一种新型无源浮地型忆阻器电路

本发明属于新型器件领域，具体涉及一种新型无源浮地型忆阻器电路。

背景技术：

1、如今的大数据时代，传统计算机中访问速度和cpu处理速度之间的差距逐渐增大，功耗墙、存储墙等问题愈发严重。忆阻器具有低功耗、非易失性等特点，为发展信息存储和处理融合的新型计算机体系框架、突破冯·诺依曼架构瓶颈提供了可行的路线。蔡少棠教授早在1971年提出了忆阻器的概念，并在2013年总结出了忆阻器的三条判断依据。然而，利用mosfet搭建电路构成的忆阻器大部分为有源器件，其余的无源忆阻器电路存在工作频率低、工作电压范围窄、需要单端接地等缺点。因此寻找新的忆阻器无源电路尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的：提出种新型无源浮地型忆阻器电路。

2、为实现本发明，采用的技术方案是：一种新型无源浮地型忆阻器电路，整体电路由2个pmos晶体管( p1、 p2)、1个nmos晶体管( n1)和1个电容( c1)构成。其中， p1的源极和 p2的栅极、 n1的源、漏极中任意一端连接，并和一个电源端口 v1连接； p1的漏极和 p2的漏极、 n1的栅极连接，并和电容器 c1的一端连接； p2的源极和 p1的栅极、电容器 c1的另一端、 n1的源、漏极中的另一端连接，并和另一个电源端口 v2连接； n1的衬底和它的栅极连接。

3、当忆阻器电路的两端通入正弦电压信号时， p1、 p2 、p1的寄生二极管 d1 、p2的寄生二极管 d2 、n1的寄生二极管 d3和 d4分别导通，产生的电流控制电容 c1的充电和放电，电容 c1上产生周期性变化的电压； n1的衬底和 n1的栅极连接， n1上流过的电流由电容 c1两端的电压控制； n1的宽长之比大于 p1、 p2的宽长之比，忆阻器电路上的电流可以等效为 n1上流过的电流；电路两端的输入电压和电路上的电流呈非线性关系，表现忆阻器的阻变特性。所述的忆阻器电路仅由mos晶体管和电容两种无源分立器件构成，工作时不需要额外的偏置电压，拥有较高的工作频率和较宽的工作电压范围，结构简单，方便集成。

4、本发明的有益效果：1. 本发明使用2个pmos晶体管、1个nmos晶体管和1个电容实现忆阻器电路，不需要使用除mos晶体管和电容之外的无源分立器件，结构设计简单。2. 本发明属于二端浮地型器件，工作时不需要额外的偏置电压。3. 本发明具有较高的工作频率、较宽的工作电压范围。

5、图1是本发明一种新型无源浮地型忆阻器电路的整体电路图。

6、图2是本发明电路在输入正弦波时的正半周期回路。

7、图3是本发明电路在输入正弦波时的负半周期回路。

8、图4是本发明电路电容 c 1 =30 pf，电路通入频率 f=100 khz、幅值为1 v的正弦波时输入电压和输入电流之间的伏安曲线图。

9、图5是本发明电路电容 c 1 =100 ff，电路通入频率 f=10 mhz、幅值为1 v的正弦波时输入电压和输入电流之间的伏安曲线图。

10、图6是本发明电路电容 c 1 =5 ff，电路通入频率 f=100 mhz、幅值为1 v的正弦波时输入电压和输入电流之间的伏安曲线图。

11、图7是本发明电路电容 c 1=1 nf，电路通入脉冲宽度2 us、周期20 us、高电平1 v 、低电平0 v的脉冲电压时的输入电压和输入电流的曲线图。

技术特征：

1.一种新型无源浮地型忆阻器电路，忆阻器电路特点在于：整体电路由2个pmos晶体管(p1、p2)、1个nmos晶体管(n1)和1个电容(c1)构成。其中，p1的源极和p2的栅极、n1的源、漏极中的一端连接，并和一个电源端口v1连接；p1的漏极和p2的漏极、n1的栅极连接，并和电容器c1的一端连接；p2的源极和p1的栅极、电容器c1的另一端、n1的源、漏极中的另一端连接，并和另一个电源端口v2连接；n1的衬底和它的栅极连接。当忆阻器电路的两端通入正弦电压信号时，p1、p2、p1的寄生二极管d1、p2的寄生二极管d2、n1的寄生二极管d3和d4分别导通，产生的电流控制电容c1的充电和放电，电容c1上产生周期性变化的电压；n1上流过的电流由电容c1两端的电压控制；n1的宽长之比大于p1、p2的宽长之比，忆阻器电路上的电流可以等效为n1上的电流；电路两端的输入电压和电路上的电流呈非线性关系，表现忆阻器的阻变特性。所述电路构成的忆阻器属于二端浮地型元件，仅由mos晶体管和电容两种无源分立器件构成，工作时不需要额外的偏置电压，拥有较高的工作频率和较宽的工作电压范围，整体结构简单，方便集成。

2.根据权利要求1所述的一种新型无源浮地型忆阻器电路，电路的特点在于：电路的正半周期回路包括pmos晶体管p1、p2的寄生二极管d2、nmos晶体管n1、n1的寄生二极管d4和电容c1。当电路处于正半周期时，a点的电势首先不断升高，当a点和b点之间的电势差满足p1的导通条件后，p1导通，p1上产生的电流流入电容c1，电容c1充电，电容c1上的电压不断升高；之后a点的电势不断下降，当a点的电势低于c点的电势时，电容c1不再充电，电容c1通过p1向端口v1放电；当a点和b点之间的电势差不满足p1的导通条件时，p1关断；当c点和b点之间的电势差满足p2的寄生二极管d2、n1的寄生二极管d4的导通条件后，电容c1通过d2和d4向端口v2放电，电容c1上的电压不断降低；电容c1上的电压控制由n1上流过的电流，电流从端口v1流出，经过n1后流向端口v2；整体电路上的电流等效为n1上流过的电流，此时电流方向为正。

3.根据权利要求1所述的一种新型无源浮地型忆阻器电路，电路的特点在于：电路的负半周期回路包括pmos晶体管p2、p2的寄生二极管d2、pmos晶体管p1的寄生二极管d1、nmos晶体管n1、n1的寄生二极管d3、d4和电容c1。当电路处于负半周期时，c点和b点之间的电势差满足p2的寄生二极管d2、n1的寄生二极管d4的导通条件后，电容c1通过d2和d4向端口v2放电，电容c1上的电压不断降低；当c点和b点之间的电势差不满足p2的寄生二极管d2、n1的寄生二极管d4的导通条件时，d2和d4关断，电容c1不再放电；当a点和b点之间的电势差满足p2的导通条件后，p2导通，p2上产生的电流流入电容c1，电容c1充电，电容c1上的电压不断升高；当c点和a点之间的电势差达到p1的寄生二极管d1、n1的寄生二极管d3的导通压降后，电流从端口v2分别通过p2和d1、p2和d4流向端口v1；当a点和b点之间的电势差不满足p2的导通条件时，p2关断；电容c1上的电压控制由n1上流过的电流，电流从端口v2流出，经过n1后流向端口v1；整体电路上的电流等效为n1上流过的电流，此时电流方向为负。

4.根据权利要求1所述的一种新型无源浮地型忆阻器电路，电路的特点在于：所述忆阻器电路的阻值等效为忆阻器电路的输入电压和n1上流过的电流之间的比值。

5.根据权利要求1所述的一种新型无源浮地型忆阻器电路，电路的特点在于：所述电路构成的忆阻器属于二端浮地型器件，工作时不需要额外的偏置电压。

6.根据权利要求1所述的一种新型无源浮地型忆阻器电路，电路的特点在于：所述电路构成的忆阻器工作电压频率可达到100 mhz，工作电压幅值可到达2 v。

技术总结
本发明公开了一种新型无源浮地型忆阻器电路，整体电路由2个PMOS晶体管(P<subgt;1</subgt;、P<subgt;2</subgt;)、1个NMOS晶体管(N<subgt;1</subgt;)和1个电容(C<subgt;1</subgt;)构成。当P<subgt;1</subgt;、P<subgt;2</subgt;、P<subgt;1</subgt;的寄生二极管D<subgt;1</subgt;、P<subgt;2</subgt;的寄生二极管D<subgt;2</subgt;、N<subgt;1</subgt;的寄生二极管D<subgt;3</subgt;和D<subgt;4</subgt;导通后，产生的电流控制电容C<subgt;1</subgt;的充电和放电，电容C<subgt;1</subgt;上产生周期性变化的电压；N<subgt;1</subgt;的衬底和N<subgt;1</subgt;的栅极连接，N<subgt;1</subgt;上流过的电流由电容C<subgt;1</subgt;两端的电压控制。忆阻器电路的阻值可以等效为电路的输入电压和N<subgt;1</subgt;上流过的电流之间的比值。本发明中忆阻器电路仅由MOS晶体管和电容两种无源分立器件构成，工作时不需要额外的偏置电压，拥有较高的工作频率和较宽的工作电压范围，结构简单，利于集成。

技术研发人员：施阁,吴世恩,林如斌,王晨宇,黄玉清
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15