本發(fā)明屬于電路設(shè)計(jì)，涉及一種憶阻器模型的等效模擬電路實(shí)現(xiàn)，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)流控蔡氏結(jié)型憶阻器特性的模擬電路。

背景技術(shù)：

1、自世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，馮·諾依曼結(jié)構(gòu)體系一直占據(jù)著重要地位，但隨著人們對(duì)傳統(tǒng)存儲(chǔ)器和cpu的讀寫(xiě)速度的不斷追求，傳統(tǒng)的存算分離的計(jì)算架構(gòu)面對(duì)著重大的挑戰(zhàn)，而基于憶阻器的存算一體的異構(gòu)類腦計(jì)算平臺(tái)在集成度、功耗、速度及自適應(yīng)學(xué)習(xí)等方面更優(yōu)于傳統(tǒng)架構(gòu),前景更加廣闊。目前經(jīng)典的憶阻器為壓控蔡氏結(jié)型憶阻器，其數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單，具有n型dc-vi圖，非線性特性復(fù)雜，但其構(gòu)成的神經(jīng)元電路含有電感器件，不易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成。

2、為克服以上缺點(diǎn)，探究并實(shí)現(xiàn)一種流控蔡氏結(jié)型憶阻器的模擬電路對(duì)搭建高集成度神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提出了一種流控蔡氏結(jié)型憶阻器的等效模擬電路，用以模擬流控蔡氏結(jié)型憶阻器的非線性特性，替代實(shí)際憶阻器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用及研究。

2、本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案如下：

3、一種流控蔡氏結(jié)型憶阻器的模擬電路包括電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、狀態(tài)變量產(chǎn)生電路和依賴狀態(tài)的歐姆定律電路。電流-電壓轉(zhuǎn)換電路由第二運(yùn)算放大器u3b構(gòu)成作為狀態(tài)變量產(chǎn)生電路的輸入，第二運(yùn)算放大器u3b用于實(shí)現(xiàn)憶阻器電流量im向憶阻器內(nèi)部電壓量的轉(zhuǎn)換。狀態(tài)變量產(chǎn)生電路包括第一運(yùn)算放大器u3a和運(yùn)算放大器u4，第一運(yùn)算放大器u3a用于實(shí)現(xiàn)積分和多輸入加法功能，運(yùn)算放大器u4用于實(shí)現(xiàn)絕對(duì)值加法電路。依賴狀態(tài)的歐姆定律電路包括第一乘法器u1和第二乘法器u2，第一乘法器u1用于實(shí)現(xiàn)狀態(tài)變量與憶阻器電流量的相乘，第二乘法器u2用于實(shí)現(xiàn)狀態(tài)變量的自乘與減法；第一乘法器u2輸出與第一電阻r1相連，得到最終的憶阻器電壓量vm。

4、優(yōu)選的，所述的一種流控蔡氏結(jié)型憶阻器的模擬電路，包括第一乘法器u1、第二乘法器u2、第一運(yùn)算放大器u3a、第二運(yùn)算放大器u3b、運(yùn)算放大器u4、二十二個(gè)電阻和一個(gè)電容；

5、所述的運(yùn)算放大器采用tl082；乘法器采用ad633；

6、所述的集成運(yùn)算放大器u3的第1引腳與第十電阻r10的一端、第十一電阻r11的一端、第二乘法器的第1、7引腳連接，第2引腳與第九電阻r9的一端、第十電阻r10的另一端連接，第3引腳與第六電阻r6的一端、第七電阻r7的一端、第八電阻r8的一端、第一電容c1的一端，第4引腳與直流電壓源v2連接，第5引腳與第三電阻r3的一端、第四電阻r4的一端連接，第6引腳與第二電阻r2的一端、第五電阻r5的一端連接，第7引腳與第一乘法器u1的第一引腳、第五電阻r5的另一端連接，第8引腳與直流電壓源v1連接；集成運(yùn)算放大器u4的第1引腳與第十四電阻r14的一端連接，第二引腳與第十三電阻r13的一端、第十四電阻r14的另一端連接，第3引腳與第十一電阻r11的一端、第十二電阻r12的一端連接，第4引腳與直流電壓源v4連接，第8引腳與直流電壓源v3連接；第一乘法器u1的第2、8引腳接地，第1引腳與第五電阻r5的另一端、第二運(yùn)算放大器u3b的第七引腳連接，第3引腳接電源v2，第4引腳與第十七電阻r17的一端、第十八電阻r18的一端連接，第5引腳與第十七電阻r17的另一端連接，第6引腳接電源v1，第7引腳與第十五電阻r15的一端、第二乘法器u2的第五引腳連接；第二乘法器的第1、7引腳與第一運(yùn)算放大器u3a的第一引腳連接，第2引腳與第二十一電阻r21的一端、第二十二r22電阻的一端連接，第3引腳接電源v2，第4引腳與第十五電阻r15的另一端、第十六電阻r16的一端連接，第5引腳與第十五電阻r15的一端連接，第6引腳接電源v1，第8引腳與第十九電阻r19的一端、第二十電阻r20的一端連接。

7、本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)流控蔡氏結(jié)型憶阻器的模擬等效電路，該模擬電路只含有兩個(gè)集成運(yùn)算放大芯片和兩個(gè)乘法器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在目前及未來(lái)無(wú)法獲得實(shí)際流控憶阻器件的情況下，可代替實(shí)際憶阻器實(shí)現(xiàn)與憶阻器相關(guān)的研究、電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用，對(duì)憶阻器特性及應(yīng)用的研究具有重要的實(shí)際意義。

8、本發(fā)明設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)流控憶阻器的模擬電路，其利用模擬電路實(shí)現(xiàn)憶阻器的非線性特性。本發(fā)明利用集成運(yùn)算放大器和模擬乘法器電路實(shí)現(xiàn)憶阻器特性中的相關(guān)運(yùn)算，其中，集成運(yùn)算放大器用于實(shí)現(xiàn)電流-電壓轉(zhuǎn)換、加減法運(yùn)算和積分運(yùn)算，模擬乘法器用于實(shí)現(xiàn)狀態(tài)變量的乘積和狀態(tài)變量乘積與轉(zhuǎn)換后電壓值的乘積。

技術(shù)特征：

1.一種流控蔡氏結(jié)型憶阻器的等效模擬電路，其特征在于：包括三個(gè)運(yùn)算放大器、兩個(gè)乘法器、二十三個(gè)電阻、四個(gè)直流供電電源、一個(gè)電容和正弦交流電壓源；且流控蔡氏結(jié)型憶阻器的理論模型如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流控蔡氏結(jié)型憶阻器的等效模擬電路，其特征在于：流控蔡氏結(jié)型憶阻器的等效模擬電路由電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、狀態(tài)變量產(chǎn)生電路和依賴狀態(tài)的歐姆定律電路共同構(gòu)成；其中，狀態(tài)變量產(chǎn)生電路由多輸入加法積分電路模塊和絕對(duì)值加法電路模塊共同組成，依賴狀態(tài)的歐姆定律電路由依賴變量的減法電路模塊和歐姆定律電路模塊組成。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種流控蔡氏結(jié)型憶阻器的等效模擬電路，其特征在于，電流-電壓轉(zhuǎn)換電路由第二運(yùn)算放大器u3b和第一電阻r1、第二電阻r2、第三電阻r3、第四電阻r4、第五電阻r5共同構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了憶阻器電流量向電壓量的轉(zhuǎn)換；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種流控蔡氏結(jié)型憶阻器的等效模擬電路，其特征在于，絕對(duì)值加法電路模塊由基于運(yùn)算放大器u4和第十一電阻r11、第十二電阻r12、第十三電阻r13、第十四電阻r14構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)變量方程中兩個(gè)絕對(duì)值相加的部分；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種流控蔡氏結(jié)型憶阻器的等效模擬電路，其特征在于，多輸入加法積分電路模塊由第一運(yùn)算放大器u3a和第一電容c1、第六電阻r6、第七電阻r7、第八電阻r8、第九電阻r9、第十電阻r10構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)輸入求和并積分的功能；其中，通過(guò)歐姆定律計(jì)算第一電容c1兩端電壓，根據(jù)流過(guò)第一電容c1的電流與電容兩端電壓關(guān)系實(shí)現(xiàn)積分電路，得到憶阻器的狀態(tài)變量方程。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種流控蔡氏結(jié)型憶阻器的等效模擬電路，其特征在于，依賴狀態(tài)變量的減法電路模塊由第一乘法器u1、第二乘法器u2和第十五電阻r15、第十六電阻r16、第十七電阻r17、第十八電阻r18、第十九電阻r19、第二十電阻r20、第二十一電阻r21、第二十二電阻r22共同組成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)狀態(tài)變量和憶阻器電流的乘法與減法功能；

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述得一種流控蔡氏結(jié)型憶阻器得等效模擬電路，其特征在于，正弦交流電流源im的正極接第一電阻r1，正弦交流電流源的負(fù)極接地；第一電阻r1的一端接第三電阻r3，第一電阻r1的另一端接正弦交流電流源im；第二電阻r2的一端接第一電阻r1，第二電阻的另一端接第二運(yùn)算放大器u3b的第六引腳；第三電阻r3的一端接第一電阻r1，第三電阻r3的另一端接第二運(yùn)算放大器u3b的第五引腳；第四電阻r4的一端接第二運(yùn)算放大器u3b的第五引腳，第四電阻r4的另一端接地；第五電阻r5的一端接第二運(yùn)算放大器u3b的第六引腳，第五電阻r5的另一端接第二運(yùn)算放大器u3b的第七引腳；第六電阻r6的一端接第一運(yùn)算放大器u3a的第三引腳，第六電阻r6的另一端接第五電阻r5；第七電阻r7的一端接直流電壓源v1，第七電阻r7的另一端接第一運(yùn)算放大器u3a的第三引腳；第八電阻r8的一端接第一運(yùn)算放大器u3a的第三引腳，第八電阻r8的另一端接運(yùn)算放大器u4的第一引腳；第九電阻r9的一端接地，第九電阻r9的另一端接第一運(yùn)算放大器u3a的第二引腳；第十電阻r10的一端接第一運(yùn)算放大器u3a的第二引腳，第電阻r10的另一端接第一運(yùn)算放大器u3a的第一引腳；第十一電阻r11的一端接第一運(yùn)算放大器u3a的第一引腳，第十一電阻r11的另一端接運(yùn)算放大器u4的第三引腳；第十二電阻r12的一端接v2，第十二電阻r12的另一端接運(yùn)算放大器u4的第三引腳；第十三電阻r13的一端接地，第十三電阻r13的另一端接運(yùn)算放大器u4的第二引腳；第十四電阻r14的一端接運(yùn)算放大器u4的第二引腳，第十四電阻r14的另一端接運(yùn)算放大器u4的第一引腳；第十五電阻r15的一端接第二乘法器u2的第四引腳，第十五電阻r15的另一端接第二乘法器u2的第五引腳；第十六電阻r16的一端接地，第十六電阻r16的另一端接第二乘法器u2的第四引腳；第十七電阻r17的一端接第一乘法器u1的第五引腳，第十七電阻r17的另一端接第一乘法器u1的第四引腳；第十八電阻r18的一端接地，第十八電阻r18的另一端接第一乘法器u1的第四引腳；第十九電阻r19的一端接v1，第十九電阻r19的另一端接v5；第二十電阻r20的一端接v5，第二十電阻r20的另一端接地；第二十一電阻r21的一端接v2，第二十一電阻r21的另一端接v6；第二十二電阻r22的一端接v6，第二十二電阻r22的另一端接地；第一電容c1的一端接第一運(yùn)算放大器u3a的第三引腳，第一電容c1的另一端接地；第一乘法器u1的輸入端口x1接第二乘法器u2的第五引腳，第一乘法器u1的輸入端口y1接第二運(yùn)算放大器u3b的第七引腳，第一乘法器u1的輸入端口x2,y2接地；第二乘法器u2的輸入端口x1,y1接第一運(yùn)算放大器u3a的第一引腳，第二乘法器u2的輸入端口x2接直流電壓源v5，第二乘法器u2的輸入端口y2接直流電壓源v6；直流電壓源v1和v2為第一運(yùn)算放大器u3a，第二運(yùn)算放大器u3b，第一乘法器u1，第二乘法器u2提供直流電源；直流電壓源v3和v4為運(yùn)算放大器u4提供直流電源；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種流控蔡氏結(jié)型憶阻器的等效模擬電路，其特征在于，運(yùn)算放大器選用tl082，乘法器選用ad633。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種流控蔡氏結(jié)型憶阻器的等效模擬電路，該電路包括流控憶阻器等效電路和電流源等效電路，電流源等效電路由交流電壓源串聯(lián)電阻構(gòu)成，作為憶阻器等效電路的輸入；憶阻器等效電路包括三個(gè)集成運(yùn)算放大器U<subgt;3A</subgt;,U<subgt;3B</subgt;,U<subgt;4</subgt;和兩個(gè)乘法器U<subgt;1</subgt;,U<subgt;2</subgt;，其中U<subgt;3A</subgt;用于實(shí)現(xiàn)積分器和加法器，U<subgt;4</subgt;用于實(shí)現(xiàn)絕對(duì)值電路，U<subgt;3B</subgt;用于實(shí)現(xiàn)電壓?電流轉(zhuǎn)換，另外積分器和乘法器U<subgt;2</subgt;相連，實(shí)現(xiàn)信號(hào)相乘，并將輸出結(jié)果作用于乘法器U<subgt;1</subgt;，得到憶阻器的電壓量。該電路僅含有三個(gè)集成運(yùn)算放大器和兩個(gè)乘法器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在目前及未來(lái)無(wú)法獲得實(shí)際流控憶阻器件的情況下，可代替實(shí)際憶阻器實(shí)現(xiàn)與憶阻器相關(guān)的電路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用，對(duì)流控憶阻器的特性和應(yīng)用研究具有重要的實(shí)際意義。

技術(shù)研發(fā)人員：靳培培,李旻樺,王梓恒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23