基于忆阻器的数字滤波器研究与实现

发布时间：2020-07-26 16:18

【摘要】：忆阻器作为一种新型非线性二端无源器件,被认为是继电容、电阻和电感之后的第四种基本电路元件。忆阻器以其纳米级尺寸和非易失性的特性,有望改变现有的随机存储器设计。此外忆阻器还具有良好的开关特效、类似人脑神经突触的行为机制,使得它具有比传统电路元件更广阔的应用前景。滤波器是一种允许一定频段的信号通过,对其他频段信号产生较大抑制的频率选择电路,随着大规模集成电路的蓬勃发展,目前个人计算机的使用已经非常普遍,使得数字滤波器的实现不仅可以通过集成电路实现,还可以通过计算机以软件方式实现。软件方式实现的数字滤波器常用在信号处理、图像处理等领域。忆阻器的出现,使得滤波器的设计变得更加灵活。在模拟滤波器设计中,电阻阻值和电容大小决定RC滤波电路的截止频率,用忆阻器替换电阻元件,通过忆阻器阻值调整电路控制忆阻器阻值,能够灵活的设置RC电路的截止频率。加之忆阻器属于纳米级器件,因此忆阻器应用到模拟滤波器设计中对工艺改进、降低功耗都有潜在的价值。在数字滤波器设计中,则不能像模拟滤波器那样简单的替换电阻元件,忆阻器通常被组织成忆阻器交叉矩阵存储数字滤波器的系数,从而实现将忆阻器用于数字滤波器的设计中。本文在基于忆阻器的数字滤波器仿真实现研究中,主要做了如下的贡献:1.本文在Simulink仿真平台设计了忆阻器模型,并提出该模型的阻值调整方案,阻值调整方案得到实现和验证。2.本文实现了 Simulink仿真平台下基于忆阻器的FIR数字滤波器的设计,对叠加了高频随机信号的正弦波信号进行滤波还原实验,实验结果表明本文设计的基于忆阻器的FIR数字滤波器和传统FIR数字滤波器具有几乎近似的滤波效果。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN713.7
【图文】：

滞回曲线,电路变量,惠普,金属铂

惠普实验室为了寻找新一代存储介质的初衷。逡逑惠普实验室的科研人员使用纳米材料的金属铂－二氧化钛－金属柏实现了忆阻逡逑器，并且发现其具有独特的Ｉ－Ｖ滞回曲线，如图２．２所示。逡逑６逡逑

伏安特性曲线,忆阻器,惠普,伏安特性曲线

Ｆｉｇ邋２．２邋Ｔｈｅ邋ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ａｎｄ邋ｖｏｌｔ邋ａｍｐｅｒｅ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＨＰ邋ｍｅｍｒｉｓｔｏｒ逡逑该器件是典型的金属－氧化物－金属混合结构，它由两片金属铂薄片夹着一片二逡逑氧化钛薄膜（厚度约丨0纳米）构成。二氧化钛薄膜被分为上下两层，其中一层是逡逑掺杂的二氧化钛层，另一层是无掺杂的二氧化钛层，掺杂区因缺少氧原子（空穴）逡逑带正电，导电性更好对电流的阻碍较小。当电荷（电流）从无掺杂层流向掺杂层逡逑的一边时，在外部电场的作用下，无掺杂区会向掺杂区推进，使得二氧化钛薄膜逡逑整体的掺杂区所占比例减少，材料整体电阻增大。与此相反，当电荷（电流）从逡逑掺杂层流向无掺杂层的一边时，在外部电场的作用下，掺杂区会向无掺杂区推进，逡逑使得二氧化钛薄膜整体的掺杂区所占比例增大，材料整体电阻降低。惠普实验室逡逑的纳米级忆阻器实物整体上类似一个滑动变阻器。逡逑金属－氧化物－金属的忆阻器模型是一个纳米级系统，在外部偏置电压激励下，逡逑原子和固态离子从耦合的状态中漂移出来，产生了忆阻特性。当限制掺杂区域厚逡逑度０在零到二氧化钛薄膜厚度Ｄ的范围内变化时，忆阻器能够表现出完美的记性逡逑特性（Ｉ－Ｖ滞回曲线）。逡逑Ｈ前忆阻器逐渐被应用到多个领域，其中主要包括存储、逻辑计算、混沌电逡逑

忆阻器,惠普,等效模型,阻值

惠普二氧化钛忆阻器模型是一种典型的金属－氧化物－金属混合结构，它由两块逡逑金属铂夹着一片二氧化钛薄膜（约１０纳米厚）构成，二氧化钛薄膜分为掺杂区域逡逑和非掺杂区域。结构如图２．３所示。掺杂区包含大量氧空穴，电导性良好，阻值较逡逑小；非掺杂区不含氧空穴，电导性很差，阻值很大。惠普忆阻器的忆阻阻值等于逡逑二氧化钛掺杂区和非掺杂区的忆阻阻值之和。逡逑８逡逑

【参考文献】