基于忆阻器的矩形波信号发生器.pdf

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1、HardwareTechnique基于忆阻器的矩形波信号发生器俞周芳(浙江师范大学电子工程系，浙江金华321004)摘要：利用忆阻器独特的电路学性质，设计了一个基于忆阻器的新型矩形波信号发生器。电路中不含有分立的电容元件，输出波形频率和幅值精确可调。用PSPICE进行仿真分析，仿真结果验证了该方案的有效性。关键词：忆阻器；矩形波信号发生器；PSPICE中图分类号：TN389文献标识码：A文章编号：1674—7720(2012)24—0029—03Memristor-basedretanglewavegeneratorYuZhoufang(Department

2、ofElectronicEngineering，ZhejiangNormalUniversity，Jinhua321004，China)Abstract：Anewrectanglewavegeneratorbasedonmemristorisproposedusingtheuniquecircuitpropertiesofmemristor．Theproposedcircuitdoesnotcontaindiscretecapacitorelement，whilethe~equencyandamplitudeofoutputwaveformcanbead—j

3、ustedaccurately．ThesimulationresultsverifythevalidityoftheschemeinPSPICEsimulationanalysis．Keywords：memristor；rectanglewavegenerator；PSPICE1971年，加州伯克利大学教授CHUA_】l从电路变量R()=+R(1一)(1)关系完备性角度考虑，首次提出了忆阻器(Memristor)的概念，并预言忆阻器是除电容、电感、电阻之外的第四种基本=／xv)(2)电路元件。2008年，HP实验室一个由StanleyWilliamst】式中

4、，为忆阻器的阻值，D为薄膜的总厚度，叫为掺杂领导的研发小组采用掺杂的二氧化钛(TiO)薄膜成功设层厚度，尺和分别为接触面处于边界时忆阻器的最计出世界上首个能工作的忆阻器物理模型。自此，对忆大和最小阻值，为理想情况下的杂质迁移率。阻的应用推广掀起了研究热潮，包括高密度非易失性存已知忆阻器满足欧姆定律，根据电流与电荷、电压储器、可重构逻辑和可编程逻辑、信号处理、神经网络以与磁通量之间的积分关系，参考文献[8】在HP忆阻器数及控制系统等[3-7]。学模型的基础上推导出了忆阻器的磁通量控制模型：常见的信号发生器除了正弦波振荡电路外，还有矩形波等非正弦波发生电路。矩形

5、波信号通常用作数字电R()=V0—2r~(t)(3)路的信号源或模拟电子开关的控制信号，也是其他非正式中，∞为忆阻器的初始状态，其中比例因子r=p,vR弦波发生器的基础。本文利用忆阻器独特的电学性质，(R一R)／D。设计了一个不含有分立电容元件的新型矩形波信号发假设忆阻器上的偏压电压的幅度为，则在有效磁生器，并对电路的工作原理进行了理论分析。PSPICE仿通范围内，将忆阻器从初始状态0转换到任意状态真结果验证了该方案的有效性。所需要的时间为：1忆阻器数学模型1R．R=m(4)HP二氧化钛忆阻器的基本原理是掺了氧空缺的掺⋯杂区和非掺杂区的接触面在外界激励下产生

6、漂移，从而2基于忆阻器的脉冲信号发生器电路引起元件导电性能的变化。经过大量实验，HP实验室建最基本的矩形波信号发生器是由电压比较器和RC立了流控型忆阻器在边界条件下(0≤W≤D)的微分形积分电路组成。但电路中需要分立的片外大容量电容元式的数学模型：件能耗大，不利于单片集成。已知忆阻器的阻值与流经《微型机与应用》2012年第31卷第24期欢迎网上投稿WWW．pcachina．com29圈HardwareTechnique的电荷有关，则控制忆阻器上偏置电压的极性就能控制f2)工作点跳变到_l／一位置，由于比较器的输出为低其阻值的变化，整个操作类似于电容、电感等储

7、能元件电平，因此忆阻器上的偏置电压小于0。忆阻器在反向的充放电过程。因此，忆阻器可以替换RC积分电路中偏置电压下阻值变小，l(￡)1变小，工作点继续右移。的电容元件，同时利用忆阻器内在的延迟特性来实现振(3)当比较器的工作点右移到达，位置时，电路输荡功能。基于忆阻器的矩形波信号发生器电路主要包括出再一次发生翻转。忆阻振荡器电路和幅值调节电路两部分，如图1昕示。(4)比较器的输出变为高电平，此时比较器的工作点变到十位置，重新返回状态(1)。’同理，如果双限比较器初始工作点位于Ui<此时较器的输出为低电平，忆阻器的阻值开始减小，工作随之移到位置后发生跳转，电路同

8、样可以产生振荡。从上述对电路状态的分析中发现，电路的