[发明专利]一种基于莫特绝缘体忆阻器的电容型传感架构

说明书

本发明公开了一种基于莫特绝缘体忆阻器的电容型传感架构，包括电流源、输出电压信号端、脉冲产生单元及感受器；脉冲产生单元包括莫特绝缘体忆阻器，莫特绝缘体忆阻器的一端与电流源及输出电压信号端相连接，莫特绝缘体忆阻器的另一端接地；感受器包括电容型传感器；电容型传感器与莫特绝缘体忆阻器并联连接，该架构结构简单，功耗较低。

技术领域

本发明涉及一种电容型传感架构，具体涉及一种基于莫特绝缘体忆阻器的电容型传感架构。

背景技术

脉冲神经网络(Spiking Neural Network,SNN)作为第三代人工神经网络，已经得到越来越多的关注与研究。脉冲神经网络是一种基于离散神经脉冲处理信息的人工神经网络，得益于其很好的生物合理性，它能够很好的模仿生物神经元的工作原理。脉冲神经网络将信息编码为神经元的膜电位和脉冲延时，利用脉冲来实现高效低耗的信息传递与处理。

现在已有的仿生传感单元大多数需要通过一定的外部电路将外界的刺激转换为脉冲神经网络能够处理的信号，而这些电路通常较为复杂，导致较高的功耗。

此外，电容式传感器的模数转换电路极为复杂，并且需要高精度的模数转换电路实现电容变化量的精确识别，这大大增加了电容式传感器的成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于莫特绝缘体忆阻器的电容型传感架构，该架构结构简单，功耗较低，且成本低。

为达到上述目的，本发明所述的基于莫特绝缘体忆阻器的电容型传感架构包括电流源、输出电压信号端、脉冲产生单元及感受器；

脉冲产生单元包括莫特绝缘体忆阻器，莫特绝缘体忆阻器的一端与电流源及输出电压信号端相连接，莫特绝缘体忆阻器的另一端接地；

感受器包括电容型传感器；电容型传感器与莫特绝缘体忆阻器并联连接。

莫特绝缘体忆阻器为垂直结构。

莫特绝缘体忆阻器为导电电极-莫特绝缘体阻变层-导电电极结构。

电容型传感器为温度传感器、压力传感器、气体传感器或湿度传感器。

阻变层的材质为VO₂、NbO₂或者Nb_xV_(1-x)O₂三元氧化物。

导电电极的材料使用ITO、Pt、TiN或者石墨烯。

当莫特绝缘体忆阻器的两端电压达到阈值电压V_th时，莫特绝缘体忆阻器由绝缘态转变为导电电极态；当莫特绝缘体忆阻器的两端电压降到保持电压V_hold时，莫特绝缘体忆阻器由金属态转变为绝缘态。

当输入恒定电流I_in时，电容型传感器首先处于充电状态；当莫特绝缘体忆阻器的两端电压达到阈值电压时，莫特绝缘体忆阻器由绝缘态转变为金属态，同时莫特绝缘体忆阻器的两端电压降低，电容型传感器放电；当莫特绝缘体忆阻器的两端电压降到保持电压时，莫特绝缘体忆阻器由金属态转变为绝缘态，同时莫特绝缘体忆阻器的两端电压升高，电容型传感器充电；循环往复，以此产生预设频率的电压脉冲信号。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于莫特绝缘体忆阻器的电容型传感架构包括电流源I_in、输出电压信号端V_out、脉冲产生单元及感受器；在工作时，当感受器感知到的外界刺激发生变化时，感受器的电容值发生变化，因此脉冲产生单元工作时的充放电时间发生变化，单位时间内产生的脉冲个数发生变化，通过读取输出电压信号端处的脉冲个数，得到外界刺激发生变化后的情况，结构简单，操作方便，解决了传统传感单元将外界刺激转换为脉冲神经网络所需信号过程中存在的电路结构和工艺复杂、功耗高等技术问题，且成本较低。