一种基于忆阻器的可编程模拟电路及其操作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于模拟电路领域，更具体地，设及一种基于忆阻器的可编程模拟电路及 其操作方法。
【背景技术】
[000引忆阻器（Memristor)被认为是电阻、电容、电感外的第四种基本电路元件，能够记 忆流经的电荷量，其电阻值能够通过控制电流变化而随之改变。忆阻器的高阻态和低阻态 可W用来存储"0"和"1"，用于信息存储，具有非易失性、低功耗、高速、高集成度等优点。此 夕tv区阻器的阻值可W随外加电流与电压的积累而连续变化，因此，可W对忆阻器的阻值进 行可编程操作。该样一种具有新颖可编程特性的电路基本元件，将对传统模拟电路带来革 新。
[0003] 具有阔值电压是忆阻器的一个重要的性质，只有加在忆阻器两端的电压大于其阔 值电压时，忆阻器的阻值才会改变。因此，若电路运行时电路中某电阻两端的电压低于忆阻 器的阔值电压，就可W使用忆阻器代替该电阻，于是该个电阻所提供的电路参数便具有了 可编程性。通过忆阻器编程电路为忆阻器两端提供高于其阔值电压的电压脉冲，就可W对 忆阻器的阻值进行可编程操作，从而对电路的性能参数实行可编程控制。该样，引入具有阻 值可编程特性及非易失性的忆阻器，能够有效的丰富和扩展传统可编程电路的功能和性能 参数可调性。
[0004] 中国发明专利《一种基于阻变忆阻器的电压保护电路及其应用》（【申请号】 201210119083. 7,申请日；2012-04-20)所提出的设计，利用电路自身所产生的电压对置于 电路中的忆阻器进行阻态调节，W此来反馈实现电路电压保护。但是它无法实现主动通过 调控忆阻器的阻态来调控电路性能，且此种设计仅适用于电压保护等特定电路，无法作为 通用模块应用于各类型可编程模拟电路中。现阶段亟需开发一种基于忆阻器的可编程电路 模块，W嵌入于放大电路、桥式电路、施密特触发器、求差电路、求和电路、积分电路、微分电 路、稳压电路、振荡电路和滤波电路等各类型模拟电路中，充分利用忆阻器电阻的可编程特 性，来实现电路功能的扩展、性能的提升W及电路参数的可调节性。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种可W对忆阻器的阻值进行编程 操作的可编程模拟电路。
[0006] 本发明提供了一种基于忆阻器的可编程模拟电路，所述可编程模拟电路包括：阻 变元件M、第一电阻R1、第二电阻R2、N型M0S管Q1和P型M0S管Q2;所述第一电阻R1的 一端作为所述可编程模拟电路的第一端口Vi，所述阻变元件M的一端与所述第一电阻R1的 另一端连接，所述阻变元件M的另一端作为所述可编程模拟电路的第二端口Vo;所述N型 M0S管Q1的漏极和所述P型M0S管Q2的漏极均连接至所述阻变元件M的另一端，所述N型 M0S管Q1的源极和所述P型M0S管Q2的源极均接地；所述第二电阻R2的一端与所述第一 电阻R1的另一端连接，所述第二电阻R2的另一端、所述N型MOS管Q1的栅极和所述P型M0S管Q2的栅极连接后作为所述可编程模拟电路的脉冲输入端pulse。
[0007] 工作时，所述可编程模拟电路的脉冲输入端pulse接零电压，所述阻变元件M两端 的电压降处于第二阔值电压Vt2与第一阔值电压Vtl之间，通过给所述脉冲输入端施加正 向脉冲，使得所述阻变元件M的阻值正向改变；通过给所述脉冲输入端施加负向脉冲，使得 所述阻变元件M的阻值反向改变。
[000引本发明还提供了一种基于忆阻器的可编程模拟电路，所述可编程模拟电路包括： 阻变元件M、N型M0S管Q1和P型M0S管Q2;所述阻变元件M的一端作为所述可编程模拟 电路的脉冲输入端pulse,所述阻变元件M的另一端作为所述可编程模拟电路的端口VI;所 述N型M0S管Q1的漏极和所述P型M0S管Q2的漏极均连接至所述阻变元件M的另一端， 所述N型M0S管Q1的源极和所述P型M0S管Q2的源极均接地；所述N型M0S管Q1的栅极 和所述P型M0S管Q2的栅极均连接至所述阻变元件M的一端。
[0009] 正常工作时，所述可编程模拟电路的脉冲输入端接零电压，所述阻变元件M两端 的电压降处于第二阔值电压Vt2与第一阔值电压Vtl之间；通过给脉冲输入端施加正向脉 冲使得所述阻变元件M的阻值改变；通过给所述脉冲输入端施加负向脉冲使得所述阻变元 件M的阻值反向改变。
[0010] 其中，所述阻变元件M为忆阻器；所述忆阻器的两端分别为正极与负极；正极是指 从正极施加大于第一阔值电压Vtl的偏置会使忆阻器从高阻状态转变为低阻状态；负极是 指从负极施加小于第二阔值电压Vt2的偏置会使忆阻器从低阻状态转变为高阻状态。
[0011] 本发明还提供了一种基于上述的可编程模拟电路的操作方法，包括下述步骤：
[0012] S11 ;通过在所述可编程模拟电路的第一端口Vi施加工作电压，且在脉冲输入端 pulse接零电压，使得所述可编程模拟电路正常工作，第二端口Vo正常输出；
[0013] 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阔值电压Vt2与第 一阔值电压Vtl之间的电压；
[0014] S12 ;通过给脉冲输入端pulse施加正向脉冲使得N型M0S管Q1导通，P型M0S管 Q2关断，电流由脉冲输入端pulse经第二电阻R2流经阻变元件M后经过N型M0S管Q1到 地；改变了所述阻变元件M的阻值，从而改变了模拟电路的参数；
[0015] 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；
[0016] S13 ;通过给脉冲输入端pulse施加负向脉冲使得P型M0S管Q2导通，N型M0S 管Q1关断，电流由地流经P型M0S管Q2到阻变元件M，再流经第二电阻R2到脉冲输入端 pulse;反向改变了阻变元件M的阻值，从而反向改变模拟电路的参数；
[0017] 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。
[0018] 本发明还提供了一种基于上述的可编程模拟电路的操作方法，包括下述步骤：
[0019] S21 ;通过在所述可编程模拟电路的脉冲输入端pulse接零电压，使得电路正常工 作；
[0020] S22 ;通过给所述脉冲输入端pulse施加正向脉冲使得N型M0S管Q1导通，P型 M0S管Q2关断，电流由脉冲输入端pulse经阻变元件M流经N型M0S管Q1后到地，改变了 阻变元件M的阻值，从而改变了模拟电路的参数；
[0021] 其中，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；
[002引 S23 ;通过给脉冲输入端pulse施加负向脉冲来使P型MOS管Q2导通，N型MOS管 Q1关断，电流由地流经P型MOS管Q2到阻变元件M，再到脉冲输入端pulse,反向改变了阻 变元件的阻值，从而反向改变模拟电路的参数；
[0023] 其中，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。
[0024] 本发明提供了一种施密特触发器，包括可编程电路模块、第一反相器、第二反相器 和电阻R13 ;所述第一反相器和所述第二反相器依次串联连接在所述可编程电路模块的第 二端口；所述第一反相器与所述第二反相器的串联连接端作为所述施密特触发器的第一输 出端，所述第二反相器的输出端作为所述施密特触发器的第二输出端；所述电阻R13连接 在所述可编程电路模块的第二端口与所述第二反相器的输出端之间；所述可编程电路模块 为上述的可编程模拟电路。
[0025] 本发明提供了一种同相放大器，包括可编程电路模块、运算放大器和电阻R23,所 述可编程电路模块的第二端口通过所述电阻R23接地，所述运算放大器的反相输入端连接 至所述可编程电路模块的第二端口，所述运算放大器的正相输入端接输入电压Vin;所述 运算放大器的输出端连接至所述可编程电路模块的第一端后作为所述同相放大器的第二 输出端；所述可编程电路模块为上述的可编程模拟电路。
[0026] 本发明提供了一种桥式补