忆阻器及忆阻混沌电路.ppt

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1、忆阻器与忆阻混沌电路学号：姓名：忆阻器的等效电路模型3引言1忆阻器的模型2基于三次型忆阻器的混沌电路4目录由电路基本理论可知，电路和元件特性是有四个基本变量来描述的，分别为四个电路变量电压（V）、电流（I）、磁通量（φ）和电荷量（Q）a.电压和电流关系→电阻器Rb.电压和电荷关系→电容器Cc.电流和磁通关系→电感器L上述四个电路变量两两之间可以建立六个数学关系式，其中五对关系式已经为大家所熟知——分别来自R、C、L、Q的定义和法拉第电磁感应定律（如图1所示），但φ、Q间的关系却一直没被揭示。1引言→_→1引言根据图1中基本变量组合

2、完备性原理，，美国加州大学伯克利分校华裔科学家蔡少棠于1971年从理论上预测了描述电荷和磁通关系元件的存在性，并且定义这类元件为记忆电阻器（简称忆阻器，英文名称为Memristor）.图1电路的四个基本变量与四个基本元件忆阻器具有其他三种基本元件任意组合都不能复制的特性，是一种有记忆功能的非线性电阻，可以记忆流经它的电荷数量，通过控制电流的变化可改变其阻值。2008年5月，惠普公司实验室研究人员Strukov等在Nature上首次报道了忆阻器的实现性，其研究成果震惊了国际电工电子技术世界，极大的唤起了人们开展忆阻器的全方位研究的兴

3、趣。2008年11月，美国加州大学Pershi和Ventra二位学者在PhysicalReviewB上发表文章，描述了在半导体自旋电子器件中发现了自旋记忆效应，提出了自旋电子忆阻器器件。1引言→_→通过忆阻器的电流可以改变其电阻，而且这种变化当断电时还能继续保护，从而使得忆阻器成为天然的非易失性存储器。忆阻器的出现，将不仅使得集成电路元件变得更小，计算机可以即开机关，而且拥有可以模拟复杂的人脑神经功能的超级能力。因此，忆阻器的记忆特性将对计算机科学，生物工程学，神经网络，电子工程，通信工程等产生极其深远的影响，同时，忆阻电路的存在

4、，使基础元件由电阻，电容和电感增加到四个，忆阻器为电路设计及其忆阻电路应用提供了全新的发展空间。1引言→_→2忆阻器模型2.1忆阻器的定义2.2物理器件模型2.3数学理论模型2.3.1分段线性模型2.3.2三次型非线性模型2.3.3二次型非线性模型2忆阻器模型2.1忆阻器的定义忆阻器是一个基本的无源二端元件，它的磁通量φ与累积的电荷q之间的关系可以用φ-q或q-φ平面上的一条曲线f(φ，q)=0来确定，忆阻器分为荷控忆阻器和磁控忆阻器两种，如图2所示图2忆阻器（a）荷控忆阻器（b）磁控忆阻器图1(a)中的荷控忆阻器可以用q-φ平面

5、上一条通过原点的特性曲线=φ(q)来表征，其斜率即磁链随电荷的变化率称为忆阻，流过的电流i(t)与两端的电压u(t)之间的伏安关系（VCR）可以描述为u(t)=M(q)i(t)．图1(b)中的磁控忆阻器可以用-q平面上一条通过原点的特性曲线q=q(φ)来表征，其斜率即电荷随磁链的变化率称为忆导，流过的电流和两端的电压之间的伏安特性可以描述为i（t）=W(φ)u(t)．这里M(q)和W(φ)均是非线性函数，且取决于忆阻器内部状态变量q或φ．2.2物理器件模型忆阻模型种类很多，大致可以分为二大类：物理器件模型和数学理论模型。分类：基于

6、金属和金属氧化物的纳米级忆阻器（惠普实验室）基于电子磁性特性的电子自旋忆阻器基于具有亚纳秒开关特性的氧化钽忆阻器基于具有亚纳秒开关特性的铁电忆阻器基于具有亚纳秒开关特性的铁电隧道忆阻器基于具有亚纳秒开关特性的发光忆阻器研究在所有忆阻物理器件模型中，研究并应用最为广泛的是HPTiO2忆阻线性杂质漂移模型和HPTiO2忆阻非线性窗函数模型。图3为惠普实验室给出的纳米级忆阻的基本模型该忆阻元件是由未掺杂部分与掺杂部分组成的，D为元件的长度，w(t)为元件的掺杂区域的宽度，μv为离子在均匀场中的平均迁移率。当w(t)=0时，对应的元件电阻

7、值为ＲOFF，当w(t)=D时，对应的元件电阻值为ＲON。忆阻元件上流过的电流i(t)与w(t)变化率成线性关系。。图3HPTiO2忆阻的基本模型HPTiO2忆阻线性杂质漂移模型和非线性窗函数模型可以统一表示为:式中：i为输入电流；v为输出电压；RON.ROFF和k为系统参数；x为状态变量；M(x)代表忆阻模型的忆阻器；Fn(x)(n=1,2,3,4,5)分别代表HP线性窗函数和4种非线性窗函数其中F1(x)=1；F2(x)=x-x2；F3(x)=1－(2x－1)2p；(Joglekar窗函数)F4(x)=1－(x－stp(－i)

8、)2p；（Biolek窗函数）F5(x)=j{1－［(x－0.5)2+0.75］p};(Prodromakis窗函数)2.3数学器件模型2.3.1分段线性模型2.3.2三次型非线性模型2.3.3二次型非线性模型2.3.1分段线性模型Itoh和蔡少棠