[发明专利]基于三值忆阻器的数字与门实现方法

说明书

本发明公开了一种基于三值忆阻器的数字与门实现方法。本发明设计了正向‑正向三值与门电路，反向‑正向三值与门电路，正向‑反向三值与门电路和反向‑反向三值与门电路，与门电路中的三值忆阻器为压控阈值型三值忆阻器。本发明结构清晰简单、易于实现。该与门电路模型对多值数字逻辑运算等诸多领域中的应用研究具有重要意义。

技术领域

本发明属于电路设计技术领域，涉及一种基于三值忆阻器的数字与门实现方法。

背景技术

1971年，蔡少棠教授从电路理论的完备性角度出发，提出了第四类基本电路元件——忆阻器。2008年，惠普实验室成功研制出第一个忆阻器的物理元件，这一突破引发了忆阻器相关领域的研究热潮。经过进一步的研究发现，忆阻器凭借其纳米尺度、非易失性等特点可以应用于非易失性存储器、逻辑运算、类脑神经形态计算等领域，即在发展信息存储与运算融合方式方面具有巨大潜力。

近年来，忆阻器在实现数字逻辑运算方面已有了一些进展，但当前多集中在对二值逻辑的研究上。相比于传统的二值逻辑，三值逻辑在单根信号线上信息携带量更高，并可有效减少诸如互连和芯片面积的电路开销，因此可以实现简单的电路结构和高效的能源利用，进而得到了研究人员的关注。

忆阻器根据其能保持的阻态个数的不同，又可分为二值忆阻器和多值忆阻器。如三值忆阻器具有高、低、中三种不同的阻态，无需使用任何额外的器件就可实现三值逻辑中的三种不同的逻辑值，比用普通二值忆阻器来实现三值逻辑运算具有更大优势。因此，三值忆阻器在三值数字逻辑门电路设计领域具有广阔的前景，也为实现三值信息存储与计算原位融合的模式提供了可能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种新的基于三值忆阻器的数字与门实现方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：包括一个正向-正向三值与门电路(Forward-Forward-TAND，FF-TAND)，三个经扩展得到的三值与门电路：反向-正向三值与门电路(Backward-Forward-TAND，BF-TAND)、正向-反向三值与门电路(Forward-Backward-TAND，FB-TAND)、反向-反向三值与门电路(Backward-Backward-TAND，BB-TAND)。

FF-TAND的输入忆阻器和输出忆阻器连接方式是正向-正向的，电路由三个三值忆阻器构成，忆阻器的三个阻态分别代表三值逻辑的0、1、2。其中第一忆阻器M1作为第一输入忆阻器，第二忆阻器M2作为第二输入忆阻器，第三忆阻器M3作为输出忆阻器。第一忆阻器M1的正极与直流电源V相连，第一忆阻器M1的负极与第二忆阻器M2的正极相连，第二忆阻器M2的负极与第三忆阻器M3的正极相连，第三忆阻器M3的负极接地。

BF-TAND的输入忆阻器和输出忆阻器连接方式是反向-正向的，电路由三个三值忆阻器构成，忆阻器的三个阻态分别代表三值逻辑的0、1、2。其中第一忆阻器M1作为第一输入忆阻器，第二忆阻器M2作为第二输入忆阻器，第三忆阻器M3作为输出忆阻器。第一忆阻器M1的负极与直流电源V相连，第一忆阻器M1的正极与第二忆阻器M2的负极相连，第二忆阻器M2的正极与第三忆阻器M3的正极相连，第三忆阻器M3的负极接地。

FB-TAND的输入忆阻器和输出忆阻器连接方式是正向-反向的，电路由三个三值忆阻器构成，忆阻器的三个阻态分别代表三值逻辑的0、1、2。其中第一忆阻器M1作为第一输入忆阻器，第二忆阻器M2作为第二输入忆阻器，第三忆阻器M3作为输出忆阻器。第一忆阻器M1的正极与直流电源V相连，第一忆阻器M1的负极与第二忆阻器M2的正极相连，第二忆阻器M2的负极与第三忆阻器M3的负极相连，第三忆阻器M3的正极接地。