基于TiO2忆阻器的混沌振荡电路-论文.pdf

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1、第34卷第2期杭州电子科技大学学报Vo1．34．No．220l4年3月J0umalofHangzhouDianziUniversityMar．2O14doi：10．3969／j．issn．1001—9146．2014；02—002基于TiO2忆阻器的混沌振荡电路彭存建，王光义，王伟(杭州电子科技大学电子-re息学院，浙江杭州310018)摘要：忆阻器是一种具有记忆性的新型非线性电阻，是继电阻器、电容器和电感器之后的第4种基本电路元件。该文根据惠普实验室提出的荷控型TiO忆阻器模型，构建了一个磁控TiO忆阻器模型，采用该磁控忆阻器模型设计了一个新的混沌振荡电路，以期产生复杂的伪随

2、机混沌信号。对该振荡电路的基本动力学特性进行了理论和仿真分析，并进行了DSP芯片实验验证。仿真结果、理论分析和实验观察具有一致性，表明该混沌系统具有与一般混沌系统不同的特性。关键词：忆阻器；混沌电路；动力学特性中图分类号：TN752文献标识码：A文章编号：1001—9146(2014)02—0008—040引言忆阻器是一种新型具有记忆特性的非线性电路元件，最早由Chua于1971年提出⋯，2008年惠普实验室在研究新型半导体器件时发现了忆阻器的实际存在j。忆阻器的纳米尺度及非易失存储特性使其非常适合制作大规模集成电路，实现人工神经网络中的突触单元等。另外忆阻器是一种非线性电路元

3、件，可以利用其构建新型非线性混沌电路以期产生更加复杂的混沌特性，因此忆阻器的理论和应用研究在最近几年备受国内外学者的高度关注，已成为一个前沿性的研究热点。文献[4]提出了一个具有分段线性‘P—q(磁通一电荷)特性的忆阻器模型，并将其替换蔡氏电路中的非线性电阻获得了第一个忆阻器混沌振荡电路，之后利用3次光滑等非线性‘p—q特性构造了几个混沌电路J。研究表明，与传统的混沌系统相比，忆阻器混沌具有平衡点集、暂态混沌以及系统状态对初值格外敏感等特性。虽然在惠普实验室实现了一种TiO：忆阻器之后才开始了忆阻器的理论与应用研究，但目前上述的忆阻器混沌电路都采用了一些假定的、尚未实现的忆阻器

4、模型，原因是TiO忆阻器特性复杂，很难利用其构成混沌电路。本文基于TiO忆阻器，提出了一种与TiO忆阻器特性相同的磁控忆阻器模型，并利用该模型设计了一个混沌电路，获得了丰富的混沌动力学特性。1忆阻器特性忆阻器由磁通量和电荷量的关系来定义，其电压与电流关系式可定义为如下两种形式J：v(t)=(g)i(t)(1)i(t)=()i(t)(2)式(1)中，(g)=dq~／dq为荷控记忆电阻，式(2)中，()=dq／dq~为磁控记忆电导。惠普实验室提出的忆阻器模型架构如图1所示，忆阻器由被夹于两个铂片电极之间的两层二氧化钛薄膜收稿日期：2013—09—02基金项目：国家自然科学基金资助项

5、目(61271064，60971046)，浙江省自然科学基金重点资助项目(LZ12F01001)作者简介：彭存建(1988一)，男，河南信阳人，在读研究生，混沌理论及应用．第2期彭存建等：基于TiO：忆阻器的混沌振荡电路9构成，薄膜厚度D为10nm左右。一层为缺氧二氧化钛(TiO一)掺杂薄层，其电阻率很低，厚度为W，另一为无掺杂的TiO层，其电阻率很高。当不同方向的电压或电流加到薄层时，掺杂层中的氧空位在强电场作用下发生速率为的离子漂移，引起两层之间边界的移动，导致其在最大电阻R和最小电阻R。之间变化。忆阻器的伏安关系式为：，g)i㈤=[R0n(一)】i(t)㈥把W(t)=R。

6、／Dq(t)代人式(3)，得：v(t)=[R0ff—At)dt】i(t)(4)m(q)=R珊一Afi(t)dt=R一Aq(5)式中，A=(R一R。)R。／D，q(t)=Ji(t)dt。式(5)为一荷控电阻。但电路中通常以电压作为激励，要用到忆阻器的电导表示。为此给出一种记忆电导的模型：i(t)=)v(t)：[仅+BJ=v(t)dt】v(1)(6)W()：+BIv(t)dt=+p‘P(7)式(6)为磁控忆阻器模型表达式，其忆导表达式为式(7)，、B为常数，‘p=fv(t)dt。设输入信号v(t)=sin(t)，0【=1，B=O．4；则式(6)的伏安特性如图2所示，它完全符合荷控忆

7、阻器的滞回特性。L●——一—————一。一—————————fL●——————————————一Dv(0电流，mA图1惠普实验室构建的忆阻器模型图2磁控型忆阻器伏安特性曲线2忆阻器混沌电路设计及其动力学特性分析基于Chua电路和记忆电导模型设计的一种混沌电路如图3所示，其电路状态方程为：dv1C1：+Gv一()vC1+i3L(8)，L一v：。Mdqo1图3忆阻器振荡电路lO杭州电子科技大学学报2014钜令X=vl，Y：v2，Z=i3，U=‘P，R=1，C2=1，a=1／Cl，b=1／L，C=