一種四值憶阻器的讀寫電路制造技術

本發明專利技術公開了一種四值憶阻器的讀寫電路。本發明專利技術基于憶阻器具有阻值可連續變化的特性，實現了憶阻器存儲2比特信息的功能。相較于傳統的存儲電路元件，憶阻器具有體積小、功耗低、集成讀高、非易失性等優點，而將憶阻器存儲的信息量由1比特提高到2比特，基于憶阻器的存儲電路的存儲密度可以提高一倍。所述讀電路使用電壓比較器以及譯碼器來完成信息讀取，寫電路依據反饋的思想來設計，能準確寫入期望的信息。仿真結果表明，提出的讀寫電路可以準確地對憶阻器進行信息寫入及信息讀取。

Reading and writing circuit of four value memristor

The invention discloses a read-write circuit of a four value memristor. The invention realizes the function of the memristor to store 2 bit information based on the characteristics that the resistance device can be continuously changed. Compared with the traditional storage circuit element, the memristor has the advantages of small volume, low power consumption, high integration, non-volatile read etc., and the amount of information the memristor storage increased from 1 bits to 2 bits, based on storage density storage circuit of the memristor can be doubled. The reading circuit uses a voltage comparator and a decoder to complete the information reading, and the writing circuit is designed according to the idea of feedback, and the desired information can be accurately written. The simulation results show that the proposed read-write circuit can write and read the memristor accurately.

【技術實現步驟摘要】
一種四值憶阻器的讀寫電路
本專利技術涉及非易失性存儲領域，特別是涉及一種基于憶阻器的多值讀寫電路。
技術介紹
1971年，華裔科學家蔡少棠教授提出憶阻器的概念，由于該元件的電阻值能隨著流經的電荷量的改變而改變，通俗來說，憶阻器能夠記住流經它的電荷量，因此，蔡少棠教授將單詞memory和resistor合并為memristor，作為憶阻器的英文名。在提出概念之后的三十幾年里，學者們對憶阻器的研究進展的十分緩慢。直到2008年，惠普實驗室發現了一種納米雙端電阻開關水平陣列，并在《NATURE》雜志上發表論文，稱已制備出世界上首個納米尺寸的TiO2憶阻器元件，并且通過實驗證實了該器件的開關特性與蔡少棠教授所預測的憶阻器特性相一致，立即引起了眾多學者和工程師們的濃厚興趣。電氣和電子工程師協會IEEE在其綜述雜志《IEEESpectrum》上評價憶阻器是“近25年最偉大的電子器件專利技術”，美國著名期刊《TIMES》雜志也對憶阻器給予了高度評價，稱之為“2008年最佳專利技術之一”。憶阻器的專利技術可以和晶體管的專利技術相媲美，是電子信息
發展史上的里程碑。納米級尺寸的憶阻器使人們相信憶阻器是一種可能延續Moore定律的全新候選技術之一。由于憶阻器具有體積小、集成度高、功耗低、非易失性等特點，所以更易在一個芯片上封裝更多的憶阻器，憶阻器有可能能夠取代晶體管從而續寫摩爾定律。憶阻器的最重要的特性就是記憶功能，既可以使用邏輯狀態表示憶阻器的阻值，又可以用憶阻器阻值的連續變化的特性來進行多值存儲，所以憶阻器將成為理想的新型存儲材料。當前，關于憶阻器的高密度非易失性存儲器的研究主要在憶阻器僅存儲1個比特信息的基礎上展開。關于憶阻器多值存儲的研究還比較少，值得更多的人來投入到憶阻器多值存儲的研究領域上來。
技術實現思路
為了解決上述存在的問題，本專利技術提供一種四值憶阻器的讀寫電路，基于憶阻器具有阻值可連續變化的特性，將憶阻器作為四值存儲器，存儲2比特信息，通過設計相應的外圍電路對該存儲單元進行讀寫操作，為達此目的，本專利技術提供一種四值憶阻器的讀寫電路，包括憶阻器和對該存儲單元進行讀寫操作的外圍電路，其特征在于：所述憶阻器為四值存儲器，通過等值劃分，分為4個邏輯狀態，用來存儲2比特信息，所述憶阻器與負載電阻相串聯，施加讀取信號，通過讀取負載電阻上的電壓降，來獲取憶阻器存儲的信息，所述對該存儲單元進行讀寫操作的外圍電路包括四部分組成：第一部分為憶阻器阻值寫入部分電路，由運算放大器OP1、憶阻器M、電阻R和輸入電壓Vin組成；第二部分為阻抗隔離電路由電阻R1、電阻R2和運算放大器OP2構成，其中兩R1與R2阻值相等，構成電壓跟隨器，其輸入電阻大，輸出電阻??；第三部分為單相整流濾波電路，由二極管D、電阻R3和電容C構成；第四部分為求差運算電路，由運算放大器OP3、電阻R4、電阻R5和參考電壓Vref、分壓電阻R6、R7構成的，所求差值反饋到第一部分的運算放大器OP1的正向輸入端。本專利技術的進一步改進，憶阻器最終阻值的表達式為：其中，|Vin|為輸入電壓的峰值，憶阻器最終的阻值由參考電壓Vref、輸入電壓Vin和運算放大器OP1負向輸入端電阻R共同決定，這樣通過相應的參數即可進行對應四值憶阻器讀寫。本專利技術的進一步改進，所述對該存儲單元進行讀寫操作的外圍電路還包括一片8線-3線優先編碼器74HC148，將負載電阻上的電壓與四個邊界電壓值進行比較，四個運放輸出了對應的比較信號，將四個運放的輸出信號連接74HC148的優先級最高的輸入引腳，在74HC148的優先級最低的兩個引腳上即可讀出憶阻器所存儲的2比特信息，本專利技術還包括一片8線-3線優先編碼器74HC148用于讀出憶阻器所存儲的2比特信息。本專利技術一種四值憶阻器的讀寫電路，主要運用反饋的思路提出，該電路由四部分組成：第一部分由運算放大器、憶阻器、電阻和輸入電壓源組成，為憶阻器阻值寫入部分；第二部分由兩個電阻和一個運算放大器構成，其中，兩個電阻阻值相等，構成典型的電壓跟隨器，其輸入電阻大，輸出電阻小，起阻抗隔離的作用；第三部分是由二極管、電阻和電容構成的單相整流濾波電路。第四部分是由運算放大器、電阻和參考電壓源構成的求差運算電路，所求差值反饋到第一部分的運算放大器的正向輸入端。本專利技術通過給出了四值憶阻器讀寫電路的設計方案，使得憶阻器多值存儲成為可能，提高了基于憶阻器的存儲電路的存儲密度。附圖說明圖1為憶阻器讀取簡單示意圖；圖2為四值憶阻器存儲信息定義；圖3為四值憶阻器讀取電路設計圖；圖4為四值憶阻器讀取仿真結果；(a)憶阻器阻值為4K；(b)憶阻器阻值為8K；(c)憶阻器阻值為12K；(d)憶阻器阻值為16K；圖5為四值憶阻器阻值寫入電路；圖6為四值憶阻器阻值寫入仿真結果，Vref＝4V，Vin＝5sin(1000t)V；(a)憶阻器初始阻值為1K；(b)憶阻器初始阻值為10K；圖7為四值憶阻器阻值寫入仿真結果，R＝15KΩ，Vin＝10sin(1000t)V；(a)憶阻器初始阻值為1K；(b)憶阻器初始阻值為8K。具體實施方式下面結合附圖與具體實施方式對本專利技術作進一步詳細描述：本專利技術提供一種四值憶阻器的讀寫電路，基于憶阻器具有阻值可連續變化的特性，將憶阻器作為四值存儲器，存儲2比特信息，通過設計相應的外圍電路對該存儲單元進行讀寫操作。若圖1中憶阻器電阻的最大值ROFF＝16KΩ，最小值RON＝100Ω，負載電阻Rx為16KΩ時，則將憶阻器等間隔劃分為4個區間后的示意圖如圖2所示。由圖2可知，憶阻器由4個區間所構成，將所得的負載電阻Rx上的電壓值與四個邊界值0.5VO、0.57092VO、0.66528VO和0.79701VO進行比較，即可得到該憶阻器阻值M所處的區間。舉例來說，當憶阻器的阻值M為12KΩ時，對應的負載電阻Rx上的電壓值為0.57143VO，將0.57143VO與0.5VO進行比較，得0.57143VO大于0.5VO；將0.57143VO與0.57092VO進行比較，得0.57143VO大于0.57092VO；將0.57143VO與0.66528VO進行比較，得0.57143VO小于0.66528VO。所以得到，憶阻器阻值M處于01區間之內。由此，憶阻器阻值讀取電路的總體電路圖如圖3所示，74HC148芯片中，為選通輸入端，低電平有效，因此將接地。輸入端輸出端與選通輸出端擴展輸出端未使用，均懸空處理，為應得的輸出電平端。圖4給出了憶阻器讀取仿真結果，選取憶阻器阻值為4K、8K、12K、16K的四種情況，對應比特信息為00,01,10,11。仿真結果與實際情況相一致。本專利技術采納模擬電子技術中反饋的思想，提出了一種新的憶阻器阻值寫入方式。依據反饋的思想，當憶阻器阻值大于設定的阻值時，輸出端應返回一個負反饋，從而使憶阻器的阻值減??；當憶阻器阻值小于設定的阻值時，輸出端應返回一個正反饋，進一步加速憶阻器阻值的增大。直至憶阻器與設定的值相等時，輸出端不再返回反饋信號，電路達到穩定狀態，憶阻器阻值保持不變。據此，給了圖5所示的憶阻器阻值寫入電路。該寫入電路由4部分組成：第一部分由運算放大器OP1、憶阻器M、電阻R和輸入電壓Vin組成，為憶阻器阻值寫入部分；第二部分由電阻R1、電阻R2和運算放本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種四值憶阻器的讀寫電路，包括憶阻器和對該存儲單元進行讀寫操作的外圍電路，其特征在于：所述憶阻器為四值存儲器，通過等值劃分，分為4個邏輯狀態，用來存儲2比特信息，所述憶阻器與負載電阻相串聯，施加讀取信號，通過讀取負載電阻上的電壓降，來獲取憶阻器存儲的信息，所述對該存儲單元進行讀寫操作的外圍電路包括四部分組成：第一部分為憶阻器阻值寫入部分電路，由運算放大器OP

【技術特征摘要】
1.一種四值憶阻器的讀寫電路，包括憶阻器和對該存儲單元進行讀寫操作的外圍電路，其特征在于：所述憶阻器為四值存儲器，通過等值劃分，分為4個邏輯狀態，用來存儲2比特信息，所述憶阻器與負載電阻相串聯，施加讀取信號，通過讀取負載電阻上的電壓降，來獲取憶阻器存儲的信息，所述對該存儲單元進行讀寫操作的外圍電路包括四部分組成：第一部分為憶阻器阻值寫入部分電路，由運算放大器OP1、憶阻器M、電阻R和輸入電壓Vin組成；第二部分為阻抗隔離電路由電阻R1、電阻R2和運算放大器OP2構成，其中兩R1與R2阻值相等，構成電壓跟隨器，其輸入電阻大，輸出電阻小；第三部分為單相整流濾波電路，由二極管D、電阻R3和電容C構成；第四部分為求差運算電路，由運算放大器OP3、電阻R4、電阻R5和參考電壓Vref、分壓電阻R6、R7構成的，所求差...

【專利技術屬性】
技術研發人員：裴文江，凌峰，王開，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32