uref2，当Ua大于或等于电压Uref5时，电压比较器VC3的输出电压等于电压Uref1，否则等于电压Uref2，当Ua大于或等于电压Uref6时，电压比较器VC4的输出电压等于电压Uref1，否则等于电压Uref2。
[0011]优选的，忆阻器的缺陷是利用忆阻器缺陷模拟电路进行模拟，忆阻器缺陷模拟电路由忆阻逻辑开关、数据存储忆阻器以及可调电阻组成，可调电阻与数据存储忆阻器并联，在适合的范围内改变可调电阻的阻值会导致数据读写过程中电流I
M
产生变化，从而导致基本存储单元存储状态产生改变。
[0012]与现有技术比较，本专利技术的优点是：
[0013]1.利用忆阻器搭建逻辑开关电路，再利用逻辑开关电路搭建交叉阵列结构，实现完全由忆阻器组成的交叉阵列存储电路，缓解由于器件差异带来的兼容性问题；
[0014]2.存储电路中的每个存储单元都能进行四值存储，与二值存储单元相比具有更高的存储密度；
[0015]3.利用基于反馈和脉冲宽度调节的存储方法来进行数据存储，不仅能够在忆阻器具有某些缺陷的情况下进行数据存储，而且能够提升数据存储的精确程度。
附图说明
[0016]图1为一种基于忆阻器的存储电路结构图；
[0017]图2为一种基于忆阻器的存储电路的基本存储单元及其简化图；
[0018]图3为一种基于忆阻器的存储电路的存储状态读取电路图；
[0019]图4为一种基于忆阻器的存储电路的忆阻交叉阵列电路图；
[0020]图5为一种基于忆阻器的利用固定脉冲信号的方法对交叉阵列电路进行数据读写操作的结果图；
[0021]图6为一种基于忆阻器的存储电路的忆阻器缺陷模拟电路图；
[0022]图7为一种基于忆阻器的利用固定脉冲信号存储方法对存在缺陷的存储单元进行数据存储结果图；
[0023]图8为一种基于忆阻器的基于反馈和脉冲宽度调节存储方法流程图；
[0024]图9为一种基于忆阻器的利用基于反馈和脉冲宽度调节存储方法对存在缺陷的存储单元进行数据存储结果图；
[0025]图10为一种基于忆阻器的存储方法的图片灰度层次与存储状态对应关系图；
[0026]图11为一种基于忆阻器的存储方法第一次被存储图片及其读写顺序图；
[0027]图12为一种基于忆阻器的存储方法第一次图片存储的读写信号及其读取过程电流图；
[0028]图13为一种基于忆阻器的存储方法第二次被存储图片及其读写顺序图；
[0029]图14为一种基于忆阻器的存储方法第二次图片存储的读写信号及其读取过程电流图。
具体实施方式
[0030]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。
[0031]如图1为本专利技术提出的一种基于忆阻器的存储电路结构图，该电路包括信号输出单元、寻址单元、交叉阵列单元、存储状态读取单元和信号调节单元。信号输出单元能够根据需求输出相应的写入或读取信号，读写信号通过寻址单元输入交叉阵列单元，用来改变或读取交叉阵列单元中每个基本存储单元的存储状态；在读取过程中，基本存储单元的存储状态通过存储状态读取单元转换为高低电平进行数据输出；信号调节单元用来计算误差并调整下一步的写入信号。
[0032]所述交叉阵列单元由基本存储单元组成，如图2所示，基本存储单元由忆阻逻辑开关和数据存储忆阻器组成，忆阻逻辑开关共有四个输入端口，其中U2是正电压端，U1是正电
压控制端，U4是负电压端，U3是负电压控制端，忆阻逻辑开关的输出端与数据存储忆阻器M的正极相接。基本存储单元具有以下特性：当U2为5V，U1、U3以及U4为0V，或者当U1为5V，U2、U3以及U4为0V时，数据存储忆阻器M的状态不会发生改变，当U1以及U2为5V，U3以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于忆阻器的存储电路，其特征在于，包括信号输出单元、寻址单元、交叉阵列单元、存储状态读取单元和信号调节单元；所述信号输出单元能够根据存储数据的需求输出相应的写入或读取信号，读写信号由寻址单元控制并输入到交叉阵列单元；所述交叉阵列单元由基本存储电路单元组成，每个基本存储电路单元包括忆阻逻辑开关以及用来存储数据的忆阻器，忆阻逻辑开关的输入端口共有四个，分别是正电压端、正电压控制端、负电压端以及负电压控制端；在交叉阵列单元中，第N列基本存储单元的正电压端相接，并接入寻址单元的第N列正电压信号输出端，第N列基本存储单元的负电压端相接，并接入寻址单元的第N列负电压信号输出端，第N行基本存储单元的正电压控制端相接，并接入寻址单元的第N行正电压控制信号输出端，第N行基本存储单元的负电压控制端相接，并接入寻址单元的第N行负电压控制信号输出端，N为正整数；所述存储状态读取单元由电流控制电压源、电压比较器以及电阻组成，电流控制电压源的电流控制端接交叉阵列中每个数据存储的忆阻器的负极，电流控制电压源的电压输出负极接地，电压输出正极分别通过电阻R2、R5、R8以及R11接电压比较器VC1、VC2、VC3以及VC4的同相输入端，电压比较器VC1、VC2、VC3以及VC4的反相输入端分别通过电阻R3、R6、R9、以及R12接电压Uref3、Uref4、Uref5以及Uref6，四个电压比较器的同相电源端接Uref1，反相电源端接电压Uref2，电压比较器的输出端分别通过电阻R1、R4、R7、以及R10接电压Uref1。2.如权利要求1所述的一种基于忆阻器的存储电路，其特征在于，所述交叉阵列单元中的忆阻逻辑开关由忆阻器M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7以及M8组成，忆阻逻辑开关的正电压端为忆阻器M2负极，M2正极接M4负极；正电压控制端为忆阻器M1负极，M1正极接M3负极；负电压端为忆阻器M6正极，M6负极接M8正极；负电压控制端为忆阻器M5正极，M5负极接M7正极；忆阻器M3的正极、M4的正极、M7的负极以及M8的负极相接，作为忆阻逻辑开关的输出端。3.如权利要求1所述的一种基于忆阻器的存储电路，其特征在于，所述交叉阵列单元中每个存储数据的忆阻器具有阈值特性，当输入忆阻器的正电压信号大于其正向阈值，或者输入忆阻器的负电压信号小于其反向阈值时，能够改变忆阻器的存储状态，当输入忆阻器的正电压信号小于其正向阈值时，能够在不改变其状态的情况下进行存储数据的读取；存储数据的忆阻器具有四种存储状态，与“1000”、“1100”、“1110”以及“1111”四种存储数据相对应。4.一种权利要求1至3任一项所述的基于忆阻器的存储电路的存储方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭梅，窦刚，刘任远，祝永亮，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：