一种基于忆阻器的通用编程模块及其操作方法_3

文档序号:8529041阅读:来源:国知局
阻器的负向电压 小于等于第二阈值电压Vt2时,忆阻器阻值逐渐升高。
[0052] 其中,第一阈值电压Vtl与第二阈值电压Vt2是忆阻器的固有属性,当阻变元件M 两端的电压降处于第二阈值电压Vt2与第一阈值电压Vtl之间时,阻变元件M的阻值不发 生改变;当阻变元件M两端的电压降大于第一阈值电压Vtl时,阻变元件M的阻值减小;当 阻变元件M两端的电压降小于第二阈值电压Vt2时,阻变元件M的阻值增大。不同的阻变 元件会对应不同的第一阈值电压Vtl或第二阈值电压Vt2,当阻变元件确定后,第一阈值电 压Vtl和第二阈值电压Vt2也确定了。
[0053] 基于上述忆阻器的特性,本发明中通过控制忆阻器两端的电压,达到控制忆阻器 阻值的目的,通过忆阻器的阻值变化来改变模拟电路的参数,从而改变模拟电路的性能。
[0054] 下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施 例可以相互结合,对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
[0055] 图2为本发明原始技术方案提出的可编程模块的结构,为了便于图示,图2中的 阻变器件以忆阻器为例标出,本领域技术人员可以理解,阻变器件还可以是磁随机存储器 (包括自旋转移力矩磁阻存储器STT-MRAM、磁隧道结单元MTJ以及自旋阀等)、阻变存储器、 相变存储器或者其他类型的可在高阻态和低阻态之中阻值连续可变的阻变器件,如图2所 示,本发明实施例提供的可编程模块包括:阻变元件M、电阻R1、第一 N型MOS管Q1、第一 P 型MOS管Q2、第二N型MOS管Q3、第二P型MOS管Q4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二 极管D3、第四二极管D4。
[0056] 其中,阻变元件M的一端201作为与外部电路连接的第一端口VI,同时连接第一二 极管D1的正极和第二二极管D2的负极;第一二极管D1的负极连接第一 N型MOS管Q1的 漏极;第二二极管D2的正极连接第一 P型MOS管Q2的漏极;第一 N型MOS管Q1的栅极连 接第一P型MOS管Q2的栅极并接地,同时连接电阻R1的一端203 ;电阻R1的另一端204作 为脉冲输入端pulse,同时连接第一N型MOS管Q1的源极、第一P型MOS管Q2的源极、第 二N型MOS管Q3的栅极、第二P型MOS管Q4的栅极;第二N型MOS管Q3的源极与第二P 型MOS管Q4的源极相连并接地;第二N型MOS管Q3的漏极连接第三二极管D3的负极;第 二P型MOS管Q4的漏极连接第四二极管D4的正极;阻变元件M的另一端202作为与外部 电路连接的第二端口 V2,同时连接第三二极管D3的正极和第四二极管D4的负极。
[0057] 其中,阻变元件M的正极与负极均可作为阻变元件M的一端201与另一端202,不 过施加同向脉冲后,阻变元件M阻值的变化方向相反。为了便于图示和说明,图2中的忆阻 器负极作为与外部电路连接的第一端口 VI。忆阻器正极作为与外部电路连接的第一端口 VI的结构同样在本申请的保护范围之内。
[0058] 阻变元件的正极和负极是指当从正极施加足够大的正向偏置时,能使阻变元件阻 值逐渐降低;当从负极施加足够大的正向偏置时,能使阻变元件阻值逐渐升高。
[0059] 在这里需指出本实施例中,外部电路连接端所接受的外部激励必须使阻变元件两 端的电压偏置在第二阈值电压Vt2与第一阈值电压Vtl之间,这样,在电路工作在正常状态 下,阻变元件的阻值不会发生改变。
[0060] 图3所示为本发明可编程模块原始技术方案的操作流程,图3中所示的方法可应 用于使用图2和图4编程模块的任意一种模拟电路,对于可编程模块的描述,请参考图2及 相应的实施例的描述,在此不再赘述,本实施例的流程如下:
[0061] S301 :将可编程模块与外部电路通过两个外部电路连接端口相连,给第一端口 VI 和第二端口 V2施加工作电压,脉冲输入端pulse接零来使电路正常工作。
[0062] 其中,与外部电路连接的第一端口 VI与与外部电路连接的第二端口 V2所接外部 电路正常工作时,必须使阻变元件M两端的电压在第二阈值电压Vt2与第一阈值电压Vtl 之间,从而阻变元件的阻值在这一过程中不发生改变。脉冲输入端pulse接零电压时,第一 N型MOS管Q1、第一 P型MOS管Q2、第二N型MOS管Q3、第二P型MOS管Q4均断开。
[0063] S302 :通过给脉冲输入端pulse施加正向脉冲来使Q2、D2、Q3和D3导通,阻变元 件M的阻值增大/减小。
[0064] 当脉冲输入端pulse被施加正向脉冲时,第一 P型MOS管Q2、第二二极管D2、第二 N型MOS管Q3和第三二极管D3导通,第一 N型MOS管Q1、第一二极管D1、第二P型MOS管 Q4和第四二极管D4断开,可编程电路中阻变元件M中的电流方向是由脉冲输入端pulse经 第一 P型MOS管Q2、第二二极管D2、第三二极管D3、第二N型MOS管Q3最后到地。在此过 程中,阻变元件M两端的电压在第二阈值电压Vt2与第一阈值电压Vtl范围之外,因此在这 个过程中,阻变元件M的阻值发生改变。若电流由阻变元件M的正极流向负极,则阻变元件 M的阻值逐渐降低;若电流由阻变元件M的负极流向正极,则阻变元件M的阻值逐渐升高。
[0065] S303 :通过给脉冲输入端pulse施加负向脉冲来使Q4、D4、D1和Q1导通,阻变元 件M的阻值减小/增大。
[0066] 当脉冲输入端pulse被施加正向脉冲时,第一 P型M0S管Q2、第二二极管D2、第二 N型MOS管Q3和第三二极管D3断开,第一 N型MOS管Q1、第一二极管D1、第二P型MOS管 Q4和第四二极管D4导通,可编程电路中阻变元件M中的电流方向是由地经第二P型M0S管 Q4、第四二极管D4、第一二极管D1、第一 N型M0S管Q1最后到脉冲输入端pulse。在此过程 中,阻变元件M两端的电压在第二阈值电压Vt2与第一阈值电压Vtl范围之外,因此在这个 过程中,阻变元件M的阻值发生改变。若电流由阻变元件M的正极流向负极,则阻变元件M 的阻值逐渐降低;若电流由阻变元件M的负极流向正极,则阻变元件M的阻值逐渐升高。
[0067] 基于本发明中的电路结构与操作方法,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0068] 下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施 例可以相互结合,对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
[0069] 图4为本发明可编程模块技术方案二的电路结构示意图,为了便于图示,图4最终 的阻变器件以忆阻器为例标出,本领域技术人员可以理解,阻变器件还可以是磁随机存储 器(包括自旋转移力矩磁阻存储器STT-MRAM、磁隧道结单元MTJ以及自旋阀等)、阻变存储 器、相变存储器或者其他类型的可在高阻态和低阻态之中阻值连续可变的阻变器件,如图4 所示,本发明实施例提供的可编程模拟电路包括:阻变元件串联组401、电阻R1、第一 N型 M0S管Q1、第一 P型M0S管Q2、第二N型M0S管Q3、第二P型M0S管Q4、第一二极管D1、第 二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4。
[0070] 其中,阻变元件串联组401的一端402作为与外部电路连接的第一端口 VI,同时连 接第一二极管D1的正极和第二二极管D2的负极;第一二极管D1的负极连接第一 N型M0S 管Q1的漏极;第二二极管D2的正极连接第一 P型M0S管Q2的漏极;第一 N型M0S管Q1的 栅极连接第一 P型M0S管Q2的栅极并接地,同时连接电阻R1的一端404 ;电阻R1的另一 端405作为脉冲输入端
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