[發明專利]基于三值憶阻器的數字非門實現方法

在審

• 申請號: 202011644136.8
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112865786A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 王曉媛;田遠澤;金晨曦
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H03K19/20
• 分類號: H03K19/20
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了一種基于三值憶阻器的數字非門實現方法。本發明設計了一類新型的基于三值憶阻器的三值數字邏輯非門電路模型，包括NTI電路模型、PTI電路模型以及四種不同的STI電路模型。該類電路模型可以使用一種結構實現不同種類的三值非門且結構清晰簡單、易于實現。該非門電路模型在多值數字邏輯電路等領域中具有重要意義。

技術領域

本發明屬于電路設計技術領域，涉及一種基于三值憶阻器的數字非門實現方法。

背景技術

憶阻器是一種新型電路元件，它具有非易失性。所謂第四種電路元件，憶阻器描述了磁通量和電荷之間的關系，填補了四種電路基本變量之間關系的空缺。由于憶阻器的納米尺度特點，基于憶阻器的數字邏輯電路與使用CMOS的傳統數字邏輯電路相比具有較少的面積和功耗。憶阻器可以實現在同一個物理器件中完成信息的處理和存儲，這種獨特的特性已經被廣泛的應用在二進制數字邏輯電路中，并有望實現不同于傳統的馮·諾依曼架構的新型計算機。

英國發明家托馬斯·福勒(Thomas Fowler)在1840年首次提出一種基于三元邏輯系統進行計算的替代方法。與傳統的二值邏輯相比，三值邏輯具有單根信號線的信息攜帶量更高，電路串并聯運算能力更強，電路復雜度更低等優點。自三值邏輯建立以來，相關的研究也取得了很多的進展，但直至目前仍缺少相對應的實際三值器件，導致三值邏輯難以在實際應用中得到有效推廣。而憶阻器可以處理兩個以上的狀態而無需額外的硬件，因此憶阻器的出現以及多值憶阻器的提出是實現三元邏輯的一個很好地解決方案。

盡管憶阻器的實際器件在2008年就得到物理實現，但受限于嚴苛的技術條件以及高昂的成本，研究人員難以獲得實際的憶阻器器件用于應用研究。同時現有的研究中，基于三值憶阻器的數字邏輯電路十分有限，且均面臨存算一體化的問題。因此，建立三值憶阻器的數學模型，仿真模型以及有效電路等模型，并將其引入數字邏輯電路設計中具有重要意義。

發明內容

針對現有研究存在的上述不足，本發明提出一種基于三值憶阻器的數字非門實現方法。

三值非門電路由兩個憶阻器、一個輔助電阻、一個直流電源構成。

標準正向-反向三值非門(Forward-Backward Standard Ternary Inverter，FB-STI)電路由兩個憶阻器R_in和R_out、一個25Ω輔助電阻R、一個直流電源V構成。其中R_in憶阻器與輔助電阻R并聯，R_in的BE端與R_out的BE端相連，R_in的TE端與直流電源V的正極相連，R_out的TE端與直流電源V的負極相連，直流電源V的負極接地。

標準正向-正向三值非門(Forward–Forward Standard Ternary Inverter，FF-STI)電路由兩個憶阻器R_in和R_out、一個25Ω輔助電阻R、一個直流電源V構成。其中R_in憶阻器與輔助電阻R并聯，R_in的BE端與R_out的TE端相連，R_in的TE端與直流電源V的正極相連，R_out的BE端與直流電源V的負極相連，直流電源V的負極接地。

標準反向-正向三值非門(Backward-Forward Standard Ternary Inverter，BF-STI)電路由兩個憶阻器R_in和R_out、一個25Ω輔助電阻R、一個直流電源V構成。其中R_in憶阻器與輔助電阻R并聯，R_in的TE端與R_out的TE端相連，R_in的BE端與直流電源V的正極相連，R_out的BE端與直流電源V的負極相連，直流電源V的負極接地。