高等電路分析4 非線性電路例

1、MOS器件截面圖（SEM）襯底（襯底（BULKBULK）源極（源極（SourceSource）漏極（漏極（DrainDrain）柵極（柵極（GateGate）一、一、 MOS電阻電阻柵氧（柵氧（Gate OxideGate Oxide）金屬連接金屬連接MOS器件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖增強(qiáng)型NMOSMOS器件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Polysilicon：多晶硅Depletion Region：耗盡層MOS器件的工作原理增強(qiáng)型NMOS中溝道的形成VB=0VS=0VGVTVD=0截止X當(dāng)VGS電壓低于閾值電壓VT時(shí)，由于PN節(jié)反偏，IDS為零，MOS管截止。VGSVTVD=0當(dāng)當(dāng)VGS電壓大于閾值電壓電壓大于閾值電壓VT時(shí)

2、，時(shí)，電子在電場(chǎng)作用下聚集在柵電子在電場(chǎng)作用下聚集在柵極下，局部濃度大于空穴，極下，局部濃度大于空穴，形成形成反型層。反型層。eeeeeeMOS器件的工作原理增強(qiáng)型NMOS中溝道的形成當(dāng)VGS電壓進(jìn)一步增大時(shí)，反型層厚度增加，DS之間體現(xiàn)為受VGS控制的電阻。VB=0VS=0VGS上升VD=0動(dòng)態(tài)電阻MOS器件的結(jié)構(gòu)和原理增強(qiáng)型NMOS的轉(zhuǎn)移特性消除電阻非線性的方法 并聯(lián)MOS電阻 差分MOS電阻二、二、 模擬相乘器模擬相乘器1. 基本概念基本概念含義：可實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)互不相關(guān)模擬信號(hào)相乘的含義：可實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)互不相關(guān)模擬信號(hào)相乘的 三端口的非線性電子器件三端口的非線性電子器件 （AM為相乘增益

3、為相乘增益，亦稱比例系數(shù)或標(biāo)尺因子），亦稱比例系數(shù)或標(biāo)尺因子）0M12vv v A型號(hào)如型號(hào)如AD633、MC1496 鎖相環(huán)路概述鎖相環(huán)路概述3-1 發(fā)展歷史發(fā)展歷史三、鎖相環(huán)路三、鎖相環(huán)路 20世紀(jì)世紀(jì)30年代年代接收設(shè)備鎖相同步控制接收設(shè)備鎖相同步控制 20世紀(jì)世紀(jì)40年代年代電視接收同步掃描電視接收同步掃描 20世紀(jì)世紀(jì)50年代年代鎖相接收機(jī)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信技術(shù)鎖相接收機(jī)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信技術(shù) 20世紀(jì)世紀(jì)60年代年代各部件制作費(fèi)用昂貴，所以它的發(fā)展受限制各部件制作費(fèi)用昂貴，所以它的發(fā)展受限制 20世紀(jì)世紀(jì)70年代年代現(xiàn)代通信、電子技術(shù)領(lǐng)域中不可缺少的控制技術(shù)現(xiàn)代通信、電子技術(shù)領(lǐng)域中不可缺少的控

4、制技術(shù) 鎖相技術(shù)是通信、導(dǎo)航、廣播與電視通信、儀器儀表測(cè)量、鎖相技術(shù)是通信、導(dǎo)航、廣播與電視通信、儀器儀表測(cè)量、數(shù)字信號(hào)處理及國(guó)防技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用的一門重要的自動(dòng)數(shù)字信號(hào)處理及國(guó)防技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用的一門重要的自動(dòng)反饋控制技術(shù)反饋控制技術(shù). 典型鎖相環(huán)（典型鎖相環(huán)（PLL）系統(tǒng)是由鑒相器（）系統(tǒng)是由鑒相器（PD）、壓控蕩器）、壓控蕩器（VCO）和低通濾波器（）和低通濾波器（LPF）三個(gè)基本電路組成）三個(gè)基本電路組成 VV V V V V VPDLPFVCOUiUoUd = Kd (i0) UF = Ud F（s） FOoUKdtd3-2 鎖相環(huán)路基本工作原理鎖相環(huán)路基本工作原理 PD 產(chǎn)生誤

5、差電壓產(chǎn)生誤差電壓Ud LF 產(chǎn)生控制電壓產(chǎn)生控制電壓UF VCO 產(chǎn)生瞬時(shí)輸出頻率產(chǎn)生瞬時(shí)輸出頻率 二鑒相器（二鑒相器（PD） Ud = Kd * Kd 為鑒相靈敏度為鑒相靈敏度 三壓控振蕩器（三壓控振蕩器（VCO） （P2） o（t）= om + K0 UF（t） K0VCO控制特性曲線的斜率，常稱為控制特性曲線的斜率，常稱為VCO的控制靈的控制靈敏度，或稱壓控靈敏度。敏度，或稱壓控靈敏度。 四、環(huán)路濾波器，如無(wú)源比例積分濾波器四、環(huán)路濾波器，如無(wú)源比例積分濾波器1)(1)()()(212sssUsUsKiOFR1R2CUiUo1 = R1 C, 2 = R2 C 當(dāng)鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，

6、當(dāng)鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，鑒相器（鑒相器（PDPD）的兩輸入端一定）的兩輸入端一定是兩個(gè)頻率完全一樣但有一定相位差的信號(hào)是兩個(gè)頻率完全一樣但有一定相位差的信號(hào)。如果它們的。如果它們的頻率不同，則在壓控振蕩器（頻率不同，則在壓控振蕩器（VCOVCO）的輸入端一定會(huì)產(chǎn)生）的輸入端一定會(huì)產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)使壓控振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化，最終使一個(gè)控制信號(hào)使壓控振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化，最終使鑒相器（鑒相器（PDPD）的兩輸入信號(hào)（一個(gè)是鎖相環(huán)的輸入信號(hào)）的兩輸入信號(hào)（一個(gè)是鎖相環(huán)的輸入信號(hào)Vi, Vi, 一個(gè)是壓控振蕩器的輸出信號(hào)一個(gè)是壓控振蕩器的輸出信號(hào)VoVo）的頻率完全一樣，則環(huán)）的頻率完全一樣，

7、則環(huán)路系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。路系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。以一階鎖相環(huán)為例以一階鎖相環(huán)為例未鎖定未鎖定鎖定鎖定3.3 鎖相環(huán)的典型應(yīng)用鎖相環(huán)的典型應(yīng)用1、鎖相倍頻、鎖相倍頻 在在鎖相環(huán)路的反饋通道中插入分頻器就可構(gòu)成鎖相倍頻電鎖相環(huán)路的反饋通道中插入分頻器就可構(gòu)成鎖相倍頻電路路。如下圖所示：。如下圖所示： i(t) PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)o(t)o(t)/NN 當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，鑒相器兩輸入信號(hào)頻率相等。當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，鑒相器兩輸入信號(hào)頻率相等。即有：即有：iiNN 00式中式中N為分頻器的倍頻比。為分頻器的倍頻比。 2、鎖相分頻：、鎖相分頻： 在在鎖相環(huán)路中插入倍頻器就可構(gòu)成鎖相分頻電

8、路鎖相環(huán)路中插入倍頻器就可構(gòu)成鎖相分頻電路。如下。如下圖所示：圖所示： i(t) PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)o(t)No(t)N 當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)：當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)： NNiooi 式中式中N為倍頻器的倍頻次數(shù)。為倍頻器的倍頻次數(shù)。 3、鎖相混頻器、鎖相混頻器 設(shè)混頻器的本振信號(hào)頻率為設(shè)混頻器的本振信號(hào)頻率為L(zhǎng) ，在，在Lo時(shí)混頻器的輸時(shí)混頻器的輸出頻率為（出頻率為（L-o），經(jīng)差頻放大器后加到鑒相器上。），經(jīng)差頻放大器后加到鑒相器上。 當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí) )()(iLooLi o(t)i(t)L(t) PDPD LF LFVCOvi(t)vo(t)|L(t)-o(t)|

9、混頻混頻差頻放大差頻放大4、頻率合成器、頻率合成器 頻率合成器是利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的頻率來(lái)產(chǎn)生一系列所需頻率合成器是利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的頻率來(lái)產(chǎn)生一系列所需頻率的技術(shù)。頻率的技術(shù)。鎖相環(huán)路加上一些輔助電路后，就能容易地對(duì)一鎖相環(huán)路加上一些輔助電路后，就能容易地對(duì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算而產(chǎn)生所需的頻率信號(hào)，個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算而產(chǎn)生所需的頻率信號(hào)，且合成后的信號(hào)頻率與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率具有相同的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定且合成后的信號(hào)頻率與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率具有相同的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度及具有較好的頻率純度度及具有較好的頻率純度，如果結(jié)合單片微機(jī)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自，如果結(jié)合單片微機(jī)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選頻和頻率

10、掃描。動(dòng)選頻和頻率掃描。 鎖相式單環(huán)頻率合成器基本組成如下圖所示：鎖相式單環(huán)頻率合成器基本組成如下圖所示： 當(dāng)環(huán)路鎖定后，鑒相器兩路輸入頻率相等當(dāng)環(huán)路鎖定后，鑒相器兩路輸入頻率相等即：即： iooifMNfNfMf 當(dāng)當(dāng)N改變時(shí)，輸出信號(hào)頻率相應(yīng)為改變時(shí)，輸出信號(hào)頻率相應(yīng)為fi 的整數(shù)倍變化。的整數(shù)倍變化。 PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)fi(t)fo(t)fo(t)/N晶振晶振fi(t)/MN M 5、鎖相環(huán)調(diào)頻電路、鎖相環(huán)調(diào)頻電路 普通的直接調(diào)頻電路中，振蕩器的中心頻率穩(wěn)定度較差，而普通的直接調(diào)頻電路中，振蕩器的中心頻率穩(wěn)定度較差，而鎖相調(diào)頻電路能得到中心頻率穩(wěn)定度很高的

11、調(diào)頻信號(hào)鎖相調(diào)頻電路能得到中心頻率穩(wěn)定度很高的調(diào)頻信號(hào),鎖相環(huán)調(diào)鎖相環(huán)調(diào)頻電路如下圖所示。環(huán)路濾波器的帶寬必須很窄，截止頻率應(yīng)小頻電路如下圖所示。環(huán)路濾波器的帶寬必須很窄，截止頻率應(yīng)小于調(diào)制信號(hào)的頻率。于調(diào)制信號(hào)的頻率。 fi(t)晶振晶振 PD PD LF LF VCOfo(t)調(diào)頻波調(diào)頻波f(t)調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)+ 當(dāng)調(diào)制信號(hào)為鋸齒波時(shí)，可輸出掃頻信號(hào)。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為當(dāng)調(diào)制信號(hào)為鋸齒波時(shí)，可輸出掃頻信號(hào)。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為數(shù)字脈沖時(shí)，可產(chǎn)生移頻鍵控調(diào)制（數(shù)字脈沖時(shí)，可產(chǎn)生移頻鍵控調(diào)制（FSK信號(hào)）信號(hào)） 調(diào)制信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)作為VCO控制電壓的一部分使其頻率產(chǎn)生相應(yīng)的控制電壓的一部分使其頻率產(chǎn)生相

12、應(yīng)的變化，由此在輸出端得到已調(diào)頻信號(hào)。變化，由此在輸出端得到已調(diào)頻信號(hào)。 BG322、X38、CD4046、MC1404b。單片集成鎖相環(huán)電路單片集成鎖相環(huán)電路模擬鎖相環(huán)路：模擬鎖相環(huán)路： NE56、NE561、562、565 L562、L564、SL565、KD801、KD802、KD8041等。等。數(shù)字鎖相環(huán)路：數(shù)字鎖相環(huán)路： 四 MEMS可調(diào)諧電容 基于基于MEMS的可變電容具有高的可變電容具有高Q值、低損耗、寬調(diào)節(jié)范圍值、低損耗、寬調(diào)節(jié)范圍和低噪聲等優(yōu)點(diǎn)和低噪聲等優(yōu)點(diǎn) 用于用于RF電路電路 電容公式電容公式 C為電容值為電容值;為介質(zhì)的介電常數(shù)為介質(zhì)的介電常數(shù); A為極板的面積為極板的

13、面積; d為極板為極板的間距的間距; x為外加電壓引起的極板間距變化量。為外加電壓引起的極板間距變化量。 可演變出許多不同的結(jié)構(gòu)可演變出許多不同的結(jié)構(gòu),電容的變化量和所加電壓之間電容的變化量和所加電壓之間有線性的也有非線性的關(guān)系。有線性的也有非線性的關(guān)系。ACdx兩極板均可動(dòng)，兩極板均可動(dòng)， M.Bakri-Kasse，2004SEM照片照片M.Nishigaki等提出了一種用于超高頻可調(diào)等提出了一種用于超高頻可調(diào)內(nèi)建天線的壓電內(nèi)建天線的壓電MEMS可變電容，可變電容，2007。在在08V的控制電壓下的控制電壓下,調(diào)諧率為調(diào)諧率為11650MHz下對(duì)應(yīng)的下對(duì)應(yīng)的Q值大于值大于37。五、憶阻器五

14、、憶阻器 memristor歷史回顧蔡少棠的理論1971年蔡少棠年蔡少棠(Leon Chua)的論文的論文基于結(jié)構(gòu)完整性推測(cè)基于結(jié)構(gòu)完整性推測(cè)第四種基本第四種基本電路元件電路元件。(仿照門捷列夫周期表仿照門捷列夫周期表)憶阻器的電氣性質(zhì)：憶阻器的電氣性質(zhì)： 耗能元件耗能元件 非非L、C 有記憶性有記憶性 非非R 非線性才有實(shí)際意義非線性才有實(shí)際意義 交變信號(hào)激勵(lì)下才能正常工作交變信號(hào)激勵(lì)下才能正常工作n 憶阻器是根據(jù)非線性電路元件的電學(xué)關(guān)系及其完憶阻器是根據(jù)非線性電路元件的電學(xué)關(guān)系及其完備性得出的很自然的假設(shè)；是與非線性電阻、電備性得出的很自然的假設(shè)；是與非線性電阻、電容和電感相并列的容和電感

15、相并列的n 19762000年有零星研究，但一直未找到無(wú)源憶年有零星研究，但一直未找到無(wú)源憶阻器。一直沒(méi)有引起人們的重視阻器。一直沒(méi)有引起人們的重視 。以x為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程 “憶”以i為輸入、u為輸出的輸出方程 “阻”p晶體管從發(fā)明（晶體管從發(fā)明（1925年）到首次大規(guī)模應(yīng)用時(shí)隔年）到首次大規(guī)模應(yīng)用時(shí)隔35 年。年。p憶阻器的歷史與之非常相像。憶阻器的歷史與之非常相像。 2008年公開(kāi)研制出納米尺度的新元件(實(shí)驗(yàn)樣品)憶阻器的新進(jìn)展憶阻器的新進(jìn)展HP Labs的貢獻(xiàn)的貢獻(xiàn)一個(gè)由兩個(gè)金屬電極夾著一個(gè)由兩個(gè)金屬電極夾著的氧化鈦層構(gòu)成的雙端、雙的氧化鈦層構(gòu)成的雙端、雙層交叉開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。層交

16、叉開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。一層氧化鈦摻雜了氧空位，一層氧化鈦摻雜了氧空位，成為一個(gè)半導(dǎo)體；另一層不成為一個(gè)半導(dǎo)體；另一層不摻雜任何東西，讓其保持絕摻雜任何東西，讓其保持絕緣體的自然屬性。緣體的自然屬性。原子力顯微鏡下的一個(gè)有原子力顯微鏡下的一個(gè)有17個(gè)憶阻器排列成一排簡(jiǎn)單電個(gè)憶阻器排列成一排簡(jiǎn)單電路的圖像。路的圖像。每個(gè)憶阻器有一個(gè)底部的導(dǎo)線與器件的一邊接觸，一個(gè)每個(gè)憶阻器有一個(gè)底部的導(dǎo)線與器件的一邊接觸，一個(gè)頂部的導(dǎo)線與另一邊接觸。這些導(dǎo)線寬頂部的導(dǎo)線與另一邊接觸。這些導(dǎo)線寬50nm。 2008 年年HP公司發(fā)明的公司發(fā)明的憶阻器憶阻器u0, 摻雜物向右移動(dòng)摻雜物向右移動(dòng) w增加增加 R變小變小u

17、0， R變大變大摻雜物移動(dòng)速度摻雜物移動(dòng)速度如果如果D由由m尺度變?yōu)槌叨茸優(yōu)閚m尺度，尺度，M的數(shù)值增大的數(shù)值增大106倍，效果明顯；倍，效果明顯；納米電子學(xué)時(shí)代代生了憶阻器。納米電子學(xué)時(shí)代代生了憶阻器。非線性非線性憶阻器的種類和奇異電學(xué)特性憶阻器的種類和奇異電學(xué)特性n憶阻器憶阻器(f(q, )=0)兩個(gè)特別類型：兩個(gè)特別類型：n 荷控型憶阻器荷控型憶阻器, V=M(q)In 鏈控型憶阻器，鏈控型憶阻器， i=M( )Vn因因q和和 記錄的是記錄的是i和和V作用的歷史，故稱為作用的歷史，故稱為憶阻器憶阻器 n憶阻器的電學(xué)特性憶阻器的電學(xué)特性n 直流特性直流特性( (等價(jià)于非線性電阻）：等價(jià)于非

18、線性電阻）： V=R(I)I, or I=G(V)V V=R(I)I, or I=G(V)V n 交流特性，交變電流（電壓）作用于憶阻器，交流特性，交變電流（電壓）作用于憶阻器， V-I V-I 圖為：李薩如圖為：李薩如LissajousLissajous曲線曲線n當(dāng)交流頻率很大時(shí)，憶阻器的記憶當(dāng)交流頻率很大時(shí)，憶阻器的記憶 特性完全喪失，成為線性電阻。特性完全喪失，成為線性電阻。A nanowire deviceV-I characteristics(reported 2003)n大量文獻(xiàn)報(bào)道的大量文獻(xiàn)報(bào)道的nanodevicesnanodevices都具有類似李都具有類似李薩如薩如Liss

19、ajous曲線的曲線的v-i特性，表明憶阻特性是納米現(xiàn)象！特性，表明憶阻特性是納米現(xiàn)象！“憶阻器憶阻器” 開(kāi)辟了應(yīng)用新領(lǐng)域開(kāi)辟了應(yīng)用新領(lǐng)域開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)“憶阻器憶阻器”應(yīng)用前景四層次應(yīng)用前景四層次New device technologies (materials and fabrication)Device models for CADNovel circuits Systems architectureBottleneck憶阻器帶來(lái)的新挑戰(zhàn)憶阻器帶來(lái)的新挑戰(zhàn)： 1、 materials and fabricationn材料和制備技術(shù)是個(gè)瓶頸，急需突破。否則一切無(wú)從談起。n國(guó)內(nèi)各高校院所：也許由于

20、知識(shí)的局限，主要研究局限于氧化物材料及其“雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象”的研究，但此類材料和器件不具備廣泛應(yīng)用于“憶阻器系統(tǒng)”前景n 雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象的機(jī)理是“局域?qū)щ娡ǖ馈?，可重?fù)性差和壽命短（特別是器件尺寸小到10納米量級(jí)時(shí)）。 n 由于器件不穩(wěn)定，器件模型難以提取或不能用“憶阻器特性”模擬。n國(guó)外發(fā)明者HP公司的憶阻器具備體特征，但由于氧空位的電遷移率太低，該電流控制型憶阻器特性只有在很低的頻率下（1KHz）才能體現(xiàn)出來(lái)，也不具備應(yīng)用價(jià)值。n NEC公司的Si型“憶阻器”以Cu遷移形成局域?qū)ǖ溃瑯佑兄貜?fù)性差的缺陷。憶阻器帶來(lái)的新挑戰(zhàn)憶阻器帶來(lái)的新挑戰(zhàn)： 2 2、 Device models for CADD

21、evice models for CADn 器件模型是CAD的基礎(chǔ)。 n 沒(méi)有可靠的可重復(fù)的“憶阻器”， 就沒(méi)有可靠的器件模型n本質(zhì)上器件模型的建立遇到的挑戰(zhàn)是：n Memristor 概念還沒(méi)有被廣泛接受。n 非線性器件建模還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的方法。Prof Chua批評(píng)道：“文獻(xiàn)中大量的器件模型都是錯(cuò)的，因?yàn)檫@些模型所用的參數(shù)都是頻率的函數(shù)，而這是無(wú)效的，因?yàn)檫@樣的模型不具備“預(yù)言”的價(jià)值?！眓 各類納米器件的特征都更接近于“憶阻器”的特征，都是非線性的。n 建立“憶阻器”的模型要用到包括更高階電路元件。 n 國(guó)內(nèi)各個(gè)院所在該研究領(lǐng)域內(nèi)的工作很少關(guān)注很少關(guān)注器件模型。 憶阻器帶來(lái)的新挑戰(zhàn)憶阻器

22、帶來(lái)的新挑戰(zhàn)： 3 3、 Novel circuitsNovel circuits n “憶阻器憶阻器” 的一個(gè)最直接的應(yīng)用是的一個(gè)最直接的應(yīng)用是“不揮發(fā)型存儲(chǔ)器不揮發(fā)型存儲(chǔ)器”，構(gòu)造為十字結(jié)構(gòu)造為十字結(jié)(crossbar), 具有極高的存儲(chǔ)密度，可淘汰目前具有極高的存儲(chǔ)密度，可淘汰目前的閃耀存儲(chǔ)器。的閃耀存儲(chǔ)器。 n “憶阻器憶阻器”多種類電路應(yīng)用：多種類電路應(yīng)用：n 信號(hào)發(fā)生電路信號(hào)發(fā)生電路n 振蕩電路振蕩電路n 圖像識(shí)別處理電路圖像識(shí)別處理電路n 信號(hào)、算術(shù)處理器信號(hào)、算術(shù)處理器n 可編程信號(hào)濾波器可編程信號(hào)濾波器n 人工智能人工智能憶阻器帶來(lái)的新挑戰(zhàn)憶阻器帶來(lái)的新挑戰(zhàn)： 4 4、 Sy

23、stems architectureSystems architecturen 美國(guó)國(guó)防部實(shí)施重大專項(xiàng)：DARPA SyNAPSE (Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics (SyNAPSE)n 實(shí)施年份： 2009年 資助期限： 2009-2016年n 目的: 類生物智能系統(tǒng) “investigate innovative approaches that enable revolutionary advanc

24、es in neuromorphic electronic devices that are scalable to biological levels.” n 資助單位： HP, HRL, and IBM 硬件目標(biāo)： 106 神經(jīng)元(neurons)/cm2 1010突觸(Synapse)/cm2 功耗： 100 毫瓦/cm2 “Mouse Brain” “憶阻器憶阻器”是構(gòu)造是構(gòu)造Synapse的唯一可能元件的唯一可能元件。也許正是憶阻也許正是憶阻器器2008年的問(wèn)世促成了此重大專項(xiàng)的啟動(dòng)！年的問(wèn)世促成了此重大專項(xiàng)的啟動(dòng)！文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的部分應(yīng)用Mohammad Mahvash（Universi

25、ty of Southern California, LA），A Memristor SPICE Model for Designing Memristor Circuits，2010，53rd IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), Spice 模型 100rcsenseVVVqICVMIVr是電流控制的電壓源，相當(dāng)于電阻，是電流控制的電壓源，相當(dāng)于電阻，Vsense0，相當(dāng)于電流表，相當(dāng)于電流表 胡小方, 段書(shū)凱, 王麗丹, 廖曉峰（西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院）憶阻器交叉陣列及在圖像處理中的

26、應(yīng)用，中國(guó)科學(xué): 信息科學(xué)2011，41 （4）(a) Structure diagram; (b) storage structure存儲(chǔ)二值圖：存儲(chǔ)二值圖：0 值對(duì)應(yīng)值對(duì)應(yīng)7288.2 , 1 值對(duì)應(yīng)值對(duì)應(yīng)1779.7 存儲(chǔ)灰度圖：給憶阻器施加一個(gè)存儲(chǔ)灰度圖：給憶阻器施加一個(gè)1 V 直流直流輸入電壓輸入電壓(寫電壓寫電壓), 控制電壓的持續(xù)時(shí)間控制電壓的持續(xù)時(shí)間, 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)256 種不同寬度的電壓脈沖種不同寬度的電壓脈沖, 得到得到256 個(gè)不同的憶阻值個(gè)不同的憶阻值, 對(duì)應(yīng)不同的灰度值對(duì)應(yīng)不同的灰度值. 憶阻值憶阻值4940.1 對(duì)應(yīng)灰度值對(duì)應(yīng)灰度值0；憶阻值；憶阻值4827.8 ；對(duì)應(yīng)

27、灰度值對(duì)應(yīng)灰度值20, 憶阻值憶阻值235.6 ；對(duì)應(yīng)灰度值對(duì)應(yīng)灰度值255 等等.存儲(chǔ)彩色圖像，要求紅、綠、藍(lán)存儲(chǔ)彩色圖像，要求紅、綠、藍(lán)3 個(gè)分量個(gè)分量. RGB 也可以看作是一個(gè)由也可以看作是一個(gè)由3 幅灰度圖像形成的。幅灰度圖像形成的。將憶阻器交叉陣列構(gòu)建成將憶阻器交叉陣列構(gòu)建成3 層立體結(jié)構(gòu)層立體結(jié)構(gòu), 每一層處理一種基色灰度圖每一層處理一種基色灰度圖像像, 整個(gè)立體結(jié)構(gòu)就可以處理彩色圖像整個(gè)立體結(jié)構(gòu)就可以處理彩色圖像.選用選用6006003 的彩色花朵圖像的彩色花朵圖像, 使用使用3 層層600 行行600 列的憶阻器列的憶阻器交叉陣列結(jié)構(gòu)交叉陣列結(jié)構(gòu).驗(yàn)證了施加脈沖的幅度和寬度對(duì)憶阻器阻值狀態(tài)的影響是等效的驗(yàn)證了施加脈沖的幅度和寬度對(duì)憶阻器阻值狀態(tài)的影響是等效的, 進(jìn)進(jìn)一步說(shuō)明憶阻器能夠記憶流過(guò)它的磁通量一步說(shuō)明憶阻器能夠記憶流過(guò)它的磁通量(電荷量電荷量) 的特性的特性.模擬變形蟲(chóng)的學(xué)習(xí)過(guò)程 Yuriy V. Pershin,（USC，Columbia）, Memristive model of amoeba learning，PHYSICAL REVIEW E 80, 021926 2009Electronic circuit that models amoebas le