[发明专利]一种三次非线性有源磁控忆阻模拟器

说明书

本发明公开了一种三次非线性有源磁控忆阻模拟器，包括负电阻等效电路、积分运算电路、乘法器Msubgt;1/subgt;、乘法器Msubgt;2/subgt;和电阻Rsubgt;2/subgt;，积分运算电路包括电流传输器Usubgt;1/subgt;、电阻Rsubgt;1/subgt;和电容Csubgt;1/subgt;，负电阻等效电路包括运算放大器Usubgt;2/subgt;、电阻Rsubgt;3/subgt;、电阻Rsubgt;4/subgt;和电阻Rsubgt;5/subgt;；该三次非线性有源磁控忆阻模拟器端口a、b的电气特性等效了磁控忆阻器的端口特性，其伏安特性曲线在二四象限，工作时能持续的向外提供能量，可广泛地应用到忆阻器需要向外提供能量的忆阻电路(如，蔡氏忆阻电路)。

技术领域

本发明专利涉及新型电路元件模拟器构造领域，具体涉及一种三次非线性有源磁控忆阻模拟器。

背景技术

1971年，加州大学伯克利分校的蔡少棠教授从电路理论完备性出发，预测除电阻、电容和电感之外，还存在第四种表征电荷和磁通量之间关系的基本电路元件，并将其命名为忆阻器(memristor)。2008年惠普实验室在《Nature》杂志发表研究成果，宣布物理实现了具有忆阻器特征的二端器件。惠普实验室的突破引起学术界和工业界的广泛关注，掀起人们对忆阻器研究的热潮。

忆阻器是一种非线性电阻，其电阻值能够随输入电流或电压的历史而发生变化，即能够通过电阻值的变化记忆流经的电荷量或磁通量。忆阻器的研究涉及到微电子、凝聚态物理、材料学、电路与系统、计算机和神经生物学等多学科领域，属于新兴交叉学科研究。忆阻器具有结构简单、易集成、高速、低功耗和与CMOS工艺兼容等特点，不仅能满足下一代高密度信息存储和高性能计算机对通用存储器的需求，还能实现非易失状态逻辑运算和类脑神经态运算功能。

忆阻器现阶段还没有实现广泛的商用，通常使用现有的电路元器件(电阻、电容、二极管、三极管和运算放大器等)构造单端口电路，使端口的电气特性和忆阻器的电气特性相当，这样的电路被称为忆阻模拟器。现常用的忆阻模拟器有：流控放电管忆阻模拟器、热敏电阻忆阻模拟器、边界迁移忆阻模拟器、突触活动依赖可塑性忆阻模拟器、Pershin忆阻模拟器、Biolek忆阻模拟器、二次非线性有源磁控忆阻模拟器和三次非线性磁控忆阻模拟器等。不同的忆阻模拟器有不同的应用场合，忆阻模拟器在忆阻的电路设计、电路验证、电路优化和降低设计成本等方面发挥着重要作用。

包伯成教授提出的二次非线性有源磁控忆阻模拟器和三次非线性磁控忆阻模拟器在忆阻电路的时域分析、频域分析和动力学分析中得到了广泛的应用；这两种忆阻模拟器为忆阻模拟器的设计起到了很好的示范作用，模拟器内部均有由运算放大器构成的积分运算电路，且在积分运算电路的输入端串联了电压跟随器以避免积分运算电路的负载效应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种三次非线性有源磁控忆阻模拟器，解决现有三次非线性磁控忆阻模拟器在输入交流电压信号的整个周期内的瞬时功率均为正(消耗能量)，不能满足忆阻电路(如，蔡氏忆阻电路)需要忆阻模拟器向外提供能量的情形。