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申请/专利权人：湘潭大学

摘要：本发明公开了一种忆阻值精确写入电路，包括运算放大器U1、U2、U3，电阻Rf，锁存器，单刀开关S2n，单刀双掷开关S1n、S3n、S4n、S5m、S6m、S7m、S8，以及忆阻器Rm；电路的工作模式分为三个阶段，即比较阶段、忆阻值写入阶段和忆阻值保持阶段。在运算放大器的基础上，该电路通过锁存器输出信号状态的改变来控制忆阻器阻值的增长或者降低。当忆阻器阻值增长或降低到目标值之后，阻值不再变化，实现忆阻器阻值的精确写入。该电路可作为存算一体电路的核心电路。该电路可应用于忆阻器忆阻值的精确调整，对基于忆阻器的应用研究具有积极的推动作用。

主权项：1.一种忆阻值精确写入电路，其特征在于：包括运算放大器U1、U2、U3，电阻Rf，锁存器，单刀开关S2n，单刀双掷开关S1n、S3n、S4n、S5m、S6m、S7m、S8，以及忆阻器Rm；所述开关S5m的第一端连接正电压V+，所述开关S5m的第二端连接负电压V-，所述开关S5m的第三端连接所述开关S1n的第一端，所述开关S5m的控制信号端连接所述锁存器的‘Q’输出端；所述开关S1n的第二端连接低电压VL，所述开关S1n的第三端连接所述忆阻器Rm的第一端，所述开关S1n的控制信号端连接电压Vn；所述忆阻器Rm的第二端连接所述运算放大器U1的‘-’输入端和所述电阻Rf的第一端；所述电阻Rf的第二端连接所述运算放大器U1的输出端和所述开关S2n的第一端以及所述开关S3n的第一端；所述运算放大器U1的‘+’输入端连接所述开关S8的第一端；所述开关S2n的第二端连接所述运算放大器U2的‘-’输入端，所述开关S2n的控制信号端连接电压Vn；所述运算放大器U2的‘+’输入端连接电压-RfVLRx，所述运算放大器U2的输出端连接所述锁存器的‘D’输入端；所述锁存器的‘Clk’输入端连接电压Vc，所述锁存器的‘Q’输出端连接所述开关S6m的控制信号端和所述开关S7m的控制信号端；所述开关S7m的第一端连接电压-RfV+Rx，所述开关S7m的第二端连接电压-RfV-Rx，所述开关S7m的第三端连接所述开关S4n的第一端；所述开关S4n的第二端连接电压VT，所述开关S4n的第三端连接所述运算放大器U3的‘+’输入端，所述开关S4n的控制信号端连接电压Vn；所述运算放大器U3的‘-’输入端连接所述开关S3n的第三端，所述运算放大器U3的输出端连接所述开关S8的信号控制端；所述开关S3n的第二端接地，所述开关S3n的控制信号端连接电压Vn；所述开关S8的第二端连接所述开关S6m的第一端，所述开关S8的第三端接地；所述开关S6m的第二端连接正电压V+，所述开关S6m的第三端连接负电压V-；电路的工作模式分为三个阶段，即比较阶段、忆阻值写入阶段和忆阻值保持阶段；在比较阶段，S1n-S4n为同一控制信号Vn控制的开关，当控制信号Vn处于高电平时，S1n开关接小电压VL＝150mV，S2n开关闭合，S3n开关接地，S4n开关接低电位VT＝-150mV；S5m-S7m为锁存器输出电压V0控制的开关，此时输出电压V0不影响电路的工作状态，S5m-S7m开关均处于空置状态；S8为运算放大器U3控制的开关，运算放大器U3的同相输入端接负电压VT，反相输入端接地，反相输入端输入的电压比同相输入端输入的电压高，运算放大器的输出端就会输出一个与负电源电压相同的电压，即运算放大器U3输出的V02为低电位，低电位控制开关S8接地；在比较阶段，根据运算放大器的“虚短”特性可知，忆阻器Rm左侧接低电压VL，右侧接运算放大器U1的反相输入端，近似接地，所以忆阻器的忆阻值不会发生改变，而是产生一个电流I＝VLRm；该电流经过电阻Rf之后，在运算放大器U1的输出端产生一个电压Vout＝-RfVLRm；此时，忆阻器Rm、电阻Rf和运算放大器U1构成一个反向放大器；因为开关S2n处于闭合状态，所以运算放大器U1的输出电压Vout连接到运算放大器U2的反相输入端；运算放大器U2的同相输入端连接电压-RfVLRx，其中Rx为忆阻器需要写入的目标忆阻值；因此，代表真实忆阻值和目标忆阻值俩者的电压在运算放大器U2的两端进行比较；当忆阻值大于目标值时，运算放大器U2的反相输入端输入的电压比同相输入端输入的电压高，运算放大器的输出端就会输出一个与负电源电压相同的电压，即V01为低电平；反之，当忆阻值小于目标值时，V01为高电平；电压V01接到锁存器的输入端，经过锁存器锁存，然后根据锁存器的输出电压V0就可以判断需要将忆阻值调大还是调小；在忆阻值写入阶段，S1n-S4n为同一控制信号Vn控制的开关，当控制信号Vn处于低电平时，开关S1n接开关S5m，开关S2n断开，开关S3n连接到运算放大器U1的输出端，开关S4n连接开关S7m；开关S5m-S7m为锁存器输出电压V0控制的开关，当电压V0为高电平时，开关S5m-S6m接负电压V-，开关S7m接电压-RfV-Rx，其中V-＝-600mV，当电压V0为低电平时，开关S5m-S6m接正电压V+，开关S7m接电压-RfV+Rx，其中V+＝600mV；开关S8为运算放大器U3控制的开关；在写入阶段，如果忆阻值大于目标值，此时电压V01为低电平，电压V0为低电平；开关S2n处于断开状态，锁存器已锁存上一步的值，输出信号V0为低电平，信号V0控制开关S5m连接正电压V+，开关S6m连接正电压V+，开关S7m连接电压-RfV+Rx；根据运算放大器的“虚短”特性可知，忆阻器Rm左侧连接正电压V+，右侧连接运算放大器U1的反相输入端，近似接地，所以忆阻器的忆阻值会缓慢降低，并且产生一个电流I＝V+Rm；该电流经过电阻Rf之后，在运算放大器U1的输出端产生一个电压Vout＝-RfV+Rm；电压Vout经开关S3n接到运算放大器U3的反相输入端，与运算放大器U3的同相输入端电压-RfV+Rx进行比较，反相输入端输入的电压比同相输入端输入的电压高，运算放大器的输出端就会输出一个与负电源电压相同的电压，即运算放大器U3输出的V02为低电位，低电位控制开关S8持续接地；在此过程中，忆阻值不断降低，并且在降低的过程中不断修改电压Vout；当忆阻值小于目标值时可以同理分析；在忆阻值保持阶段，开关S1n-S4n、开关S5m-S7m的状态与忆阻值写入阶段的开关状态一致；开关S8为运算放大器U3控制的开关；如果忆阻值大于目标值，当忆阻器忆阻值慢慢降低到目标值Rx时，即Rm＝Rx时，运算放大器U1的输出电压Vout＝-RfV+Rm＝-RfV+Rx，此时运算放大器U3的反相输入端输入的电压与同相输入端输入的电压相等，输出信号V02翻转，控制开关S8经开关S6m连接正电压V+；根据运算放大器的“虚短”特性可知，此时忆阻器Rm两端电压均为V+，达到平衡状态，没有足够的电压差，忆阻值不再减小，维持Rm＝Rx；当忆阻值小于目标值时可以同理分析。

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