[发明专利]一种基于忆阻器的逻辑非门电路

说明书

技术领域

本发明属于数字电路技术领域，更具体地，涉及一种基于忆阻器的逻辑非门电路。

背景技术

从计算机问世那天起，科学家和技术人员就梦想着有朝一日计算机也能像人脑一样工作。自2008年4月美国惠普实验室研制出世界首个忆阻器，从而证实了“第四种电子元件”忆阻器的存在以来，忆阻器通过简单封装即可提供内存与逻辑功能的突出表现受到了科学家的关注，用其模拟大脑神经元突触就成为了不少科学家奋斗的目标。2009年美国密歇根大学的一个研究小组制成了一种模拟大脑突触的忆阻器电路，证实了此前关于忆阻器能用于电脑神经网络制作的设想。相关论文发表在2012年《纳米快报》(K.H.Kim，S.Gaba，W.Lu，etc.，Nano Lett，12，389-395，2012)杂志上。忆阻器是一种电脑元件，可在一简单封装中提供内存与逻辑功能。此前，由于可靠性和重复性问题，所展示的都是只有少数忆阻器的电路，而研究人员此次展示的则是基于硅忆阻系统并能与CMOS兼容的超高密度内存阵列。研究小组用目前计算机芯片中极为常见的两种材料——硅和银作为忆阻器的制作原料。通过在两个金属电极的交叉部位填充硅银混合物的方法来模拟大脑突触的工作方式：其中的金属电极相当于两个神经元，而填充在中间的硅银混合物则相当于突触。该装置被认为提供了一种让忆阻器存储数据的新方法。当对两个电极施加电信号的时间间隔为20毫秒时，电流在两个电极间受阻的时间就是40毫秒，信号可暂存在忆阻器中而不会丢失。这与大脑突触传递信息的方式极为相似。该研究负责人称忆阻器就是通过这种方式来模拟神经突触的行为的。虽然该设备目前还处于实验阶段，但它表明了人类向制造出如大脑一样工作的计算机又前进了一步。

忆阻器的特性是通过电荷和磁通量之间的关系描述的，而磁通量在数学上的定义是电压关于时间的积分。电荷和磁通量之间的关系可以用来概括任何类型的双端元件，凡是符合这个关系的双端元件都是这个类型，称之为忆阻系统，后者的阻值依赖于系统的内部状态。很多系统都属于忆阻系统，如内部状态依赖于温度，阻值随原子结构不同而改变的分子等。基于杂质漂移和状态过度的忆阻器都是忆阻系统的特例。随着器件的微型化，忆阻器表现出与普通COMS器件不同的特性，这是因为在纳米尺度，电子和离子的动态特性可能会在很大程度上依赖于系统的历史状态，除了非易失性存储介质的应外，这系统还有其他非常有前景的应用，如制成神经形态器件来模仿学习生物自适应性、自发性的行为；结合忆阻器特有的存储与处理能力，制成纳米逻辑器件，使信息的存储与处理同时进行，本发明即是基于忆阻器逻辑处理能力的应用。

在面向未来更高性能计算系统的跨越中，传统计算机架构实现技术中信息的存储和处理是分离的，面临很多重要瓶颈问题的挑战，包括存储墙问题(Derrien，S.；Raj opadhye，S.，2000IEEE Symposium on FPCCM，329-330)、功耗问题、可靠性问题等，现有逻辑门电路主要是基于COMS的门电路，集成度低、功耗高以及掉电易丢失。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于忆阻器的逻辑非门电路，旨在解决现有的基于COMS的门电路集成度低、功耗高以及掉电易丢失的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于忆阻器的逻辑非门电路，包括：第六忆阻器、第七忆阻器、三态门、第三电阻；所述第六忆阻器的输入端作为所述非门电路的输入端；所述第七忆阻器的输入端连接电源电压；所述三态门的使能端连接至所述第六忆阻器的输出端，所述三态门的输入端连接至所述第七忆阻器的输出端，所述三态门的输出端通过所述第三电阻接地；所述第七忆阻器的输出端作为所述非门电路的输出端。

更进一步地，所述逻辑非门电路还包括：第二电压转换器和第四电阻；所述第二电压转换器的时钟输入端连接CLK时钟信号，所述第二电压转换器的输入端连接至所述第六忆阻器的输入端，所述第二电压转换器的输出端连接至所述第六忆阻器的输出端；所述第四电阻连接在所述第六忆阻器的输入端与地之间。

本发明采用忆阻器作为门电路的核心结构，不仅能实现现有门电路的逻辑处理功能，提高了电子设备的可靠性和灵活性，同时降低了成本，还在集成度、功耗、速度等方面优于传统的基于COMS的逻辑门电路，实现了信息的存储和处理的统一，有利于克服当今计算机系统结构中信息处理与存储分离造成的瓶颈问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的与门电路的原理图；

图2是本发明实施例提供的或门电路的原理图；