忆阻器实现逻辑门的方法研究

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1、29卷第12期微电子学与计算机VoL29No．122012年12月MICROELECTRONICS＆COMPUTERDecember2012忆阻器实现逻辑门的方法研究朱平平，甘朝晖，蒋雯(1武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉430081；2武汉科技大学计算机科学与技术学院，湖北武汉430081)摘要：在分析忆阻器特性及相关文献的基础上提出了一种只使用忆阻器元件实现基本逻辑门的电路方案，理论分析及Spice仿真实验结果证实了方案的可行性．所设计的逻辑门电路简单，实现的逻辑门无需时序操作就能工作，其在电路尺寸、集成密度、电路功耗等方面拥

2、有很大的优势．关键词：忆阻器；逻辑门电路；组合逻辑中图分类号：TM50文献标识码：A文章编号：1000-7180(2012)12一OO12一O5MethodResearchofLogicGatesImplementationBasedonMemristorZHUPing-ping，GANZhao—hui，JIANGMin(1CollegeofInformationScienceandEnginnering，WuhanUniversityofSicenceandTechnology，Wuhan430081，China；2CollegeofC

3、omputerScienceandTechnology，WuhanUniversityofSicenceandTechnologyWuhan430081，China)Abstract：Inthepaper，weproposedamethodoflogicgateimplementation，whichonlyonekindofdevice，memristorisused．ItisconfirmedthatthecircuitswedesignedmeetthebasicBooleanlogicfunctionthroughthetheor

4、eticalanalysisandsimulationexperimentalresultsbySpice．Thebasiclogicgatesdesignedinthepaperdonotneedsequentialoperation，andhaveagreatadvantageintermsofcircuitsize，integrationdensityandpowerconsumption．Keywords：memristor；logicgatecircuit；combinationallogic纲，M(g)与流过忆阻器的电荷量相关

5、．在预测忆阻1引言器存在的同时还指出，忆阻器是一种具有记忆功能电学理论中的基本变量有四个，即电压()，电和非线性电阻特性的器件，这也是称其为忆阻器的流()、电荷(q)以及磁通()，这四个量之间的两两原因．直到2008年，文献[2]成功制备出了忆阻器的组合有六种数学关系存在．其中的两种关系分别为原型器件，有关忆阻器的研究才全面展开．作为一种q()一Ji(r)dr和(￡)一J(r)dr，另外三种关新的无源电子元件，忆阻器得到了很大的关注_3]．系是对电路理论中已知的三种基本无源元件的定忆阻器以其电阻的开关效应及非易失性口]在逻义：电阻(dv=

6、Rdi)、电容(dq===Cdv)和电感(===辑应用方面也有大量的研究．Ldi)．文献E1-]从完备性和对称的角度出发，结合麦在存储器、逻辑门、可编程逻辑门阵列等方面，克斯韦尔电磁方程，将和q之间的关系所定义的忆阻器也有了诸多的应用研究，但是绝大部分方法元件命名为忆阻器(memristor：memoryresis—都是用忆阻器的开关状态来表示逻辑“1”和tor)E，其数学表达式为：“0”_5]，而不是用电压或者电荷来表示逻辑状态．dg=M(q)dq(1)而在当今已经广泛使用的逻辑电路中，都是用电压其中，M(q)是忆阻器的忆阻值，具有电阻

7、的量来表示逻辑状态的．另外，很多实现逻辑功能的电路收稿日期：2O12一O4～O6；修回日期：2O12一O5—22基金项目：湖北省自然科学基金项目(2011CB234，2011CDC075)第12期朱平平，等：忆阻器实现逻辑门的方法研究13还需要加上诸如晶体管[]、固定电阻[]等器件才能完成．一些简单的逻辑功能有时也需要一定的(￡)一(Rq-Rc~F(1一))(￡)(2)操作时序才能实现[5-6]．本文提出一种只用忆阻器dw(t)，=(￡)(3)组成基本逻辑门的实现方案，通过理论分析及Spice对式(3)两端求积分有：仿真证实了所设计的电路

8、实现了基本布尔逻辑功D能．该方案的实现无需使用晶体管、固定电阻等元硼()一yq()，训()∈[0，D](4)件，用电平的高低状态表示逻辑，逻辑功能的实现也将式(4)代人(2)中，考虑到RoFF