[發明專利]一種基于憶阻器的模數轉換器

有效

• 申請號: 201310208362.5
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103312331A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 劉洋;董華;吳霜毅;胡紹剛;李競春;于奇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 劉世平

技術領域

本發明涉及半導體集成電路領域，特別涉及一種基于憶阻器的模數轉換器，用于進行模擬信號到數字信號的轉換。

背景技術

隨著電子技術的迅速發展以及計算機在自動檢測和自動控制系統中的廣泛應用，利用數字電子計算機所處理和傳送的都是不連續的數字信號，而實際中遇到的大都是連續變化的模擬量，模擬量經過傳感器采集轉換成為電信號的模擬量后，需經模數轉換變成數字信號才可輸入到數字系統中進行處理和控制，因而作為把模擬電量轉換成數字量輸出的接口電路——模/數轉換器是模擬信號通向數字信號的橋梁，也是當今電子技術發展的關鍵和瓶頸所在。

模數轉換器包括三個基本功能：抽樣、量化和編碼；抽樣是將模擬信號在時間上離散化，使之成為抽樣信號；量化將抽樣信號的幅度離散化使之成為數字信號；編碼則將數字信號最終表示成數字系統所能接受的形式；如何實現這三個功能就決定了ADC的形式和性能。同時，ADC的分辨率越高，需要的轉換時間就越長，轉換速率就越低，故ADC的分辨率和轉換速率兩者總是相互制約的。因而在發展高分辨率ADC的同時要兼顧高速，在發展高速ADC的同時要兼顧高分辨率，在此基礎上還要考慮功耗、體積、便攜性、多功能、與計算機及通訊網絡的兼容性以及應用領域的特殊要求等問題，這也使得ADC的結構和分類錯綜復雜。

當前，為了適應計算機、通訊和多媒體技術的飛速發展以及高新技術領域的數字化進程不斷加快，模數轉換電路在工藝、結構、性能上都有了很大的進步，正在朝著低功耗、高速、高分辨率的方向發展。

憶阻器（MEMRISTOR）是電阻、電容和電感之外的第四種基本的無源器件，由蔡少棠于1971年首次提出憶阻器的概念并論證了其存在的理論依據。2008年，HP實驗室發現并制作了具有憶阻特性的雙端電阻。對憶阻器外加編程電壓可以使憶阻器阻值在最大阻值R_MAX和最小阻值R_MIN之間變化：在憶阻器兩端加正電壓時，憶阻器阻值降低；在憶阻器兩端加負電壓時，憶阻器阻值升高。

通常憶阻器的最大阻值R_MAX和最小阻值R_MIN相差三個以上數量級，阻值改變時間可低至納秒量級，編程電壓低，并且可以通過控制編程脈沖的幅度、頻率、個數以及占空比將憶阻器阻值編程在最大阻值和最小阻值之間的任意阻值。

因此，如何應用憶阻器的上述特點設計出一種基于憶阻器的具有高精度、低功耗、占用芯片面積小等優點的模數轉換電路成為當前研究的重點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提出一種新型的高精度、低功耗、占用芯片面積小的基于憶阻器的模數轉換器。

本發明解決上述技術問題采用的方案是：一種基于憶阻器的模數轉換器，包括參考電壓產生電路、比較器、產生輸出碼字的計數器及復位電路；所述參考電壓產生電路與比較器的反相端相連；所述比較器的同相端接輸入電壓；所述比較器的輸出端通過或門與所述產生輸出碼字的計數器相連；所述復位電路與所述參考電壓產生電路相連。

進一步，所述參考電壓產生電路包括憶阻器、第一傳輸門、第二傳輸門、反相器及電流源；所述反相器的輸入端與所述第一傳輸門的控制端相連，并連接時鐘信號；所述反相器的輸出端與所述第二傳輸門的控制端相連；所述第一傳輸門的輸入端與編程電壓相連，其輸出端與所述憶阻器的頂電極（TE）相連；所述第二傳輸門的輸入端與所述憶阻器的頂電極（TE）相連，其輸出端與所述電流源相連；所述憶阻器的底電極（BE）接地。

進一步，所述復位電路包括電壓源及第三傳輸門；所述第三傳輸門的輸入端與所述電壓源相連，其輸出端與所述憶阻器的頂電極（TE）相連，其控制端與所述比較器的輸出端相連。

本發明的有益效果是：基于憶阻器實現的模數轉換器具有高精度、低功耗、占用芯片面積小的優點，且該模數轉換器構造簡單、易于控制，適用于低功耗模數轉換。

附圖說明

圖1為本發明中的模數轉換器的參考電壓產生電路結構圖；

圖2為本發明中的模數轉換器的復位電路結構圖；

圖3為本發明中的模數轉換器的整體結構圖；

圖4為憶阻器的阻值隨脈沖個數變化曲線圖；

圖5為本發明中的模數轉換器的工作流程圖；

圖6為實施例中的憶阻器阻值隨時鐘個數變化曲線圖；

圖7為實施例中參考電壓隨時鐘個數變化曲線圖；