一种单极性纳米流体忆阻器模型的构建方法

本发明涉及电子电路，特别是一种单极性纳米流体忆阻器模型的构建方法。

背景技术：

1、近年来，基于电解质离子的纳米流体忆阻器的发展为神经形态器件带来新机遇。纳米流体忆阻器利用多种共存离子，为电离电流提供了丰富的化学信息，这些化学信息提供了用电解质中的离子制造高度并行计算设备的可能性，这使得纳米流体器件具有超越固体记忆电阻器性能的潜力。

2、目前，针对单极性忆阻器已经提出了不少模型。在已有的跳变型单极性忆阻器模型中，fernando garcía-redondo等人提出的忆阻器模型由电流-电压方程和状态变量方程构成，电流方程使用分段函数构成以应对多种电导态，且每一段都没有固定的公式，需要根据情况选定；状态变量方程不仅与当前时刻的参数有关，还与上一个状态相关。整个模型虽然灵活，但是复杂度很高，对连续性忆阻器难以适用。c.yakopcic等人提出的忆阻器模型虽然可以同时适用单极性与双极性忆阻器，但其内部状态变量方程只有在加载反向电压时，才能使状态变量减小，此时面临撤去电压时，其内部状态变量无法返回最小值的问题。与此相反，e.garcia-moreno等人提出的忆阻器模型仅由一个电流-电压方程构成，该方程使用指数函数以及幂函数来描述高阻态和低阻态下的电流，特点是模型结构简单，同时可以适应连续型忆阻器；但其模型无法描述忆阻器内部状态变量的变化状况，并且采用经典的joglekar窗口函数同时描述状态变量在边界区域的非线性，面临在加载扫描电压时，状态变量从最低值开始增大或者从最高值开始减小，均需要经过joglekar窗口函数在左边界所描述的非线性区，状态变量难以上升或下降的问题，窗口函数显得不灵活。因此，提出一种结构简单、适应连续性忆阻器、窗口函数更为灵活的显得尤为紧迫。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种模型简单、能够适配连续型忆阻器、窗口函数灵活的单极性纳米流体忆阻器模型的构建方法。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种单极性纳米流体忆阻器模型的构建方法，包括：

3、构建电流-电压方程，电流-电压方程由状态变量与最大电流项构成，用于描述忆阻器的电流与状态变量和施加电压之积成正比；

4、构建状态变量方程：状态变量方程由幅值增长项与窗口函数构成，用于描述状态变量变化速度正比于状态变量与施加电压平方之积。

5、进一步地，所述电流-电压方程为：

6、

7、其中，i为流过忆阻器的电流，v为忆阻器两端的电压，x表示状态变量，α1、α2为常数；

8、电流表达式由状态变量x与αiv的乘积构成，其中i＝1,2；其中αiv项描述了忆阻器在电阻最小时刻的电流，状态变量x描述了当前时刻电流与最大电流之比。

9、进一步地，所述状态变量方程为：

10、

11、其中，v为忆阻器两端的电压，x表示状态变量，t为时间，λi为常数，其中i＝1,2,3,4；ρ为电压的方向，ρ>0表示电压幅值增大，ρ<0表示电压幅值减小；w(x)为窗口函数；

12、状态变量方程描述了状态变量的变化速度正比于电压乘积的平方和窗口函数之积，其中λiv2，其中i＝0,1,2,3,4，描述了状态变量导数的增长幅度；窗口函数w(x)描述了忆阻器中状态变量x在边界处的非线性，同时也限制模型中状态变量x不会超出边界范围。

13、进一步地，窗口函数w(x)具体如下：

14、

15、其中，xmin为忆阻器状态变量的最小值，而最大值为1；p为非线性度参数，取值为正整数；ρ为电压的方向。

16、进一步地，所述单极性纳米流体忆阻器模型用于描述连续型的忆阻器。

17、进一步地，状态变量x的取值范围为[xmin,1]，并通过窗口函数w(x)来实现对忆阻器模型的限制，具体如下：

18、单极性纳米流体忆阻器未加载电压时，状态变量x＝xmin；单极性纳米流体忆阻器加载幅值增大的电压时，状态变量x增加；当状态变量x增加到1后，窗口函数w(x)取值为0；持续加载电压，状态变量x＝1保持不变；

19、单极性纳米流体忆阻器加载幅值减小的电压或者撤去电压时，状态变量x减小；当状态变量x减小到xmin后，窗口函数w(x)取值为0，状态变量x＝xmin保持不变。

20、进一步地，通过电压的方向ρ来确定加载电压的方向，在电压增大即ρ>0或减小即ρ<0时，状态变量x均能够取到最值xmin或1，并在最值附近出现非线性变化，非线性变化的程度由非线性度参数p控制，具体如下：

21、单极性纳米流体忆阻器未加载电压时，状态变量保持初始态x＝xmin；当两端加载幅值增大的电压即ρ>0时，窗口函数w(x)取值为1，状态变量x增加；且当状态变量x增加到接近于1时，窗口函数w(x)非线性减小，状态变量x增加速度变慢，表现出非线性增长的现象，非线性度取决于非线性度参数p；

22、单极性纳米流体忆阻器加载幅值减小的电压即ρ<0时，窗口函数取值为1，状态变量x减小；且当状态变量x减小到接近xmin时，窗口函数w(x)非线性减小，状态变量x减小的速度变慢，表现出非线性减小的现象，非线性度取决于非线性度参数p。

23、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)模型简单，解决了单极性忆阻器模型过于复杂的问题；(2)解决了单极性忆阻器难适配连续型忆阻器的问题，可以有效地模拟连续型忆阻器；(3)窗口函数灵活，解决了在电压扫描时，状态变量从最低、最高值开始增大、减小时，均需要经过窗口函数所述的非线性区，状态变量难以上升、下降，窗口函数不灵活的问题。

技术特征：

1.一种单极性纳米流体忆阻器模型的构建方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的单极性纳米流体忆阻器模型的构建方法，其特征在于，所述电流-电压方程为：

3.根据权利要求2所述的单极性纳米流体忆阻器模型的构建方法，其特征在于，所述状态变量方程为：

4.根据权利要求3所述的单极性纳米流体忆阻器模型的构建方法，其特征在于，窗口函数w(x)具体如下：

5.根据权利要求4所述的单极性纳米流体忆阻器模型的构建方法，其特征在于，所述单极性纳米流体忆阻器模型用于描述连续型的忆阻器。

6.根据权利要求5所述的单极性纳米流体忆阻器模型的构建方法，其特征在于，状态变量x的取值范围为[xmin,1]，并通过窗口函数w(x)来实现对忆阻器模型的限制，具体如下：

7.根据权利要求6所述的单极性纳米流体忆阻器模型的构建方法，其特征在于，通过电压的方向ρ来确定加载电压的方向，在电压增大即ρ>0或减小即ρ<0时，状态变量x均能够取到最值xmin或1，并在最值附近出现非线性变化，非线性变化的程度由非线性度参数p控制，具体如下：

技术总结
本发明公开了一种单极性纳米流体忆阻器模型的构建方法，该方法包括构建电流‑电压方程，电流‑电压方程由状态变量与最大电流项构成，用于描述忆阻器的电流与状态变量和施加电压之积成正比；构建状态变量方程：状态变量方程由幅值增长项与窗口函数构成，用于描述状态变量变化速度正比于状态变量与施加电压平方之积。本发明结构简单，可以描述连续型忆阻器，窗口函数灵活、适应性强。

技术研发人员：俞叶峰,高成,肖亦可,孙伟玲
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1