忆阻器两端被动电子非线性电阻元件,展品知名的磁滞回线在原点时电压、飞机的任何双周期为兴奋性电压或电流之间的任何值应用它。然而,有分歧关于忆阻器是否可以被认为是一个基本元素和动态纯粹是电磁,是否按原推测,或者如果有其他机制,如离子运输。尽管争议技术实现的研究了磁滞回线的属性继续增加。不管是否实现忆阻器通过电路模拟其行为由其他主动或被动组件、新研究继续生成和维持乐观的预期在科学界关于忆阻器的使用和优势。忆阻器的研究兴趣是出于其潜力的建筑新型集成电路和计算机系统,提出了在( 1- - - - - - 7]。记忆电阻器允许的记忆和时变处理信息通过非线性变换一个独特的无源元件。

没有实现,也没有一个被动的电流控制忆阻器的概念验证soc但是的一个活跃的电流控制忆阻器( 8]。越来越需要更好地理解了滞后吸引子,研究人员实现忆阻器模拟器通过二极管和其他被动(或活动)的元素。这种模拟器允许研究(从理论上和数值)可能的流动和方法实现非线性转换小说计算范例。第一个压控记忆电阻仿真器提出了在 9),是基于一个二极管桥平行 R − C 滤波器作为负载。其他的研究( 10- - - - - - 16)使用压控记忆电阻模拟器的重要构件其他电路的深入研究分岔和混沌行为。

总结(一)背景:我们最好的知识和数据库中搜索提供者之后,我们得出结论,一个被动和电流控制忆阻器仿真器尚未发布之前(只有活跃的电流控制忆阻器( 8)(尽管有很多压控记忆电阻仿真器)和(b)动机:设计一个被动和电流控制忆阻器模拟器神经形态计算和突触功能和作为模仿的候选人inductorless模拟器,可以很容易地集成到CMOS技术。相似的精神是文学的一些电路,结合一个整流器与LC低通滤波器和不是一个RC在这里。这种记忆电阻使其利用可编程电路和系统由数字脉冲控制。

记忆电阻器任何双周期信号激励表现出三个特征:(i)存在的磁滞回线的电压、飞机,(2)磁滞回线的面积减少和缩小到一个单值 V- - - - - - 我函数,当信号激励频率趋于无穷时,和(3)压控广义记忆性定常系统,下列方程应用( 1- - - - - - 7]: (1) 我 米 = G x , V 米 V 米 和 G x , 0 ≠ ∞ ∀ x , d x d t = f x , V 米 x 代表了内心的状态变量 , 在哪里 我 米 是当前记忆电阻, V 米 端电压, G x , V 米 是有界的, f x , 我 米 是状态方程,它必须也有界保证解的存在吗 x t 。叶的面积、形状、方向的磁滞回线的发展与频率。所有的上述引用压控忆阻器仿真器(即发展。方程等方程( 1))。然而,在这项研究中,我们实现了首次建立了被动电流控制忆阻器模拟器,下列方程应用: (2) V 米 = R x , 我 米 我 米 和 R x , 0 ≠ ∞ ∀ x , d x d t = f x , 我 米 x 代表了内心的状态变量 。

介绍了新型电流控制忆阻器仿真器最近在[ 8, 17, 18];然而,他们是活跃的(这意味着需要一个电压电源)。在这部作品中,第一个被动电路电流控制模拟器的实现是建立在图 1。它使用两个二极管,两个电阻和一个电容。

我们构造方程的肖克利二极管方程(二极管都是平等的,没有考虑到高频效应产生不必要的动态效果): (3) 我 D 1 = 我 年代 e 2 α V j D 1 − 1 , 我 D 2 = 我 年代 e 2 α V j D 2 − 1 , 在哪里 2 α = 1 / n V T 和 我 年代 表示反向饱和电流, n 是发射系数, V T 是热电压, V j D 1 和 V j D 2 结二极管电压。如果我们考虑他们的系列寄生电阻 R p ,二极管电压 (4) V D 1 = R p 我 D 1 + 1 2 α ln 1 + 我 D 1 我 年代 和 V D 2 = R p 我 D 2 + 1 2 α ln 1 + 我 D 2 我 年代 。

因此, (5) 我 D 1 = 我 年代 e 2 α V D 1 − R p 我 D 1 − 1 和 我 D 2 = 我 年代 e 2 α V D 2 − R p 我 D 2 − 1 。

根据电压降, (6) V 米 = R 我 1 + V D 1 和 V 米 = R 我 2 − V D 2 , (7) − V c = V D 1 + V D 2 。

当前的 我 米 对应于 我 米 = 我 D 1 − 我 D 2 。使用方程( 5), (8) 我 米 = 我 年代 e α V D 1 + V D 2 − R p 我 D 1 + 我 D 2 e α V D 1 − V D 2 − R p 我 D 1 − 我 D 2 − e − α V D 1 − V D 2 − R p 我 D 1 − 我 D 2 。

使用方程( 7),它变得方便的表达 (9) 我 米 = 2 我 年代 e − α V c e − α R p 我 D 1 + 我 D 2 sinh α V D 1 − V D 2 − R p 我 米 。

然而,从方程( 6), (10) 2 V 米 = R 我 米 + V D 1 − V D 2 。

然后, V 米 − 我 米 关系, (11) V 米 = 1 2 R 我 米 + 1 2 α sinh − 1 我 米 2 我 年代 e α V c + α R p 我 D 1 + 我 D 2 + 1 2 R p 我 米 。

因为 我 c = 我 D 1 − 我 米 + 我 2 和 我 c = 我 D 2 + 我 2 ,我们获得 我 D 1 + 我 D 2 = 2 我 c + 我 米 − 2 我 2 然后, (12) V 米 = 1 2 R 我 米 + 1 2 α sinh − 1 我 米 2 我 年代 e α V c + α R p 2 我 c + 我 米 − 2 我 2 + 1 2 R p 我 米 。

接下来,我们关注 我 2 表达式。通过 V 米 = V D 1 + V C + R 我 2 和 V 米 = − V D 2 − V C + R 我 1 ,我们获得 (13) V D 1 + V D 2 + 2 V C + R 我 2 − 我 1 = 0。

因为 我 2 − 我 1 = 我 2 − 2 我 1 + 我 1 = 我 米 − 2 我 1 , − V c = V D 1 + V D 2 ,从方程( 13),我们得到 (14) 我 1 = V c 2 R + 我 米 2 和 我 2 = − V c 2 R + 我 米 2 。

最后,方程( 12)成为 (15) V 米 = 1 2 R + R p 我 米 + 1 2 α sinh − 1 我 米 2 我 年代 e α V c + α R p 2 我 c + V c / R 。

接下来,我们专注于状态方程: (16) 我 c = C d V c d t 。 = 我 D 1 − 我 1 ⟹ C d V c d t , = 我 D 1 − V c 2 R − 我 米 2 。

现在,完成状态方程,我们必须计算 我 D 1 ,这是简单的(注意,根据方程( 2), x = V c ): (17) V 米 − V D 1 R = 我 1 , = V c 2 R + 我 米 2 ⇒ V D 1 , = V 米 − R 我 米 2 − V c 2 。

因此,从方程( 16), 我 D 1 = 我 年代 e 2 α V D 1 − R p 我 D 1 − 1 ,我们获得 (18) C d V c d t = 我 年代 e 2 α V 米 e − α R 我 米 e − α V c e − 2 α R p 我 D 1 − 1 − 我 米 2 − V c 2 R 。

通过引入方程( 15),我们得到 (19) C d V c d t = 我 年代 e sinh − 1 我 米 / 2 我 年代 e α V c + α R p 2 我 c + V c / R + α R p 我 米 − 2 α R p 我 D 1 − α V c − 我 年代 − 我 米 2 − V c 2 R 。

因为 我 D 1 = 我 c + V c / 2 R + 我 米 / 2 ,我们获得 (20) C d V c d t = 我 年代 e sinh − 1 我 米 / 2 我 年代 e α V c + α R p 2 我 c + V c / R + α R p 我 米 − 2 α R p 我 c + V c / 2 R + 我 米 / 2 − α V c − 我 年代 − 我 米 2 − V c 2 R 。

最后,这个电路动态可以编写如下( V c o 是初始电容值,即:,最初配置内存): (21) V 米 = 1 2 R + R p 我 米 + 1 2 α sinh − 1 我 米 2 我 年代 e α V c + α R p 2 我 c + V c / R , C d V c d t = 我 年代 e sinh − 1 我 米 / 2 我 年代 e α V c + α R p 2 我 c + V c / R − α R p 2 我 c + V c / R − α V c − 我 年代 − 我 米 2 − V c 2 R , V c t = 0 = V c o 。

从方程( 21),一个可以看到寄生电阻 R p 影响动态。为了继续,我们合理的假设 R p ≈ 0 因为大部分二极管数据报告 R p ≪ 1 。

根据方程( 2), V c 代表了内心的状态变量;然而,应该指出的是,表单 V 米 = R V c , 我 米 我 米 不是(即实现。,它不包含 我 米 比例)。相反,它可以很自然地通过部门 我 米 如下: (22) V 米 = 1 2 R + 1 2 α 我 米 sinh − 1 我 米 2 我 年代 e α V c 我 米 为 我 米 ≠ 0 , V 米 = 0 为 我 米 = 0 , d V c d t = 我 年代 C e sinh − 1 我 米 / 2 我 年代 e α V c − α V c − 1 − 我 米 2 C − V c 2 R C , V c t = 0 = V c o , 根据方程( 2)这个词 R V c , 我 米 是 (23) R V c , 我 米 = 1 2 R + 1 2 α 我 米 sinh − 1 我 米 2 我 年代 e α V c 为 我 米 ≠ 0 , R V c , 我 米 = 0 为 我 米 = 0。

请注意, R V c , 我 米 ⟶ 0 为 我 米 ⟶ 0 ;因此,它可以不断扩展 我 米 = 0 (极限存在,可以通过洛必达法则)。图 2提前显示零交点的一个例子 V − 我 (下一节将讨论通过仿真验证)。

以下参数被用来模拟图提出的忆阻器电路模拟器 1: R = 270年 Ω 和 C = 0.5 μ F 。分配的二极管是1 n4148 PSpice-model卡,模型1 n4148 D (n = 2.52, = 0.568卢比, N= 1.752,CJO = 4 p, 米= 0.4,TT = 20 n, Iave = 200, Vpk = 75, mfg = OnSemi类型=硅)[ 19]。初始状态条件 V c = 0 被选中。模拟器使用LTspice [ 20.]。这种二极管模型,电路参数的大小和输入信号的振幅和频率的值是保持同样比较叶形状等其他作品获得( 9, 12, 14, 15]。电流电压特性获得PSpice软件仿真数据所示 2和 3。

以下的观察可以由仿真结果。的位点 V- - - - - - 我飞机有磁滞回路掐在零周期稳定状态。时一个单值函数的磁滞回线收缩频率增加和减少,和记忆电阻的形状取决于电路参数,也保留了奇对称性质。叶形状之间的质的区别的情况下(a)和(b)的人物 3让我们解释的动态记忆电阻可以在低频表现出更丰富的行为。

实验设置如图 4 (b)它包含两个二极管模型1 n4007抗性 R = 270年 Ω ,电容器 C = 0.5 μ F 。为了测试更多的案例研究和确认电流控制器仿真器的行为是独立于二极管模型,我们使用另一个二极管类型(1 n4007)对上述部分。

我们还可以看到测试模拟器和oscilloscope-waveform生成器模拟发现2 ( 21]。实验结果显示在图 4(一)和仿真结果图 5。

兴奋性信号频率的正弦波形 f = 1500年 赫兹 和当前的振幅 我 o = 0.74 马 (选择尽可能相似的[所示 8),为了比较结果 v − 我 特征)。我们使用压控电流源(vcc),即,Howland current source (EHCS) circuits with a maximum output current of value of 1 马 。这个压控电流源是一个OpAmp MCP6004芯片公司。

我们得出结论,实验测量显示相同的波形(图模式和性能预测的理论 4(一))和仿真器的电路模拟。最重要的是评论 我 − v 模式是相似的一个引用( 8](最大电流穿过记忆电阻的 0.8 马 和电压 1 V ,与叶 我 − v 模式和一条直线为零),这种引用的区别在艺术发展状况的一个活跃的电流控制忆阻器需要的直流电压供电 ± 15 V 。

完整性和比较的 v − 我 测量的特点通过模拟案例如图 5,看到一个小斜率在原点的差异,可能是由于我们使用的二极管模型,模型1 n4007 D (n = 7.02767, = 0.0341512卢比, N= 1.80803,如= 1.05743,XTI = 5, BV = 1000, IBV = 5 e- 08,CJO = 1 eVJ = 0.7−11日,M = 0.5, FC = 0.5, TT = 1 e−07,mfg = OnSemi类型=硅)(二极管模型卡寄生电阻和结电容)。总之,实验测量显示了相同的波形模式和性能预测的理论和模拟,即。,偷走了磁滞回线。

模拟器不应保留其价值在没有输入信号。挥发性记忆电阻特性衰变设备内存生物神经元的突触具有较高的相似性,因为神经形态计算变得越来越重要,衰变是所需的特性。

在这一点上,重要的是要强调这种记忆电阻模拟器不适合logic-in-memory (LiM)范式,还是高频应用程序;相反,我们提出了神经形态计算和电路实际上可以使用作为一个候选模仿生物突触功能。这是不足以表达为例图 6一个输入电流脉冲序列的 0.1 马 振幅(5周期)。在这个案例研究中,仿真器使用抗性 R 1 = R 2 = 270年 k Ω 提出模拟器显示自发衰变或更好说波动性质相似的生物神经系统。

这项工作显示了一个无源电路电流控制忆阻器仿真器。它克服了电流控制忆阻器的缺乏商业设备。此外,它涵盖了空白艺术的状态,因为目前,只有被动电路压控记忆电阻模拟器开发并使用。提出了记忆电阻模拟器的数学模型推导和验证了模拟(简化的数学处理和二极管寄生电容并不考虑,因为在这种情况下,设备动力应该与密集的数值模拟研究(例如使用MATLAB)因为系统强非线性。然而,香料模拟器与结电容包括完整的二极管模型;然后,数值与电路有关的模拟是准确的)。可以提高电路不对称以顺时针和逆时针方向不同的斜率。