[发明专利]基于三值忆阻器的数字或门实现方法

权利要求书

1.基于三值忆阻器的数字或门实现方法，其特征在于：

所采用的三值忆阻器为压控阈值型三值忆阻器，其数学模型由下式描述：

式中的a,b,c,d,e是模型中的可调参数，x为系统内部状态变量，v(t)表示忆阻器两端的电压，i(t)表示流经忆阻器的电流，v_th1和v_th2代表两个不同的阈值电压，R_L、R_M、R_H分别对应于该模型从低到高的三种不同的阻态，分别代表三值逻辑的“2”、“1”、“0”；

采用三个上述三值忆阻器构成所述数字或门，利用忆阻器的忆阻值作为逻辑状态变量，并使用非对称三值逻辑，分别是“0”、“1”和“2”实现或门逻辑运算；

设R_in1和R_in2均是输入忆阻器，R_out是输出忆阻器，V是直流电源；数字或门逻辑的真值表如下表所示：

数字或门的工作分为两个阶段：

第一阶段是初始阶段，在这一阶段中，直流电源V输出一个较小的测量电压V_MS，用于测量各个忆阻器的初始状态，通过读取忆阻器两端的电压和流经的电流来测算忆阻器的阻值，其中初始阶段的输出忆阻器设为逻辑“0”；所述测量电压V_MS使得每个忆阻器上的分压都不会超过设定的阈值电压，因此忆阻器就不会改变其状态；

第二阶段是运行阶段，直流电源V输出运行电压V_OP用于完成逻辑运算。

2.根据权利要求1所述的基于三值忆阻器的数字或门实现方法，其特征在于：令数学模型中的a＝e＝10，b＝10000，c＝d＝0.2，阈值电压v_th1和v_th2分别设为0.9V和1.1V；R_H、R_M、R_L分别为10kΩ、1kΩ、100Ω，且第一个三值忆阻器R_in1和第二个三值忆阻器R_in2作为输入忆阻器，正极都与直流电源V相连接，第三个三值忆阻器R_out正极与第一个三值忆阻器R_in1、第二个三值忆阻器R_in2负极相连接，正极接地，并作为输出忆阻器；

在数字或门的运行电压V_OP为1.25V下：

当输入为逻辑“0”和逻辑“0”时；初始阶段，输入忆阻器的并联总电阻为5kΩ，输出忆阻器的阻值为10kΩ，此时输入忆阻器两端分压为0.417V，输出忆阻器R_out两端的分压为0.833V，没有超过阈值电压0.9V，因此输出忆阻器R_out的状态不会发生变化；运行阶段，输出忆阻器输出逻辑“0”；

当输入为逻辑“0”和逻辑“1”时；初始阶段，输入忆阻器的并联总电阻为909Ω，输出忆阻器的阻值为10kΩ，此时输入忆阻器两端分压为0.104V，输出忆阻器R_out两端电压为1.146V，超过了阈值电压0.9V，因此输出忆阻器R_out的状态将发生变化；运行阶段，输出忆阻器R_out的值置为R_M，此时输出忆阻器两端分压为0.655V，没有超过阈值电压0.9V，因此输出忆阻器R_out的状态不会发生变化，输出忆阻器输出逻辑“1”；

当输入为逻辑“0”和逻辑“2”时；初始阶段，输入忆阻器的并联总电阻为99Ω，输出忆阻器的阻值为10kΩ，此时输入忆阻器两端分压为0.012V，输出输出忆阻器R_out两端电压为1.238V，超过了阈值电压0.9V，因此输出忆阻器R_out的状态将发生变化；运行阶段，输出忆阻器R_out的值置为R_M，此时输出忆阻器两端分压为1.137V，超过阈值电压1.1V，因此输出忆阻器R_out的状态将继续发生变化，输出忆阻器R_out的值置为R_L，输出忆阻器输出逻辑“2”；

当输入为逻辑“1”和逻辑“1”时；初始阶段，输入忆阻器的并联总电阻为500Ω，输出忆阻器的阻值为10kΩ，此时输入忆阻器两端分压为0.060V，输出R_out两端电压为1.190V，超过了阈值电压0.9V，因此输出忆阻器R_out的状态将发生变化；运行阶段，输出忆阻器R_out的值置为R_M，此时输出忆阻器两端分压为0.833V，没有超过阈值电压1.1V，因此输出忆阻器R_out的状态不会发生变化，输出忆阻器输出逻辑“1”；

当输入为逻辑“1”和逻辑“2”时；初始阶段，输入忆阻器的并联总电阻为90.9Ω，输出忆阻器的阻值为10kΩ，此时输入忆阻器两端分压为0.011V，输出忆阻器R_out两端电压为1.239V，超过了阈值电压0.9V，因此输出忆阻器R_out的状态将发生变化；运行阶段，输出忆阻器R_out的值置为R_M，此时输出忆阻器两端分压为1.146V，超过阈值电压1.1V，因此输出忆阻器R_out的状态将继续发生变化，输出忆阻器R_out的值置为R_L，输出忆阻器输出逻辑“2”；

当输入为逻辑“2”和逻辑“2”时；初始阶段，输入忆阻器的并联总电阻为50Ω，输出忆阻器的阻值为10kΩ，此时输入忆阻器两端分压为0.006V，输出忆阻器R_out两端电压为1.244V，超过了阈值电压0.9V，因此输出忆阻器R_out的状态将发生变化；运行阶段，输出忆阻器R_out的值置为R_M，此时输出忆阻器两端分压为1.190V，超过阈值电压1.1V，因此输出忆阻器R_out的状态将继续发生变化，输出忆阻器R_out的值置为R_L，输出忆阻器输出逻辑“2”。