[發(fā)明專利]基于三值憶阻器的數(shù)字非門實(shí)現(xiàn)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011644136.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN112865786A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉媛;田遠(yuǎn)澤;金晨曦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03K19/20
• 分類號(hào): H03K19/20
• 代理公司: 浙江千克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

1.基于三值憶阻器的數(shù)字非門實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：

所采用的三值憶阻器為壓控閾值型三值憶阻器，其數(shù)學(xué)模型由下式描述：

式中的a,b,c,d,e是模型中的可調(diào)參數(shù)，x為系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量，v(t)表示憶阻器兩端的電壓，i(t)表示流經(jīng)憶阻器的電流，v_th1和v_th2代表兩個(gè)不同的閾值電壓，R_L、R_M、R_H分別對(duì)應(yīng)于該模型從低到高的三種不同的阻態(tài)，分別代表三值邏輯的“2”、“1”、“0”；

采用兩個(gè)上述三值憶阻器構(gòu)成所述數(shù)字非門，包括標(biāo)準(zhǔn)三值非門STI、負(fù)三值非門NTI和正三值非門PTI，利用三值憶阻器的憶阻值作為邏輯狀態(tài)變量，并使用非對(duì)稱三值邏輯，分別是“0”、“1”、“2”實(shí)現(xiàn)非門邏輯運(yùn)算；

設(shè)R_in輸入憶阻器，R_out是輸出憶阻器，V是直流電源；憶阻器R_in的初始狀態(tài)是數(shù)字非門的輸入，R_out的初始狀態(tài)為R_L；數(shù)字非門邏輯的真值表如下表所示：

數(shù)字非門的工作分為兩個(gè)階段：

第一階段是初始階段，在這一階段中，直流電源V輸出一個(gè)較小的測量電壓V_MS，用于測量各個(gè)憶阻器的初始狀態(tài)，通過讀取憶阻器兩端的電壓和流經(jīng)的電流來測算憶阻器的阻值；所述測量電壓V_MS使得每個(gè)憶阻器上的分壓都不會(huì)超過設(shè)定的閾值電壓，因此憶阻器就不會(huì)改變其狀態(tài)；

第二階段是運(yùn)行階段，直流電源V輸出運(yùn)行電壓V_OP用于完成邏輯運(yùn)算。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三值憶阻器的數(shù)字非門實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：令數(shù)學(xué)模型中的a＝e＝10，b＝10000，c＝d＝0.2，閾值電壓v_th1和v_th2分別設(shè)為0.9V和1.1V；R_H、R_M、R_L分別為10kΩ、1kΩ、100Ω，且憶阻器R_in與25Ω輔助電阻R并聯(lián)，憶阻器R_in的BE端與輸出憶阻器R_out的BE端相連，輸入憶阻器R_in的TE端與直流電源V的正極相連，輸出憶阻器R_out的TE端與直流電源V的負(fù)極相連，直流電源V的負(fù)極接地；

在數(shù)字非門的運(yùn)行電壓V_OP為1.123V下：

輸入為邏輯“0”時(shí)，輸入憶阻器R_in與輔助電阻R的并聯(lián)總電阻為24.9Ω；輸出憶阻器R_out兩端的分壓為-0.8991V，大于閾值電壓-0.9V，輸出憶阻器R_out的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化；邏輯門輸出邏輯“2”；

輸入為邏輯“1”時(shí)，輸入憶阻器R_in和輔助電阻R的并聯(lián)總電阻為24.3Ω；輸出憶阻器R_out兩端的電壓為-0.9035V，超過閾值電壓，輸出憶阻器R_out被置為R_M；輸出憶阻器R_out阻值增加后兩端的分壓為-1.0964V，不超過-1.1V的閾值電壓，狀態(tài)不會(huì)繼續(xù)變化，邏輯門輸出為邏輯“1”；

輸入為邏輯“2”時(shí)，輸入憶阻器R_in和輔助電阻R的并聯(lián)總電阻為20Ω；輸出憶阻器R_out分到的電壓為-0.9358V，超過閾值電壓-0.9V，輸出憶阻器R_out被置為R_M；隨后，輸出憶阻器R_out兩端電壓減小至-1.101V，輸出憶阻器R_in被進(jìn)一步置為R_H；邏輯門輸出邏輯“0”。