[發(fā)明專利]一種基于憶阻器的AD轉換電路

有效

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• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106899297B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設計）人: 楊樂;曾志剛
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H03M1/08
• 分類號: H03M1/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春

本發(fā)明公開了一種基于憶阻器的AD轉換電路，相對于現(xiàn)有的雙積分型AD轉換電路，所設計的AD轉換電路體積較小，便于集成，電路結構比較簡單，且對整個電路系統(tǒng)造成的電磁干擾較小。現(xiàn)有的雙積分型AD轉換電路含有體積很大的電容，在電路設計中必須通過外接，無法集成。而憶阻器的體積非常小，便于集成，可以有效減小電路體積。同時，所設計的AD轉換電路比現(xiàn)有的雙積分型AD轉換電路減少了一個放電控制電路，降低了電路復雜度。電容充放電會給電路系統(tǒng)造成很大的電磁干擾，給電路設計造成困難。而憶阻器相當于阻值變化的電阻，產生的電磁干擾非常小。所設計的AD轉換電路對周期性的對稱干擾信號具有很強的抑制能力。

技術領域

本發(fā)明屬于模擬-數(shù)字電路和新興的電路技術應用領域，更具體地，涉及一種基于憶阻器的AD轉換電路。

背景技術

憶阻器是除電阻、電容、電感之外的第四種基本電路元件。憶阻器最先由加州大學伯克利分校的蔡少棠(Leon.O.Chua)教授于1971年從理論上推導得到。蔡少棠指出，電壓v、電流i、電荷q和磁通量這四個基本電路變量之間應該存在六種數(shù)學關系：電流定義為電荷關于時間的變化率i＝dq/dt；電壓定義為磁通量關于時間的變化率電阻定義為電壓隨著電流的變化率R＝dv/di；電容定義為電荷隨著電壓的變化率C＝dq/dv；電感定義為磁通量隨著電流的變化率缺少了一種能夠將電荷q與磁通量關聯(lián)起來的電路元件，而這種元件即由電荷q與磁通量之間的關系來定義：M即是憶阻。

美國惠普實驗室的Strukov和其同事在進行極小型電路實驗時制造出憶阻的實物，其成果發(fā)表在2008年5月的《自然》雜志上，憶阻的發(fā)現(xiàn)足以媲美100年前發(fā)明的三極管，其任何一項產業(yè)化應用都可能帶來新一輪的產業(yè)革命。憶阻最突出的特點是其天然的非易失性記憶功能和良好的開關特性，在非易失性存儲器技術、可重構信號處理電路、人工神經網絡保密通信、模擬電路、人工智能計算機、生物行為模擬等領域具有巨大的應用潛力。惠普憶阻器將經過摻雜的TiO₂和未摻雜的TiO₂連接在兩個Pt電極之間，形成一種三明治結構。當在兩個Pt電極之間加電壓時，在電場的作用下，在摻雜的TiO₂和未摻雜的TiO₂間出現(xiàn)離子移動。因此，經過摻雜的TiO₂和未摻雜的TiO₂的區(qū)域的長度會發(fā)生變化。而經過摻雜的TiO₂和未摻雜的TiO₂的電阻率是不同的，因此，憶阻器中兩種TiO₂的區(qū)域的長度發(fā)生變化會引起憶阻器阻值的變化。如果，給憶阻器施加正電壓，它的憶阻值增加，那么，在憶阻器的同一端施加負電壓，它的憶阻值會減小。

數(shù)字電子技術廣泛應用在人們生活的各個方面。一些常見的電子設備如，手機，電腦，電視機，數(shù)碼相機等的內部無一不是包含著成百上千的數(shù)字芯片。同樣地，在交通網絡，航空航天，工業(yè)制造等領域，數(shù)字技術更是發(fā)揮著非常巨大的作用。數(shù)字電路相對于模擬電路具有如下的優(yōu)點：穩(wěn)定性高，結果的再現(xiàn)性好；易于設計；能夠大批量生產，成本低廉；具有可編程性；高速度，低功耗。

因此，數(shù)字電路是現(xiàn)代電子電路設計的重要部分。即使到現(xiàn)在，數(shù)字電子技術仍然在不斷的發(fā)展，改變著人們的生活。但是，無論數(shù)字技術如何發(fā)展，也不能代替模擬技術。自然界中絕大多數(shù)物理量是模擬量，例如，聲音，壓力，溫度，濕度等等，數(shù)字信號和模擬信號是不兼容的，數(shù)字技術不能直接接收和處理模擬信號，也無法將處理后的數(shù)字信號直接送到外部世界。在模擬量輸入到數(shù)字芯片之前，需要先將模擬信號轉化為對應的數(shù)字信號，再輸入到數(shù)字芯片內部進行處理。把模擬信號轉化成數(shù)字信號的電路就是AD轉換電路，它是連接模擬和數(shù)字信號的關鍵。

現(xiàn)有的AD轉換電路主要可以分為三種類型：并行比較型AD轉換電路，逐次比較型AD轉換電路，雙積分型AD轉換電路。