[发明专利]一种基于光耦的忆阻器可编程等效电路

说明书

技术领域

本发明属于电路设计和忆阻器领域，涉及一种基于光耦的忆阻器可编程等效电路。

背景技术

忆阻器（Memristor）是一种有记忆功能的非线性电阻。1971年，蔡少棠首次提出了忆阻器的概念，论证了其存在的科学依据并称其是继电阻、电容和电感之后的第四种基本电路元件。2008年，HP实验室公布了对忆阻器的物理实现，更进一步坚固了忆阻器作为第四代电路元件的地位。忆阻器研究在神经网络、混沌电路等方面取得了很多成果，但直到今天，由于受限于纳米工艺实现困难以及制备成本高等因素，忆阻器尚不能走出实验室。因此，设计一种基于光耦的忆阻器可编程等效电路来替代实际忆阻器进行特性及应用的研究具有重要意义。

目前，虽然有许多模拟的忆阻器等效电路，但其中涉及积分器的设计，在具体实现中由于设计问题和电容、运放等模拟器件并非理想器件，存在放电、漏电等问题，不能反映真实的积分值，不能准确模拟忆阻器的电路特性。因此，设计一种忆阻器有源数字等效电具有十分重要的意义。

发明内容

针对模拟忆阻器等效电路存在的不足，本发明提供了一种基于光耦的忆阻器可编程等效电路，用以模拟忆阻器的伏安特性，代替忆阻器进行特性及应用研究。

本发明所采取的技术方案如下：一种基于光耦的忆阻器可编程等效电路，包括光耦、模数转换器U1、可编程器件U2和数模转换器U3，光耦中的光电池两端I和J分别连接到电压                                               的输入端A和B，即光电池I端连接到电压的输入端A，光电池J端连接到电压的输入端B；端口A与模数转换器U1的输入端C相连，模数转换器U1的输出端D与可编程器件U2相连；可编程器件与数模转换器U3的输入端E相连，数模转换器U3输出端F连接到光耦中的LED正向输入端G，LED输出端接地。

模数转换器U1、可编程器件U2和数模转换器U3实现对光电池两端电压的积分，所得积分电压通过光耦实现对光电池的阻值控制，使其呈现出忆阻器的特性；

设AB两端上的电压为：

    ，

则经过模数转换器U1、可编程器件U2和数模转换器U3采样处理后，输出的信号为：

    ，

其中为输入信号幅度，是为了适应数模转换器输出范围和保证线性光耦工作在其线性区所加的系数，即为忆阻器中的等效磁通量，为信号的频率，为信号输入的初始时间，为信号输入的结束时间。

通过对可编程器件U2编程，控制模数转换器U1和数模转换器U3实现对光电池两端电压的积分，所得积分电压通过光耦实现对光电池的阻值控制，使其呈现出忆阻器的特性。

本发明的忆阻器可编程等效电路能很好地模拟忆阻器的伏安特性，满足代替忆阻器进行特性及应用的研究。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图，

图2是光耦的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

本发明的理论出发点是磁控型忆阻器的定义式：

    

    

为电流，为电压，为电导，为电荷量，为磁通量。

如图1所示，本发明一种基于光耦的忆阻器可编程等效电路包括光耦、模数转换器U1、可编程器件U2和数模转换器U3，光耦中的光电池两端I和J，分别连接到电压的输入端A和B，即光电池I端连接到电压的输入端A，光电池J端连接到电压的输入端B；端口A与模数转换器U1的输入端C相连，模数转换器U1的输出端D与可编程器件U2相连，可编程器件与数模转换器U3的输入端E相连，数模转换器U3输出端F连接到光耦中的LED正向输入端G，LED输出接地。模数转换器U1、可编程器件U2和数模转换器U3实现对光电池两端电压的积分，所得积分电压通过光耦实现对光电池的阻值控制，使其呈现出忆阻器的特性。

设AB两端上的电压为：

    ，

则经过模数转换器U1、可编程器件U2和数模转换器U3采样处理后，输出的信号为：

   ，

其中为输入信号幅度，是为了适应数模转换器输出范围和保证线性光耦工作在其线性区所加的系数。即为忆阻器中的磁通量，为信号的频率，为信号输入的初始时间，为信号输入的结束时间。

设光耦的电导特性为：

   ，

则线性光耦的电导最终表示为：

   ，

由分析可知，本具体实施方式能很好地模拟忆阻器的伏安特性，满足代替忆阻器进行特性及应用的研究。