[发明专利]一种荷控型忆阻器的实现电路及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种荷控型忆阻器技术，特别涉及一种荷控型忆阻器的实现电路及其实现方法，本发明是采用电子电路构造出具有荷控型忆阻器特性的电路模型，以实现荷控型忆阻器。

背景技术

1971年，美国伯克利大学蔡少棠教授根据电压v、电流i、磁通电荷q等4个基本电量之间的相互关系，首次发现了被遗忘的第四种基本电路元件--忆阻器，并将忆阻值定义为：

由于忆阻值是关于电荷q和磁通的函数，当控制变量x=q(t)时，忆阻器对应的忆阻值可表示为M(q)=M₀+λ·q(t)，被称为荷控型忆阻器；当时，忆阻器对应的忆导值可表示为被称为磁控型忆阻器。

迄今为止，在现实中未能找到完全符合其物理意义的忆阻元件。虽然惠普公司在2008年成功地利用TiO₂薄膜材料制作出荷控型忆阻器，但该器件属于纳米级别，尺度太小，不能直接应用在电子电路中（参见文献[1]：D.B.Strukov,G.S.Snider,D.R.Stewart,and R.S.Williams,“The missing memristor found”,Nature,2008(453),pp.80–83）。

由忆阻器的定义，即式（1）可知，荷控型忆阻器的控制变量是电荷量或电流对时间的积分值，且控制变量处于分母，需要用到除法运算，给荷控型忆阻器的电路模型设计带来了很多困难。因此，目前关于荷控型忆阻器的研究仍处于仿真模型阶段，如文献[2]（Daniel Batas,“A Memristor SPICEImplementation and a New Approach for Magnetic Flux-Controlled Memristor Modeling”,IEEE Trans on Nanotechnology,2011,Vol.10,No.2,pp.250–255）提出的一种荷控型忆阻器Pspice仿真模型，但未见实际电路模型，阻碍了忆阻器的发展和应用。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种实现忆阻器的电路，该电路的实现方式简单。

本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种应用于忆阻器的实现电路的实现方法，该方法可靠性高。

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：一种荷控型忆阻器的实现电路，包括输入交流电压源10、电荷控制型电压源、第一电阻8和第二电阻9，所述输入交流电压源10、第一电阻8和第二电阻9依次连接，交流电压源10、第一电阻8和第二电阻9均与电荷控制型电压源连接。

所述电荷控制型电压源包括电压采样器1、电流采样器2、积分器3、第一减法器4、除法器5、第二减法器6和可调直流电压源7；第一电阻8的一端与输入交流电压源10的一端A连接，第一电阻8的另一端、第二电阻9的一端和第二减法器6的输出端S6连接，第二电阻9的另一端与输入交流电压源10的另一端B、可调直流电压源7的负端连接；电压采样器1的第一输入端V1与输入交流电压源10的一端A连接；电压采样器1的第二输入端V2与输入交流电压源10的另一端B连接；电流采样器2的输入端C1采集输入电流i_in，电流采样器2的输出端Co与积分器3的输入端I1连接；积分器3的输出端Io与第一减法器4的反相输入端S2连接；第一减法器4的同相输入端S1与可调直流电压源7的正端连接；第一减法器4的输出端S3与除法器5的除数输入端D1连接；除法器5的被除数输入端D2与电压采样器1的输出端Vo连接；除法器5的输出端Do与第二减法器6的反相输入端S5连接；第二减法器6的同相输入端S4与电压采样器1的输出端Vo连接。

电荷控制型电压源输出电压v_S6与输入电荷q_in的大小相关，通过控制第二电阻9上的电压大小，使输入电流i_in与输入交流电压v_in之间满足荷控型忆阻器关系，第一电阻8为一个固定电阻。

本发明的另一目的通过以下技术方案实现：一种应用于忆阻器的实现电路的实现方法，包括以下步骤：

步骤1、电压采样器1对输入电压信号v_in进行采集并实现电压跟随，其输出电压v_Vo为v_Vo=v_in；