一种基于运算放大器的忆阻器编程电路及其操作方法_3

文档序号:9201476阅读:来源:国知局
是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例,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。
[0061] 本发明及上述附图中的术语"第一"、"第二"等(如果存在)是用于区别类似的对 象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以 互换,以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺 序实施。此外,术语"包括"和"具有"以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含, 例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那 些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其 它步骤或单元。
[0062] 在介绍本发明的技术方案之前,首先介绍以忆阻器为代表的阻变器件的一些特 性,图1为双极性忆阻器的伏安特性曲线示意图,从图1可以看出,当加在忆阻器两端的正 向电压大于等于第一阈值电压Vtl时,忆阻器的阻值逐渐降低,当加在忆阻器的负向电压 小于等于第二阈值电压Vt2时,忆阻器阻值逐渐升高。
[0063] 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。
[0064] 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所述的忆阻器编程电路的参数,从而改变所述 的忆阻器编程电路的性能。
[0065] 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。
[0066] 图2为本发明技术方案一提出的可编程逻辑电路的结构,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所述的忆阻器编程电路包括:阻变元件M、第一电阻R1、脉 冲开关P、运算放大器。
[0067] 其中,运算放大器的反相输入端作为编程电路的输入端Vi,同时连接阻变元件M 的一端201 ;阻变元件M的另一端202连接脉冲开关P的一端203,同时连接第一电阻Rl的 一端205 ;第一电阻Rl的另一端206作为编程电路的输出端Vo,同时连接运算放大器的输 出端;脉冲开关P的另一端204作为脉冲输入端pulse ;运算放大器的同相输入端接地。
[0068] 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 器正极作为一端201。忆阻器负极作为一端201的结构同样在本专利的保护范围之内。
[0069] 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。
[0070] 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Vt2与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。
[0071] 图3为本发明可编程所述的忆阻器编程电路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,本发明技术方案二提供的可编程所述的忆阻器编程电路包括:阻 变元件M、电路元件X、脉冲开关P、运算放大器。
[0072] 其中,阻变元件M的一端301作为编程电路的输入端Vi,同时连接脉冲开关P的一 端305 ;脉冲开关P的另一端306作为脉冲输入端pulse ;阻变元件M的另一端302连接运 算放大器的反相输入端,同时连接电路元件X的一端303 ;电路元件X的另一端304作为编 程电路的输出端Vo,同时连接运算放大器的输出端;运算放大器的同相输入端接地。
[0073] 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301与另一端302,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3中的忆阻 器正极与脉冲输出端相连。
[0074] 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。
[0075] 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Vt2与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。
[0076] 图4所示为本发明可编程所述的忆阻器编程电路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编程单元的任意一种所述的忆阻器编程电路,对于可编程 单元的描述,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:
[0077] SI 1 :通过在所述编程电路的输入端口 Vi施加工作电压,且在脉冲输入端pulse接 零电压,脉冲开关P关断,使得所述的忆阻器编程电路正常工作,输出端口 Vo正常输出;
[0078] 所述工作电压是指使得所述阻变元件M两端的电压降在第二阻阈值电压Vt2与第 一阈值电压Vtl之间的电压;
[0079] S12 :通过给脉冲输入端pulse施加正向脉冲使得脉冲开关P导通,电流由脉冲输 入端pulse经脉冲开关P流经阻变元件M后应用运算放大器深度负反馈的虚地性质到地; 改变了所述阻变元件M的阻值,从而改变了所述的忆阻器编程电路的参数;
[0080] 其中,当电流由阻变元件M的正极流向负极,则阻变元件M的阻值逐渐降低;当电 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;
[0081] S13 :通过给脉冲输入端pulse施加负向脉冲使得脉冲开关P导通,电流由地应 用运算放大器深度负反馈的虚地性质流经阻变元件M,再流经脉冲开关P到脉冲输入端 pulse ;反向改变了阻变元件M的阻值,从而反向改变所述的忆阻器编程电路的参数;
[0082] 其中,当电流由阻变元件M的正极流向负极时,阻变元件M的阻值逐渐降低;当电 流由阻变元件M的负极流向正极时,阻变元件M的阻值逐渐升高。
[0083] 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。
[0084] 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。
[0085] 图5为本发明应用实施例一第一可编程反向放大器的电路结构示意图,包括:第 一电阻R11、第二电阻R12、第三电阻R13、第一二极管D11、第二二极管D12、N型MOS管Q11、 P型MOS管Q12、阻变元件M和运算放大器。
[0086] 其中,第一电阻Rll的一端501作为可编程反相放大器的输入端Vi ;第一电阻Rll 的另一端502连接阻变元件M的一端503,同时连接第一二极管Dll的正极和第二二极管 D12的负极;第一二极管Dll的负极连接N型MOS管Qll的漏极;第二二极管D12的正极连 接P型MOS管Q12的漏极;第三电阻R13的一端508作为脉冲输入端pulse,同时连接N型 MOS管Qll的源极和P型MOS管Q12的源极;第三电阻R13的另一端507接地,同时连接N 型MOS管Qll的栅极和P型MOS管Q12的栅极;阻变元件M的另一端504连接运算放大器 的反相输入端,同时连接第二电阻R12的一端505 ;第二电阻R12的另一端506作为可编程 反相放大器的输出端Vo,同时连接运算放大器的输出端;运算放大器的同相输入端接地。
[0087] 其中,第三电阻R13、第一二极管D11、第二二极管D12、N型MOS管Q11、P型MOS管 Q12组成脉冲开关P。当脉冲输入端pulse接零电压时,第一二极管Dll、第二二极管D12、 N型MOS管QlUP型MOS管Q12均关断;当脉冲输入端pulse输入正向脉冲时,第二二极管 D12、P型MOS管Q12导通,第一二极管DlUN型MOS管Qll关断,电流由脉冲输入端pulse 流经P型MOS管Q12、第二二极管D12、阻变元件M,最后通过运算放大器虚地到地;当脉冲 输入端pulse输入负向脉冲时,第一二极管Dll、N型MOS管Qll导通,第二二极管D12、P 型MOS管Q12关断,电流由运算放大器接地端流经阻变元件M、第一二极管DlUN型MOS管 Qll到脉冲输入端pulse。其中,第三电阻R13的作用是为N型MOS管QlUP型MOS管Q12 的源极和栅极提供一个电压差。本专利应用实施例中的脉冲开关P均为上述电路,其工作 原理在下文中不再赘述。
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