[發明專利]容性分憶抗元和感性分憶抗元濾波器

有效

• 申請號: 201610214170.9
• 申請日: 2016-04-08
• 公開（公告）號: CN105680819B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 蒲亦非
• 申請（專利權）人: 蒲亦非
• 主分類號: H03H9/00
• 分類號: H03H9/00;H03H9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明所提出的容性分憶抗元和感性分憶抗元濾波器實現一種兼具分數階非線性記憶和預測功能的新型電路元器件。本發明涉及的分數階階次v不是傳統的正整數，而是正實數，工程應用中一般取分數或有理小數，v＝m+p，m是正整數，且0≤p≤1。見圖1，該濾波器是采用其輸入點1、分數階微分器2、卷積器3、憶阻器4、(1-p)次冪運算器5、Laplace逆變換器6、乘法器7和其輸出點8以級聯方式構成的，其中，該濾波器輸入點1饋入的該容性分憶抗元和感性分憶抗元濾波器的端口電流L_i(t)輸入給分數階微分器2，分數階微分器2輸出信號輸入給卷積器3，憶阻器4輸出信號輸入給(1-p)次冪運算器5，(1-p)次冪運算器5輸出信號輸入給Laplace逆變換器6，Laplace逆變換器6輸出信號輸入給卷積器3，卷積器3輸出信號輸入給乘法器7，乘法器7輸出信號輸入給該濾波器輸出點8，該濾波器輸出點8輸出該容性分憶抗元和感性分憶抗元濾波器的端口電壓V_i(t)。該濾波器特別適用于實現一種兼具分數階非線性記憶和預測功能的新型電路元器件的應用場合。本發明屬于電路與系統、現代信號處理和應用數學交叉學科的技術領域。

背景技術

憶阻元最早由電路理論學家蔡少棠教授在1971年首次提出。他推斷在電阻、電容和電感之外，應該還有一種迷失的第四種電路元件：憶阻元。憶阻元作為一種非線性無源二端電路元件表征電荷與磁通量之間的非線性關系。蔡教授在其1976年的論文中進一步將憶阻元泛化為憶阻系統。其他科學家也提出了諸如Bernard Widrow憶阻的動態記憶電阻器，但蔡教授試圖用數學方法對憶阻元進行歸納。憶阻元具有非易失的記憶特性。2008年，美國HP公司由Williams領導的一個實驗小組聲稱他們通過分析二氧化鈦薄膜已經發現了蔡氏迷失的憶阻。近年來，蔡教授還基于阻變效應討論了一種能夠涵蓋所有二端非易失記憶器件的廣義定義，雖然，與之相悖，在阻變存儲器的一些實驗驗證中一種非無源納米電池效應被觀測到。Williams認為憶阻元技術由磁性隨機存儲器、相位變存儲器和阻變隨機存取存儲器構成。2011年Meuffels和Schroeder提出一篇早期的關于憶阻元的論文存在一個關于離子傳導的錯誤假定。2012年Meuffels和Soni論述了實現憶阻元的基本問題和難點，進而他們揭示了僅由電流控制具有非易失特性的憶阻元的動力學狀態方程允許違背改變一個系統信息狀態的所需最小能量的Landauer原理。流控憶阻元的概念沒有提供使憶阻系統在電流白噪聲影響下不規律變動其狀態的物理機制。有研究者提出了憶阻的非線性離子漂移模型。從2014年起，一種解決Strukov初始憶阻模型方程不能較好反映實際器件物理的模型得到進一步研究。存在遲滯效應是憶阻元和憶阻系統的一個實驗特性。已被證實，不相交的遲滯效應曲線類型不能用以刻畫憶阻元。目前，已被發現的憶阻器有二氧化鈦憶阻器、聚合憶阻器、層狀憶阻器、鐵電憶阻器和自旋憶阻器。Williams的固態憶阻器與交叉開關鎖存器相結合將在未來計算機中取代晶體管。2009年，一種由電感與電容網絡和憶阻器構成的簡化電子電路被用于單細胞機體的自適應行為的建模實驗中。2010年，Versace和Chandler定義了模塊化神經探索旅行代理模型。Merrikh-Bayat和Shouraki用一種模擬軟件計算系統演示了基于IDS方法硬件實現的具有交叉開關結構的憶阻器。2013年，蔡少棠發文著重廣泛討論了憶阻元的復雜現象及其應用。2009年，Di Ventra將憶阻系統的概念拓展到以憶容元和憶感元為形式的容性和感性電路元件。2011年，提出了基于憶阻元的內容可尋址存儲器。同年，Tse演示了基于溶液法的印刷記憶性計數器，及其作為低廉封裝元件的潛在應用。2012年，Politecnico用現存的電路元件制作了憶阻器的純無源電路。一些包括一個分數階蔡氏電路和一個憶阻器的混沌電路被提出并研究。2013年，Tenreiro Machado以分數階系統的觀點推廣了憶阻元的理論。2014年，Abdelhouahad提出了憶分抗的概念，其特性是在憶阻元與憶容元、憶感元或二階憶阻元的特性之間進行插值。