一种基于忆阻器的可编程模拟电路的制作方法

本发明涉及一种基于忆阻器的可编程模拟电路，适用于电子电路领域。

背景技术：

忆阻器具有独特的开关转换机制和天然的记忆功能，如果把忆阻器的高阻抗状态定义为逻辑“0"，低阻抗状态定义为逻辑+1，那么忆阻器就能够以阻抗的形式存储二进制数据。因此，目前忆阻器最主要的应用是在存储介质制造领域。

忆阻器的出现丰富了当今市面上现有的电子元器件类型，而忆阻器本身的特殊性质，为忆阻器在各种电子电路设计领域的应用提供了一种全新的思路。

忆阻器是电路学发展史上的一个重大发现，可以与一百年前发明的三极管相媲美，而忆阻器也被认为是继电阻、电容和电感之后的第四种基本电路元件。忆阻器最突出的特点是其天然的非易失性记忆功能和良好的开关性能，在非易失性存储器技术、可重构信号处理电路和人工神经网络等领域具有巨大的应用潜力。随着忆阻器技术的不断深入发展，忆阻器不仅仅局限于二进制运行模式系统，忆阻器在模拟电路设计中同样可以发挥巨大的作用。这些物理机制使将来商业化生产忆阻器成为可能，忆阻器在电子电路应用领域将发挥巨大作用。

技术实现要素：

本发明提供一种基于忆阻器的可编程模拟电路，具有天然的记忆功能和良好的开关性能，电路结构紧凑，工作稳定，适应性好，提高了工作效率，功耗低，且具有良好的抗干扰性和可靠性。

本发明所采用的技术方案是：

基于忆阻器的可编程模拟电路由可编程双桥电路、可编程增益放大器、波形信号发生器、幅值调节电路组成。

所述可编程双桥电路，包括两个输入脉冲信号源Vl,V2，都能输出正电压脉冲。M1、M4是P沟道增强型场效应管，低电平有效，用来控制回路的通断。电路的工作电压为5V。当V1打开(输入低电平)，V2关闭(输入高电平)时，P沟道场效应管Ml和M2导通，M3关闭，电流经过R3从忆阻器的正极(plus)流向负极(minus),此时忆阻器的阻值减小。当Vl关闭，V2打开时，M3和M4导通，Ml和M2关闭，电流经过R4从忆阻器的负极(minus)流向正极(plus)。

所述可编程增益放大器和常见的同相运算放大器一样，输入信号Yin(t)加载到运算放大器的正输入端y+；负输入端牲连接了两个电阻，分别是反馈电阻和忆阻器。忆阻器可编程电路可以分为两个工作阶段。在编程操作阶段，调节控制信号源VP，使场效应管M1或M2导通，把脉冲信号加载到忆阻器上，对忆阻器的状态进行编程，忆阻器的阻值可以是[[Ron, Roff]范围内的任一取值。将忆阻器调整到需要的状态后，关闭场效应管M1和M2。

所述矩形波信号发生器主要包括反相输入的滞回电压比较器和RC积分器两部分电路。电压比较器具有开关功能，控制电路的高低电平输出状态。RC电路不仅是信号发生器的延迟环节，同时也是信号发生器的反馈环节。电压比较器的信号输出端特别加上了一个限幅环节，主要由一个限流电阻和两个背靠背的稳压管构成。信号发生器电路的输出电压是正负对称的，其幅度取决于稳压管的稳压值。信号发生器的输出频率可以通过电位器R5或R6来调整，但为了得到合适的自激振荡频率，电路中往往需要分立的大容量电容元件，不仅能耗大，而且也不利于电路的集成化。利用电容的充电和放电过程以及反馈产生了自激振荡，使得输出波形在高低电平两个状态之间自动转换。

所述幅值调节电路利用电位器Rp对双限比较器的输出电压进行取样，然后将取样电压连接到由运算放大器和电阻网络R2R3组成的同相比例放大电路。为了减小对忆阻振荡器电路输出信号的影响，幅值调节电路中的电压取样电位器应该选择大阻值(可取100K欧)。

本发明的有益效果是：具有天然的记忆功能和良好的开关性能，电路结构紧凑，工作稳定，适应性好，提高了工作效率，功耗低，且具有良好的抗干扰性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的可编程双桥电路。

图2是本发明的可编程增益放大器。

图3是本发明的波形信号发生器。

图4是本发明的幅值调节电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，可编程双桥电路，包括两个输入脉冲信号源Vl,V2，都能输出正电压脉冲。M1、M4是P沟道增强型场效应管，低电平有效，用来控制回路的通断。电路的工作电压为5V。当V1打开(输入低电平)，V2关闭(输入高电平)时，P沟道场效应管Ml和M2导通，M3关闭，电流经过R3从忆阻器的正极(plus)流向负极(minus),此时忆阻器的阻值减小。当Vl关闭，V2打开时，M3和M4导通，Ml和M2关闭，电流经过R4从忆阻器的负极(minus)流向正极(plus)。

如图2, 可编程增益放大器和常见的同相运算放大器一样，输入信号Yin(t)加载到运算放大器的正输入端y+；负输入端牲连接了两个电阻，分别是反馈电阻和忆阻器。忆阻器可编程电路可以分为两个工作阶段。在编程操作阶段，调节控制信号源VP，使场效应管M1或M2导通，把脉冲信号加载到忆阻器上，对忆阻器的状态进行编程，忆阻器的阻值可以是[[Ron, Roff]范围内的任一取值。将忆阻器调整到需要的状态后，关闭场效应管M1和M2。

如图3，矩形波信号发生器主要包括反相输入的滞回电压比较器和RC积分器两部分电路。电压比较器具有开关功能，控制电路的高低电平输出状态。RC电路不仅是信号发生器的延迟环节，同时也是信号发生器的反馈环节。电压比较器的信号输出端特别加上了一个限幅环节，主要由一个限流电阻和两个背靠背的稳压管构成。信号发生器电路的输出电压是正负对称的，其幅度取决于稳压管的稳压值。信号发生器的输出频率可以通过电位器R5或R6来调整，但为了得到合适的自激振荡频率，电路中往往需要分立的大容量电容元件，不仅能耗大，而且也不利于电路的集成化。利用电容的充电和放电过程以及反馈产生了自激振荡，使得输出波形在高低电平两个状态之间自动转换。

如图4，幅值调节电路利用电位器Rp对双限比较器的输出电压进行取样，然后将取样电压连接到由运算放大器和电阻网络R2R3组成的同相比例放大电路。为了减小对忆阻振荡器电路输出信号的影响，幅值调节电路中的电压取样电位器应该选择大阻值(可取100K欧)。