数模转换电路、电子装置以及操作方法

1.本公开的实施例涉及一种数模转换电路、电子装置以及操作方法。


背景技术：

2.数模转换电路(digital-to-analog converter，dac)是集成电路领域十分重要的功能模块，它是连接电路系统中的数字量和模拟量的关键桥梁。针对特定常见的非线性函数制作相应的数模转换电路，可以充分利用dac的各个档位，从而能够降低电路的规模，减少数字信号的存储位宽，拓宽模拟信号的生成区间等。
3.忆阻器是一类可根据流经器件电荷改变阻值的基本器件，与普通电阻相比，其阻值可以由两端加合适的电压脉冲信号设定。忆阻器天然就兼具电阻的功能和可编程的特性，因此十分适合替代传统dac的电阻网络中的定值电阻。


技术实现要素：

4.本公开至少一实施例提供一种数模转换电路，包括：第一电压端，配置为接收第一电压；第二电压端，配置为接收第二电压；忆阻器串模块，包括：m个忆阻器，其中，所述m个忆阻器依次串联，所述m个忆阻器构成的忆阻器串的两端点分别与所述第一电压端和所述第二电压端电连接，m个第一输出端，其中，所述m个第一输出端分别对应所述第二电压端以及位于所述m个忆阻器中的相邻忆阻器之间的m-1个中间连接点，以及模式切换模块，包括第一控制信号输入端，其中，所述第一控制信号输入端配置为接收第一控制信号，所述模式切换模块配置为根据所述第一控制信号使得所述m个忆阻器中任一对相邻忆阻器之间断开电连接或建立电连接；忆阻器设置模块，包括m个第一输入端、第二控制信号输入端和m个第三电压端，其中，所述m个第一输入端配置为接收m个操作电压，所述第二控制信号输入端配置为接收第二控制信号，所述忆阻器设置模块与所述忆阻器串模块耦接且配置为根据所述第二控制信号将所述m个忆阻器分别耦接在所述m个第一输入端和所述m个第三电压端之间；以及多路选择模块，包括m个第二输入端、m个数字信号输入端以及第二输出端，其中，所述m个第二输入端与所述m个第一输出端一一对应地电连接，所述m个数字信号输入端配置为接收具有m位的数字转换信号，所述第二输出端配置为输出模拟电压信号，所述多路选择模块与所述忆阻器串模块耦接且配置为根据所述数字转换信号对应地选择所述m个第二输入端之一与所述第二输出端电连接；其中，m＝2^m，m为大于1的整数。
5.例如，所述模式切换模块还包括m-1个第一开关m1，所述m-1个第一开关m1中第i个第一开关m1连接所述m个忆阻器中第i个忆阻器和第i+1个忆阻器，所述m-1个第一开关m1的控制端与所述第一控制信号输入端电连接以接收所述第一控制信号，其中，i＝1,2,
…
,m-1。
6.例如，所述忆阻器设置模块包括m个第二开关m2和m-1个第三开关m3，所述m个第二开关m2中，第j个第二开关m2的第一端与所述m个第一输入端中的第j个电连接，所述第j个第二开关m2的第二端与所述m个忆阻器中的第j个的第一端电连接，所述第j个第二开关m2
的控制端与所述第二控制信号输入端电连接以接收所述第二控制信号，其中，j＝1,2,
…
,m；所述m-1个第三开关m3中，第h个第三开关m3的第一端与所述m个忆阻器中的第h+1个的第二端电连接，所述第h个第三开关m3的第二端与所述m个第三电压端中的第h个电连接，所述第h个第三开关m3中的控制端与所述第二控制信号输入端电连接以接收所述第二控制信号，其中，h＝1,2,
…
,m-1。
7.例如，所述m个第三电压端彼此电连接。
8.例如，所述多路选择模块包括m个开关子模块，所述m个开关子模块中的第a个开关子模块与所述m个数字信号输入端中的第a个电连接，所述m个数字信号输入端中的第a个配置为接收所述数字转换信号的第a位，其中，a＝0,1,2,
…
,m-1；所述m个开关子模块中，所述第a个开关子模块具有2^(m-a)个输入端以及2^(m-a-1)个输出端，且配置为从2^(m-a)对输入中选2^(m-a-1)个输出；除第m-1个开关子模块外，所述第a个开关子模块的输出分别作为第a+1个开关子模块的输入。
9.例如，所述m个忆阻器中至少一对相邻的忆阻器的阻值不相等。
10.例如，所述m个忆阻器的阻值依次累加生成的m个累计值非线性变化。
11.例如，所述m个第三电压端与所述第二电压端接相同的电压。
12.本公开至少一实施例还提供一种电子装置，包括以上任一实施例所述的数模转换电路。
13.例如，所述电子装置还包括：控制模块，配置为提供所述第一控制信号和所述第二控制信号；以及操作电压提供模块，与所述m个第一输入端耦接，配置为提供所述m个操作电压。
14.本公开至少一实施例还提供一种以上任一所述的数模转换电路的操作方法，包括：将所述多路选择模块数字转换信号的所述m个数字信号输入端全部置零；接收所述第一控制信号和所述第二控制信号，其中，所述第一控制信号为关断电位以使得所述m个忆阻器中的任一对相邻忆阻器之间断开电连接，所述第二控制信号为导通电位以使得所述忆阻器串模块进入置位模式；在所述m个第一输入端接收所述m个操作电压，对所述m个忆阻器根据所述m个操作电压分别进行置位操作。
15.例如，所述置位操作包括：获得所述m个忆阻器的m个目标阻值的数组r”[m]，且将所述数组r”[m]输入到脉冲信号发生器；接收所述脉冲信号发生器根据数组r”[m]生成的所述m个操作电压；将所述m个操作电压输入到所述m个第一输入端，以分别设置所述m个忆阻器的阻值。
[0016]
例如，获得所述m个忆阻器的m个目标阻值的数组r”[m]，包括：将所述m个忆阻器中的每个的阻值表示为2^n个阻值档位，其中，n为正整数；对非线性信号曲线采样，得到m+1个档位值；对所述m+1个档位值进行前向差分，计算出m个相对值，分别对应所述m个忆阻器的阻值，记为数组r[m]；求出所述数组r[m]中的最大值rmax；计算映射比例k＝2^n/rmax，以使所述最大值rmax映射到所述2^n个阻值档位中的第2^n档位；将所述数组r[m]中的每个数值乘以所述映射比例k，得到映射后的数组r’[m]；对所述数组r’[m]中的每个数值做最近邻取整，得到所述最近邻取整后的数组r”[m]，以使所述数组r”[m]中的第g个数值映射到所述m个忆阻器中的第g个的所述2^n个阻值档位中，其中，g＝1,2,
…
,m。
[0017]
例如，本公开至少一个实施例还提供另一种以上任一所述的数模转换电路的操作
方法，包括：接收所述第一控制信号和所述第二控制信号，其中，所述第二控制信号为关断电位以使得所述忆阻器串模块退出置位模式，所述第一控制信号为开通电位以使得所述m个忆阻器中的任一对相邻忆阻器之间建立电连接，且在所述m个忆阻器上产生m个参考分压；接收所述数字转换信号，且将所述数字转换信号输入所述多路选择模块，其中，所述多路选择模块根据所述数字转换信号，从所述m个参考分压选择对应的一个参考分压作为所述模拟电压信号从所述第二输出端输出。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
[0019]
图1为一种非线性信号的示意图；
[0020]
图2为本公开一些实施例提供的一种数模转换电路的示意框图；
[0021]
图3为本公开一些实施例提供的一种数模转换电路的示意图；
[0022]
图4为本公开一些实施例提供的一种电子装置的示意框图；
[0023]
图5为本公开一些实施例提供的一种数模转换电路的置位模式操作方法的流程图；
[0024]
图6为本公开一些实施例提供的一种数模转换电路的工作模式操作方法的流程图；以及
[0025]
图7为本公开一些实施例提供的忆阻器阻值非线性置位操作方法的流程图；
[0026]
图8为本公开一些实施例提供的基于忆阻器的非线性可编程数模转换电路系统的示意框图。
具体实施方式
[0027]
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0028]
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0029]
下面通过几个具体的实施例对本公开进行说明。为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，可省略已知功能和已知部件的详细说明。当本公开实施例的任一部件在一个以上的附图中出现时，该部件在每个附图中由相同或类似的参考标号表示。
[0030]
在传统的数模转换电路之中，转换精度、电路规模和延迟时间这三个指标往往难
以兼顾，尤其是需要生成非线性的模拟信号时，部分区间的转换精度得不到有效的利用，同时另一部分区间数模转换精度不够，导致最小数字单位无法反映模拟信号所需的细微差距。
[0031]
对于非线性数模转换电路的设计，第一类改进方法是更改电阻网络中的阻值关系，大多是针对于某一特定非线性函数设计，例如，单独实现具有指数函数曲线的dac或对数函数曲线的dac。这类数模转换电路的应用领域比较受限，且不能够及时产生用户所需的其他非线性模拟信号。第二类改进方法是引入一定程度的可编程功能，一般需要基于时序电路和存储功能模块，对非线性函数的采样结果进行存储，很大程度上增加了电路的规模，且时序模块的引入增大了数模转换电路使用过程中的延迟，降低了数模转换电路的速度。
[0032]
例如，图1示出了一种非线性信号曲线。如果运用合适的非线性数模转换电路对曲线中的dot1，dot2，
…
，dot8共8个档位进行拟合，那么恰好只需8个档位，即3bit数字信号即可表示。如果使用线性数模转换电路，那么最小档位必须能够表示(0.6-0.0＝0.6)，而该模拟信号的值域宽度约为32.1，那么此时至少需要一个具有32.1/0.6≈53.5档位的dac，即8bit数字信号才能够表示。这种情况不仅增加了数模转换电路的规模和功率，还会使数字存储存在冗余，且效率较低。
[0033]
本公开至少一实施例提供一种数模转换电路，包括第一电压端、第二电压端、忆阻器串模块、忆阻器设置模块和多路选择模块。第一电压端配置为接收第一电压；第二电压端配置为接收第二电压。忆阻器串模块包括：m个忆阻器、m个第一输出端和模式切换模块，其中，m个忆阻器依次串联，m个忆阻器构成的忆阻器串的两端点分别与第一电压端和第二电压端电连接；m个第一输出端分别对应第二电压端以及位于m个忆阻器中的相邻忆阻器之间的m-1个中间连接点；模式切换模块包括第一控制信号输入端，其中，第一控制信号输入端配置为接收第一控制信号，模式切换模块配置为根据第一控制信号使得m个忆阻器中任一对相邻忆阻器之间断开电连接或建立电连接。忆阻器设置模块包括m个第一输入端、第二控制信号输入端和m个第三电压端，其中，m个第一输入端配置为接收m个操作电压，第二控制信号输入端配置为接收第二控制信号，忆阻器设置模块与忆阻器串模块耦接且配置为根据第二控制信号将m个忆阻器分别耦接在m个第一输入端和m个第三电压端之间。多路选择模块包括m个第二输入端、m个数字信号输入端以及第二输出端，其中，m个第二输入端与m个第一输出端一一对应地电连接，m个数字信号输入端配置为接收具有m位的数字转换信号，第二输出端配置为输出模拟电压信号，多路选择模块与忆阻器串模块耦接且配置为根据数字转换信号对应地选择m个第二输入端之一与第二输出端电连接；其中，m＝2^m，m为大于1的整数。
[0034]
本公开至少一实施例还提供了一种包括上述数模转换电路的电子装置。
[0035]
本公开至少一实施例还提供了一种对应于上述数模转换电路的操作方法。
[0036]
本公开至少一实施例提供的数模转换电路、电子装置和操作方法，在传统数模转换电路的基础上，用忆阻器代替原有的电阻，且可以切换该数模转换电路的置位和工作两种模式。通过调整各个忆阻器的阻值，该数模转换电路能够表示多比特数据以匹配各类非线性函数，从而拓宽了非线性模拟信号的生成区间。本公开至少一实施例中，由于不需要额外引入存储功能模块和时序电路，因而降低了电路的规模，提高了传输效率。
[0037]
下面结合附图对本公开的一些实施例进行详细说明。
[0038]
图2为本公开一些实施例提供的一种数模转换电路的示意框图。
[0039]
例如，如图2所示，数模转换电路100包括第一电压端、第二电压端电、忆阻器串模块110、忆阻器设置模块120和多路选择模块130。
[0040]
忆阻器串模块110的两端点分别与第一电压端和第二电压端电连接。其中，第一电压端配置为接收第一电压v1，第二电压端配置为接收第二电压v2。例如，第一电压v1可以配置为用于数模转换的参考电位(vref)，第二电压v2可以配置为接地(gnd)。忆阻器串模块110还包括第一控制信号输入端。第一控制信号输入端配置为接收第一控制信号von1。例如，通过设置第一控制信号von1为导通或关断电位，可以控制忆阻器串模块110内部各相邻忆阻器之间接通电连接或断开电连接。忆阻器串模块110还包括m个第一输出端，m为大于1的整数。m个第一输出端配置为将忆阻器串模块110上的电压信号输出到多路选择模块130。
[0041]
在本公开的至少一个实施例中，忆阻器例如可以是阻变存储器、相变存储器、导电桥存储器等。例如，对于忆阻器是阻变存储器的情形，忆阻器为通过半导体工艺制备的层叠结构，包括两个对置的电极层(例如金属电极)以及夹置在这两个电极之间的存储材料层，该存储材料层可以进一步为层叠结构，该层叠结构包括多个材料层的组合。例如，该材料层的组合得到的层叠结构可以是tin/hfalo
x
/tao
x
/tin或tin/hfo2/tao
x
/tin或tin/hfo2/tin或tin/hfzro
x
/tao
x
/tin或tin/hfalzro
x
/tao
x
/tin或tin/sio2/tin等，本公开的实施例对此不作限制。
[0042]
例如，忆阻器设置模块120与忆阻器串模块110耦接，且包括m个第一输入端、第二控制信号输入端和m个第三电压端(图中未示出)。其中，m＝2^m，m为大于1的整数。m个第一输入端配置为接收m个操作电压vp《1》、vp《2》
……
vp《m》。例如，m个第三电压端可以单独设置或彼此电连接，且与第二电压端接相同的电压。例如，m个第三电压可以配置为接地(gnd)。
[0043]
第二控制信号输入端配置为接收第二控制信号von2。忆阻器设置模块120配置为根据第二控制信号von2将m个忆阻器分别耦接在m个第一输入端和m个第三电压端之间，由此通过选择施加在每个忆阻器两端的电压差，可以对每个忆阻器分别进行设置(例如初始化(forming)、置位(setting)、复位(resetting)等)。例如，施加置位电压以使得忆阻器处于低阻态；施加复位电压以使得忆阻器处于高阻态。例如，忆阻器在高阻态的电阻值为在低阻态的电阻值100倍以上，例如1000倍以上，而对于所需的不同阻值的不同操作电压则可以根据忆阻器的电特性曲线进行选择。
[0044]
例如，多路选择模块130包括m个数字信号输入端d《0》、d《1》
……
d《m-1》，配置为接收具有m位的数字转换信号。多路选择模块130通过m个第二输入端与忆阻器串模块110耦接，且根据数字转换信号对应地选择m个第二输入端之一与第二输出端电连接，并从第二输出端输出模拟电压信号vout。需要说明的是，m个第二输入端与m个第一输出端一一对应地电连接。
[0045]
图3为图2中所示实施例的数模转换电路100的一种示例的电路示意图。
[0046]
例如，如图3所示，在该示例中，该数模转换电路100的忆阻器串模块110包括m个忆阻器、m个第一输出端o《1》、o《2》
……
o《m》和模式切换模块。m个忆阻器r《1》、r《2》
……
r《m》依次串联，且m个忆阻器构成的忆阻器串的两端点分别与第一电压端和第二电压端电连接。例如，第一电压端配置为接收第一电压v1，第一电压v1可以为参考电压vref；第二电压端配
置为接收第二电压v2，例如，第二电压v2可以配置为接地(gnd)。m个第一输出端o《1》、o《2》
……
o《m》分别对应第二电压端o《1》以及位于m个忆阻器中的相邻忆阻器之间的m-1个中间连接点o《2》、o《3》
……
o《m》，由此可以在工作状态下将m个忆阻器上的电压信号输出到多路选择模块130。
[0047]
需要说明的是，在对m个忆阻器中设置之后，m个忆阻器中至少一对相邻的忆阻器的阻值可以不相等，例如，m个忆阻器的阻值依次累加生成的m个累计值可以呈非线性变化，例如该线性变化可以如图1所示，但不限于图1所示的情形；或者，m个忆阻器的阻值可以相等，此时，数模转换电路100具有线性数模转换电路的功能。
[0048]
例如，模式切换模块包括第一控制信号输入端和m-1个第一开关m1《1》、m1《2》
……
m1《m-1》。模式切换模块配置为根据第一控制信号von1使得m个忆阻器中任一对相邻忆阻器之间断开电连接或建立电连接。例如，第一控制信号输入端配置为接收第一控制信号von1。例如，第i个第一开关m1《i》连接第i个忆阻器r《i》和第i+1个忆阻器r《i+1》，其中，i＝1,2,
…
,m-1；m-1个第一开关m1的控制端与第一控制信号输入端电连接以接收第一控制信号von1，而m-1个第一开关m1的第一端和第二端分别连接相邻设置的两个忆阻器。因此，当m-1个第一开关m1接收第一控制信号von1而导通时，将使得与之连接的两个忆阻器电连接。当m个忆阻器都电连接时，由此在第一电压端和第二电压端之间建立起导电通路，并且各个忆阻器起到分压电阻的作用，由此在m-1个中间连接点分别产生并可以输出不同的电压值。反之，当m-1个第一开关m1接收第一控制信号von1而截止时，将使得与之连接的两个忆阻器之间电连接被断开。
[0049]
需要说明的是，第一开关m1可以为各种适当的开关元件，例如金属-氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)或其他三端开关元件，本公开的实施例对此不作限制。
[0050]
例如，如图3所示，该数模转换电路100的忆阻器设置模块120包括m个第一输入端、m个第二开关(m2《1》、m2《2》
……
m2《m》)、m-1个第三开关(m3《1》、m3《2》
……
m3《m-1》)、第二控制信号输入端和m个第三电压端。m个第一输入端配置为接收m个操作电压vp《1》、vp《2》
……
vp《m》。第j个第二开关m2《j》的第一端与第j个第一输入端电连接，以接收第j个操作电压vp《j》；第j个第二开关m2《j》的第二端与第j个忆阻器r《j》的第一端电连接，m个第二开关m2的控制端与第二控制信号输入端电连接以接收第二控制信号von2；其中，j＝1,2,
…
,m。
[0051]
例如，第h个第三开关m3《h》的第一端与第h+1个忆阻器r《h+1》的第二端电连接，第h个第三开关m3《h》的第二端与第h个第三电压端的电连接，m-1个第三开关m3中的控制端与第二控制信号输入端电连接以接收所述第二控制信号von2；其中，h＝1,2,
…
,m-1。m个第三电压端彼此电连接，且与第二电压端接相同的电压。例如，m个第三电压可以配置为接地(gnd)。
[0052]
因此，当m个第二开关m2和m-1个第三开关m3接收第二控制信号von2而导通时，且分别给m个第二开关m2的第一端输入m个操作电压信号vp《1》、vp《2》
……
vp《m》，此时各个忆阻器的两端分别与对应的操作电压vp和对应的第三电压端电连接，由此可以对m个忆阻器根据m个操作电压vp分别进行置位操作。反之，当当m个第二开关m2和m-1个第三开关m3接收第二控制信号von2而截止时，将使得各个忆阻器与对应的操作电压vp和对应的第三电压端的电连接被断开。
[0053]
例如，通过设置第一控制信号von1和第二控制信号von2为导通或关断电位，模式切换模块和忆阻器设置模块120可以控制数模转换电路100进入置位模式或工作模式，如表1所示。
[0054]
表1控制信号与dac模式的关系
[0055]
控制信号置位模式工作模式von1关断电位导通电位von2导通电位关断电位
[0056]
需要说明的是，第二开关m2和第三开关m3可以为各种适当的开关元件，例如mosfet或其他三端开关元件，本公开的实施例对此不作限制。
[0057]
需要说明的是，在其他实施例中，忆阻器串模块110也可以仅包括m-1个忆阻器，即图3中最上端的忆阻器r《m》以及相应的第二开关m2《m》和第三开关m3《m-1》可以省略。
[0058]
例如，如图3所示，数模转换电路100的多路选择模块130包括m个第二输入端o《1》、o《2》
……
o《m》、m个开关子模块k《0》、k《1》
……
k《m-1》、m个数字信号输入端以及第二输出端(vout)。m个数字信号输入端d《0》、d《1》
……
d《m-1》配置为接收具有m位的数字转换信号。第a个开关子模块k《a》与第a个数字信号输入端d《a》电连接，第a个数字信号输入端d《a》配置为接收第a位数字转换信号，其中，a＝0,1,2,
…
,m-1。第a个开关子模块k《a》具有2^(m-a)个输入端以及2^(m-a-1)个输出端，且配置为从2^(m-a)对输入中选2^(m-a-1)个输出，这逐级进行操作最终可以实现2^m选一的功能。除第m-1个开关子模块k《m-1》外，第a个开关子模块k《a》的输出分别作为第a+1个开关子模块的输入。
[0059]
例如，第a个开关子模块包括2^(m-a)个第四开关m4。每个开关子模块k中，每两个第四开关m4构成一个开关组，且任意两个开关组中包含的第四开关m4没有重复。例如，第a个开关子模块k《a》中，每个开关组中的两个第四开关m4的控制端分别与第a个信号输入端和第a个信号输入端连接的反相器电连接，即每个开关组中的两个第四开关m4由一对逻辑相反的信号控制，由此使得两个第四开关m4的导通和截止状态相反，实现二选一的功能。每个开关组中的两个第四开关m4的第二端相连并引出为参考电压输出端。
[0060]
例如，除第0个开关子模块k《0》外的第a个开关子模块k《a》中，第p个第四开关m4《a,p》的第一端与第a-1个开关子模块k《a-1》中的第p个参考电压输出端电连接，其中，p＝1,2,
…
,2^(m-a)。第0个开关子模块中，第p个第四开关m4《0,p》的第一端与第p个第二输入端o《p》电连接，即与连接第p个忆阻器r《p》的第p个第一输出端o《p》电连接，从而实现多路选择模块130与忆阻器串模块110的耦接。第m-1个开关子模块中仅包括2个第四开关m4《m-2,1》和m4《m-2,2》，其参考电压输出端即为第二输出端。第二输出端配置为输出模拟电压信号vout。
[0061]
需要说明的是，在图3所示的具体示例中，第四开关m4《x,y》的命名规则如下：x表示输入的数字转换信号为第x位；y表示该第四开关m4是所在开关子模块中的第y个第四开关m4。
[0062]
例如，在图3所示的一个具体示例中，以m＝2(即m＝4)的情况为例，当输入的数字转换信号为01时，输入01时，选择r《1》和r《2》之间的第一输出端o《2》作为输出；当输入的数字转换信号为10时，选择r《2》和r《3》之间的第一输出端o《3》作为输出。
[0063]
需要说明的是，第四开关m4可以为各种适当的开关元件，例如，mosfet或其他三端
开关元件，本公开的实施例对此不作限制。
[0064]
图4为包括本公开至少一实施例的数模转换电路的一种电子装置的示意框图。
[0065]
例如，如图4所示，电子装置200包括控制模块210、操作电压提供模块220和如图2和图3所示的数模转换电路230。控制模块210配置为提供第一控制信号von1和第二控制信号von2，用于切换数模转换电路230为置位状态或工作状态，如上述表1所示，例如控制模块210可以通过数字电路或模拟电路实现，本公开对此不作限制。操作电压提供模块220与m个第一输入端耦接，配置为提供m个操作电压vp《1》、vp《2》
……
vp《m》，用于在置位状态下给m个忆阻器输入合适的脉冲信号，以将m个忆阻器置到合适的阻值。例如操作电压提供模块220可以通过数字电路或模拟电路实现，例如cpu、可编程逻辑控制器(plc)等，本公开对此不作限制。数模转换电路230例如为本公开任一实施例的数模转换电路，因此配置为将输入的m位数字转换信号转换输出为模拟电压信号vout。
[0066]
图5为本公开至少一实施例的数模转换电路的置位模式操作方法的流程图。图6为本公开至少一实施例的数模转换电路的工作模式操作方法的流程图。
[0067]
例如，如图5所示，在进行数模转换之前，如果忆阻器串模块110中的m个忆阻器没有被配置到合适的阻值，数模转换电路应当先进入置位模式进行阻值配置，例如包括以下步骤s10-s30。
[0068]
步骤s10：为防止多路选择模块130的影响，首先将m个数字信号输入端d《0》、d《1》
……
d《m-1》全部置零。
[0069]
步骤s20：接收第一控制信号von1和第二控制信号von2，其中，第一控制信号von1为关断电位以使得m个忆阻器中的任一对相邻忆阻器之间断开电连接，第二控制信号von2为导通电位以使得忆阻器串模块110进入置位模式。
[0070]
步骤s30：在m个第一输入端接收m个操作电压vp《1》、vp《2》
……
vp《m》，对m个忆阻器根据m个操作电压分别进行置位操作。
[0071]
通过上述操作，例如，可以将m个忆阻器r《1》、r《2》
……
r《m》的阻值设定为匹配例如图1中的非线性信号的阻值，例如，r《1》的阻值对应于(dot1-dot0)的差值，r《2》的阻值对应于(dot2-dot1)的差值，依次类推，从而实现该数模转换电路的非线性转换能力。
[0072]
例如，如图6所示，m个忆阻器配置到合适的阻值后，需要设置该数模转换电路进入工作模式，包括以下步骤s40～s50：
[0073]
步骤s40：接收第一控制信号von1和第二控制信号von2，其中，第二控制信号von2为关断电位以使得忆阻器串模块110退出置位模式，第一控制信号von1为开通电位以使得m个忆阻器中的任一对相邻忆阻器之间建立电连接，且在m个忆阻器上产生m个参考分压。
[0074]
步骤s50：接收m位的数字转换信号，且将m位的数字转换信号输入到多路选择模块130中对应第四开关m4的控制端，其中，多路选择模块130根据m位的数字转换信号，从m个参考分压选择对应的一个参考分压作为最终输出的模拟电压信号vout从第二输出端输出。
[0075]
图7为图5所示的方法的s30步骤中忆阻器阻值置位操作方法的一个示例的流程图。
[0076]
例如，如图7所示，对于忆阻器无法实现绝对连续可调的情形，在本公开的至少一个实施例中，可以将每个忆阻器的可调精度统一为n位(bit)，即首先将每个忆阻器的阻值表示为2^n个阻值档位，其中，n为正整数。然后，进行如下操作以获得m个忆阻器的m个目标
阻值的数组r”[m]：对非线性信号曲线采样，得到m+1个档位值；对m+1个档位值进行前向差分，计算出m个相对值，分别对应m个忆阻器的阻值，记为数组r[m]；求出数组r[m]中的最大值rmax；计算映射比例k＝2^n/rmax，以使最大值rmax映射到2^n个阻值档位中的第2^n档位；将数组r[m]中的每个数值乘以映射比例k，得到映射后的数组r’[m]；对数组r’[m]中的每个数值做最近邻取整，得到最近邻取整后的数组r”[m]，以使数组r”[m]中的第g个数值映射到m个忆阻器中的第g个的2^n个阻值档位中，其中，g＝1,2,
…
,m。
[0077]
例如，获得m个忆阻器的m个目标阻值的数组r”[m]后，将数组r”[m]输入到脉冲信号发生器；接收脉冲信号发生器根据数组r”[m]生成的m个操作电压vp《1》、vp《2》
……
vp《m》；将m个操作电压输入到m个第一输入端，以分别设置m个忆阻器r《1》、r《2》
……
r《m》的阻值。
[0078]
图8为本公开一些实施例提供的基于忆阻器的非线性可编程数模转换电路系统的示意框图。
[0079]
例如，如图8所示，该数模转换电路系统包括忆阻器阻值生成程序、脉冲信号发生器、非线性可编程dac、数字信号和模拟信号。
[0080]
例如，忆阻器阻值生成程序可以为图7所示的示例性忆阻器阻值置位操作方法，脉冲信号发生器可以为图7中所描述的脉冲信号发生器，非线性可编程dac可以为本公开任一实施例的数模转换电路，数字信号可以为本公开任一实施例的具有m位的数字转换信号，模拟信号可以为图2和图3所示的模拟电压信号vout。
[0081]
例如，忆阻器阻值生成程序根据例如图1所示的非线性信号生成对应m个忆阻器的m个目标阻值的数组r”[m]，然后将数组r”[m]输入到脉冲信号发生器。脉冲信号发生器根据数组r”[m]生成m个操作电压后，将m个操作电压输入到非线性可编程dac。非线性可编程dac根据m个操作电压分别设置m个忆阻器的阻值。非线性可编程dac在阻值配置完成后，进入工作模式。将数字信号输入非线性可编程dac，得到输出的模拟信号。
[0082]
对于本公开，有以下几点需要说明：
[0083]
(1)本公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
[0084]
(2)在不冲突的情况下，本公开同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
[0085]
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。