一种基于钛氧化物忆阻器的模拟信号变换电路的制作方法

本实用新型涉及一种模拟信号变换电路，具体涉及一种基于钛氧化物忆阻器的模拟信号变换电路。

背景技术：

1971年，美国加州大学Leon Chua教授通过理论推导，构建有源模型等方式预测了忆阻器作为第四种基本电路元件的存在性。2008年，美国惠普实验室利用纳米钛氧化物及金属铂电极成功实现了世界上首个物理忆阻器，并引发国际电路学界对阻性记忆材料的研究热潮。钛氧化物忆阻器是一种纳米电路元件，它能够精确记忆流经其上的电荷，并且这种记忆特性在断电之后不会消失。忆阻器的电荷记忆特性是任何其他已知无源电路元件所无法替代的，因而适于应用在诸如阻性随机访问存储器或人工神经网络等新奇电路的构建中。

信号变换广泛应用于军事、政治、商业等多个领域，有悠久的历史。模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号，或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。模拟信号变换技术主要应用于语音通信，模拟数据传输与处理，ADA变换等诸多领域。目前主流的模拟信号变换技术主要有基于混沌系统的信号变换，利用噪声的信号掩盖，利用小波变换的信号变换等。钛氧化物忆阻器在信号处理领域具有速度快，功耗低，体积小等优势，然而，目前尚无一种基于钛氧化物忆阻器的模拟信号变换方法。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：目前尚无一种基于钛氧化物忆阻器的模拟信号变换方法，本实用新型提供了解决上述问题的一种基于钛氧化物忆阻器的模拟信号变换电路，利用钛氧化物忆阻器在信号处理领域具有速度快，功耗低，体积小的优势，优化现有的模拟信号变换电路。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种基于钛氧化物忆阻器的模拟信号变换电路，包括变换端电路与反变换端电路；

变换端电路，用于接收待变换信号并通过忆阻器A将待变换信号进行非线性变换，然后将变换后的变换信号作为待反变换信号传给反变换端；

反变换端电路，用于接收变换端电路传来的待反变换信号并利用一个与忆阻器A具有相同初始状态与导电特性的忆阻器B及两个受控电源对将待反变换信号做反变换处理，从而恢复出变换前的信号。

在变换端，通过忆阻器对待变换信号进行特定的非线性变换，变换后的信号为变换信号，经过传输后达到反变换端。在反变换端，利用一个与变换端具有相同初始状态与导电特性的忆阻器及两个受控电源对变换信号予以反变换，从而恢复出变换前的信号，采用钛氧化物忆阻器在信号处理领域具有速度快，功耗低，体积小的优势，优化了现有的模拟信号变换电路。

进一步的，所述忆阻器A为忆阻器Mencryp，所述变换端电路还包括电阻Rcipher，所述的Rcipher阻值为m，m为设定数值；所述变换端电路的正极输入端与忆阻器Mencryp一端连接，忆阻器Mencryp另一端在与电阻Rcipher一端连接，电阻Rcipher另一端连接至变换端电路的负极输入端；在电阻Rcipher两端的电压是变换后的变换信号Ven(t)；变换信号Ven(t)作为待反变换信号传给反变换端电路。Mencryp用于对待变换信号进行相应的非线性变换，并与反变换端的忆阻器共同保证变换信号的稳定可靠；Rcipher是变换电阻，当且仅当反变换端采用了与Rcipher相同阻抗值的电阻才可以保证变换信号得到正确的反变换；此外，Rcipher对输入的待变换信号V(t)起到限流的作用，防止由于V(t)幅度过大导致Mencryp被击穿。

进一步的，所述忆阻器B为忆阻器Mdecryp，所述反变换端电路还包括反变换电阻Rdecrpt、电阻Rdecipher、受控电流源CCCS、受控电压源VCVS；所述受控电压源VCVS的输入端接收待反变换信号，受控电压源VCVS的输出端连接受控电流源CCCS的输入端，电阻Rdecipher串联在受控电流源CCCS的输入端与受控电压源VCVS输出端之间；受控电流源CCCS的正极输出端至负极输出端之间依次串联忆阻器Mdecryp、电阻Rdecrpt，受控电流源CCCS的输出端作为反变换端电路的输出端。VCVS为电压控制的电压源，用于为Rdecipher提供与Rcipher相同的电压；Rdecipher为反变换电阻；Rdecrpt为还原电阻，其作用是在CCCS产生的受控电流的作用下，与Mdecryp共同恢复待变换信号；CCCS为电流控制的电流源，其作用是在Mdecryp及Rdecrpt内产生与Rdecipher相同的电流。

进一步的，所述电阻Rdecipher、Rdecrpt的阻值都为m；m为设定数值。Rdecipher＝Rcipher时，保证VCVS正常驱动Rdecipher产生与Rcipher相同的电流；在Rdecipher＝Rcipher＝Rdecrpt的情况下，保证待变换信号V(t)将在Mdecryp及Rdecrpt的两端得到正确的复原。

本实用新型具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型在变换端通过忆阻器对待变换信号进行特定的非线性变换，变换后的信号为变换信号，经过传输后达到反变换端；在反变换端，利用一个与变换端具有相同初始状态与导电特性的忆阻器及两个受控电源对变换信号予以反变换，从而恢复出变换前的信号，采用钛氧化物忆阻器在信号处理领域具有速度快，功耗低，体积小的优势，优化了现有的模拟信号变换电路。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的电路的原理图。

图2为实施例中成功变换的仿真结果。

图3为实施例中四组反变换失败的仿真结果。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示，一种基于钛氧化物忆阻器的模拟信号变换电路，包括变换端电路与反变换端电路；变换端用于接收待变换信号并通过忆阻器将待变换信号进行非线性变换，然后将变换后的变换信号作为待反变换信号传给反变换端；反变换端用于接收变换端传来的待反变换信号并利用一个与变换端具有相同初始状态与导电特性的忆阻器及两个受控电源对将待反变换信号做反变换处理，从而恢复出变换前的信号。在变换端，通过忆阻器对待变换信号进行特定的非线性变换，变换后的信号为变换信号，经过传输后达到反变换端。在反变换端，利用一个与变换端具有相同初始状态与导电特性的忆阻器及两个受控电源对变换信号予以反变换，从而恢复出变换前的信号，采用钛氧化物忆阻器在信号处理领域具有速度快，功耗低，体积小的优势，优化了现有的模拟信号变换电路。

实施时，变换端电路的正极输入端依次串联有忆阻器Mencryp与电阻Rcipher，电阻Rcipher，连接至变换端电路的正极输入端；在Rcipher两端的电压是变换后的变换信号Ven(t)；变换信号Ven(t)作为待反变换信号传给反变换端电路。变换端由变换忆阻器Mencryp及电阻Rcipher构成。Mencryp用于对待变换信号进行相应的非线性变换，并与反变换端的忆阻器共同保证变换信号的稳定可靠。Rcipher是变换电阻，当且仅当反变换端采用了与Rcipher相同阻抗值的电阻才可以保证变换信号得到正确的反变换；此外，Rcipher对输入的待变换信号V(t)起到限流的作用，防止由于V(t)幅度过大导致Mencryp被击穿。Rcipher两端的电压是变换后的信号Ven(t)。Ven(t)，V(t)及忆阻器两端电压VM(t)三者之间满足基尔霍夫电压定律：

V(t)＝VM(t)+Ven(t)

由于忆阻器Mencryp特殊的电荷记忆特性，当对变换端输入待变换信号时，Mencryp两端的电压将随时间依照其独特的导电特性进行非线性变化，从而导致变换信号Ven(t)是一个与V(t)完全不同的信号。

反变换端电路包括反变换忆阻器Mdecryp、电阻Rdecrpt、电阻Rdecipher、受控电流源CCCS、受控电压源VCVS；所述受控电压源VCVS的输入端接收待反变换信号，受控电压源VCVS的输出端连接受控电流源CCCS的输入端，电阻Rdecipher串联在受控电流源CCCS的输入端与受控电压源VCVS输出端之间；受控电流源CCCS的正极输出端依次串联忆阻器Mdecryp、电阻Rdecrpt，电阻Rdecrpt再连接至受控电流源CCCS的负极输出端，受控电流源CCCS的输出端作为反变换端电路的输出端；电阻Rdecipher、Rcipher、Rdecrpt的阻值相同。VCVS为电压控制的电压源，用于为Rdecipher提供与Rcipher相同的电压。Rdecipher为反变换电阻。当Rdecipher＝Rcipher时，VCVS能够驱动Rdecipher产生与Rcipher相同的电流。Rdecrpt为还原电阻，其作用是在CCCS产生的受控电流的作用下，与Mdecryp共同恢复待变换信号。CCCS为电流控制的电流源，其作用是在Mdecryp及Rdecrpt内产生与Rdecipher相同的电流。在Rdecipher＝Rcipher＝Rdecrpt的情况下，待变换信号V(t)将在Mdecryp及Rdecrpt的两端得到正确的复原。此外，由于本电路依据忆阻器的电荷记忆性工作，因此，Mdecryp及Mencryp须保持相同的初始掺杂区长度才能保证反变换的成功。

附图2所示，图2给出了一个成功的变换仿真结果，其中V(t)为待变换信号，Ven(t)为变换信号，Vde(t)为反变换后的信号。V(t)采用了正弦波信号，其形式为v(t)＝v0sin(ωt)，v0＝5V，ω＝2π。Rcipher＝Rdecipher＝Rdecypt＝0.5KΩ。忆阻器初始掺杂区长度w0＝1nm。仿真的时间长度为T＝10s，仿真步长为ΔT＝10μs，仿真平台为HSPICE软件。

附图3给出了四组反变换失败的仿真结果，失败的原因分别是反变换忆阻器初始掺杂区长度与变换忆阻器不一致；反变换电阻与变换电阻不一致；还原电阻与变换电阻不一致；初始掺杂区长度，变换电阻，反变换电阻，还原电阻均不一致。其中，图3(a)对应Mdecryp的初始掺杂区长度w0采用5nm，而Mencryp的初始掺杂区长度w0采用1nm；图3(b)对应Rdecipher＝0.8KΩ，Rcipher＝Rdecrpt＝0.5KΩ；图3(c)对应Rdecrpt＝1.8KΩ，Rdecipher＝Rcipher＝0.5KΩ；图3(d)对应Mdecryp的初始掺杂区长度w0采用了5nm，，而Mencryp的初始掺杂区长度w0采用1nm，Rdecipher＝0.2KΩ，Rdecrpt＝1.0KΩ，Rcipher＝0.5KΩ。

由图2，图3所示仿真结果可见，当：第一，变换忆阻器Mencryp与反变换忆阻器Mdecryp具有相同的导电特性及初始掺杂区长度；第二，变换电阻Rcipher，反变换电阻Rdecipher与还原电阻Rdecrpt三者具有相同的阻抗以上两个条件同时满足的情况下，变换端的待变换信号V(t)才可以在反变换端得到完整，正确的反变换。上述两项条件在技术上是完全可行的。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。