文摘

与内存记忆电阻(电阻),第四种基本电路元件,是一种非易失性纳米电子设备和超大规模集成应用程序拥有更大的潜力。建议meminductor (ML,电感器和内存)可以由忆阻器电路模拟器。本文进一步地址转换机制的本构关系从记忆电阻meminductor然后设计一个MR-ML mutator实现MR-ML转换。我们也存在突变的香料模型并分析仿真结果。

1。介绍

记忆电阻器记忆电阻(收缩)被认为是两端被动的第四个基本元素,除了电阻、电容和电感。元素被蔡首先假设[1)描述电荷和磁链之间的关系为了电路理论的完整性。然而,这种先锋工作没有引起研究者的关注,直到2008年。Strukov et al .,在惠普公司宣布memristor-two TiO的第一个实验设计2夹在两层铂电极(2]。这项工作已经引起了极大的兴趣,增加记忆电阻的理论和应用。进步的潜在记忆电阻的应用覆盖许多重要的领域,如数字存储器逻辑,模拟电路,和神经突触1,3- - - - - -7]。

忆阻器是一种特殊的更一般的记忆性系统由蔡定义和康(8]。2009年,memcapacitatative和meminductive系统也制定的精神记忆性的系统。的特殊类型memcapacitive和meminductive系统,记忆电容和meminductor9)也吸引科学家的兴趣。结合记忆性系统,这些元素将打开新的和意想不到的功能领域的电子产品(10]。

最近,几个模拟器模型meminductor建造了记忆电容(11,12]。然而,这些模拟器模型是复杂的电路实现。为了克服这一问题,提出了一种设计方法的突变MR-ML变换,这使得电路实现和理论分析更方便和有效的。该方法可以轻松地构建突变申请mc转变。在下一节中,我们将分析的本构关系,通过CR meminductor转换方法。然后,先生的想法改变毫升提出了部分3。基于忆阻器的SPICE模型,meminductor的突变模型将设计部分4,然后模拟和分析结果中演示了一节5。最后,结论部分6。

2。本构关系的Meminductor

如前所述(13),可以定义一个网络元素自明地由其本构关系,它不依赖于元素相互作用与周围的网络。meminductor的本构关系 在哪里 ,问是由

假设本构关系(1)可以被描述为一个单值函数 的,即 在哪里 是一个非线性函数,那么电流控制meminductor的本构关系可以写成 在哪里 是小信号meminductance定义在操作吗 。

3所示。从记忆电阻转换到Meminductor

在本文中,我们使用忆阻器模型提出了(14]证明改变记忆电阻的理论可能性meminductor。

中给出的忆阻器模型(2,3,14)如图1。忆阻器的总电阻, 是掺杂和无掺杂区域的阻力之和,即 在哪里 和 掺杂区域的宽度,TiO的总长度吗2层,分别 和 限制记忆电阻电阻的值吗 和 。


图1
可变电阻器模型。

忆阻器的相应端口方程(PE) 在哪里w(t)是状态变量的长度在薄膜掺杂区域。 当前通过记忆电阻成正比。提出的模型(12]窗口函数使用Joglekar函数( )模型非线性掺杂剂漂移。但是,为了分析方便,我们定义窗口功能 ,在选择Joglekar函数(14与参数) 在模型设计。

的速度运动的掺杂和无掺杂区域之间的边界取决于掺杂区域的阻力,通过电流,根据状态方程和其他因素(1,14), 因此 是一个函数的费用 基于(8), 忆阻器政权的条件 。用(8)(5),一个可以观察到记忆电阻是像一个可变电阻器的电阻率米(问),是一个函数对电荷,即 从记忆电阻的定义 ,接下去 正如我们所知,忆阻器的本构关系有相同的形式(10)。争论同样与(15,16),我们现在把端口方程转化为本构关系。为此,我们表示 它遵循从(2), 因此, 通过上面的讨论中,一个可以看到meminductance如果是一个函数 ,否则 。

因此,我们已获得meminductor的本构关系 (12)和meminductance (13) 在扩大记忆电阻的本构关系。

4所示。Mutator先生为毫升

4.1。MR-ML Mutator的表征

赋值函数是一个活跃的、两口线性网络将非线性元素的一种类型转换为另一种类型。有三种类型的mutators-an唐森突变,一个c - r突变和一个L-C mutator-which已经意识到(17]。在本节中,我们引入一个MR-ML mutator(首先提出的15,18]。它的特点是,如果一个非线性记忆电阻 曲线 连接在端口2的元素,由此产生的一个端口(见在端口1)变成一个非线性电感器,它可以以一个吗 曲线是相同的原始 曲线 。一个突变的基本原理如图2。


图2
表征MR-ML突变。

灵感来自[提出的想法15),我们设计模拟meminductor通过记忆电阻器的突变。先生和ML的本构关系,可以通过线性变换后的坐标 , ,在那里 和 是真正的常数。它们的值依赖于具体实现突变的方式。线性变换的时域微分收益率如下: , 。这些方程都写在运营商通过传输矩阵形式 (15]。所以我们可以有以下矩阵作为传输矩阵:

4.2。演示的例子

在本节中,我们应用一个正弦电流源由 在这个记忆电阻, 和 。一个可以计算相应的电荷(假设初始费用 ) 用(16)(10)收益率相应的通量 用(17)(12气管无名动脉瘘管的收益率),那么相应的磁通(积分) 在一段时间内 ,它遵循从(16), 这在一起(18)意味着 请注意,本构关系拥有以下条件之一的指纹电感应器: ,因为 。

存在的高阶导数 ,一个可以重写(20.在泰勒级数的形式(11]: 因此meminductance 是重写为 或者,在泰勒级数的形式, 从(23)指出,如果 ,因为 ,meminductance电路变量的独立;即meminductor行为作为一个线性电感。换句话说,其余条款描述的记忆效应是泰勒级数的 。从本构关系 meminductor, (15),meminductance ,(13),指出,该结果meminductor通过扩大记忆电阻的本构关系很符合那些在15]。

4.3。实现MR-ML突变模型

在本节中,我们提出一个突变将ML的灵感来自于想法先生(15,18,19]。突变的PSpice模型是基于以下步骤。(我)终端电压突变的感觉,导致一连串的两个时域集成为了得到流量( 气管无名动脉瘘管的)和( )。(2)基于电荷的知识和TIF, meminductance计算从(13)。(3)基于知识的 和 ,当前 meminductor mutator可以计算如下: 突变的PSpice模型提出了如图3。


图3
香料的突变模型。

5。仿真结果

验证的有效性提出突变、香料系列仿真设计和仿真结果波形演示其性能。运行时设置为2。我们把正弦电流源电路的激励。电压和电流流经忆阻器的励磁e端口1。

考虑到忆阻器模型如图1与参数 , , , , 。是用于(12),窗口函数选为平滑Joglekar函数的参数 。我们使用正弦电压源,峰值振幅的参数 频率,频率= 0.325赫兹。的 记忆电阻呈现在图的特征4。


图4
的V- - - - - -我忆阻器的特性。

的 曲线和 端口1的曲线,用于描述meminductor的财产,如图5(一个)和5 (b)。图5(一个)代表meminductor的通量,和图5 (b)分别代表了当前。图6显示了meminductance 曲线。

(一)
(一)
(b)
(b)
图5
(一)meminductor通量;当前的meminductor (b)。

图6
meminductance曲线为正弦的来源。

6。结论

我们已经证明了电流控制meminductor可以通过本构关系转化为记忆电阻扩大。这里介绍的突变提供了一个真正的MR-ML转换。使用上述过程,memristor-to-memcapacitor突变也可以轻松地设计。最近报道突变,这些电路作为有用的工具来分析这些新的内存元素。

确认

这项工作是支持部分由中国国家自然科学基金资助60974020,60972155,格兰特CSTC2009BB2305下重庆的自然科学基础,中央大学的基础研究基金(批准号XDJK2010C023)和中国国家博士后科学基金(批准号CPSF20100470116)。