基于忆阻器的超宽带电路研究

发布时间：2017-04-08 09:03

  本文关键词：基于忆阻器的超宽带电路研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：忆阻器作为第四种基本无源元件,因其纳米尺寸,快速的开关性,低功耗等特点正受到了越来越多的关注和研究。忆阻器与其他无源元件的组合电路能够产生非常规的波形,本文以适合高频的忆阻器为研究对象,研究了忆阻器的模型和器件特性,并将其应用于产生超宽带信号的电路中。首先,介绍了忆阻器和超宽带脉冲产生电路的研究现状,阐述了忆阻器的理论与工作机制,详细分析了氧化钽忆阻器的物理结构、导电机制、制备工艺和数学模型,通过MATLAB软件进行了数值模拟,得到了忆阻器的滞回特性曲线,并建立SPICE模型,通过仿真同样表明了忆阻器的非线性特性。其次,设计了基于忆阻器的UWB信号发生器,通过MATLAB和SPICE软件从行为级和电路级两个方面对信号发生器进行了模拟,仿真结果:中心频率为5 GHz的输出信号,都具有2 GHz左右的带宽,证明了基于该忆阻器的超宽带信号发生电路的可行性。最后,分析了组成UWB信号发生器的螺旋电感、MIM电容、薄膜电阻和传输线的高频特性,随后对基于该信号发生器的片上电感进行了理论分析,使用HFSS软件设计了一个L值为5.7 n H,最大Q值为13.3,自谐振频率为9.1 GHz的片上电感。同时也设计了基于理想信号发生器的一个0.12 p F的MIM电容和一个50Ω的薄膜电阻,并对含有寄生参数的信号发生器进行了仿真,其结果:中心频率为5 GHz的输出信号,具有1.5 GHz左右的带宽,仍属超宽带信号。
【关键词】：忆阻器 氧化钽 SPICE模型 超宽带信号
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 忆阻器国内外研究现状10-14
• 1.1.1 国内发展现状10-11
• 1.1.2 国外发展现状11-14
• 1.2 UWB脉冲形成电路研究现状14-18
• 1.2.1 利用数字电路产生U W B脉冲14-15
• 1.2.2 基于雪崩晶体管的U W B脉冲形成电路15-16
• 1.2.3 基于阶跃恢复二级管的UWB脉冲形成电路16-17
• 1.2.4 基于光电器件的UWB脉冲形成电路17-18
• 1.2.5 基于忆阻器的UWB信号产生电路18
• 1.3 研究目的和意义18-19
• 1.4 本文的主要研究内容19-20
• 2 忆阻器的理论及物理基础20-33
• 2.1 忆阻器的概念20
• 2.2 忆阻器的基本电路理论20-22
• 2.3 忆阻器的工作机理22-27
• 2.3.1 边界迁移模型23-24
• 2.3.2 绝缘体 - 金属转变机制24
• 2.3.3 电子自旋阻塞模型24-25
• 2.3.4 氧化还原反应25
• 2.3.5 丝电导机制25-27
• 2.4 忆阻器的数学模型27-29
• 2.5 忆阻器的制备工艺29-32
• 2.5.1 一般工艺方法30-31
• 2.5.2 纳米压印光刻工艺31
• 2.5.3 原子层沉积工艺31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 3 氧化钽忆阻器的建模及仿真33-44
• 3.1 氧化钽忆阻器的分析33-35
• 3.1.1 氧化钽忆阻器的物理结构33-34
• 3.1.2 氧化钽忆阻器的导电机制34-35
• 3.1.3 氧化钽忆阻器的制备工艺35
• 3.2 氧化钽忆阻器的行为分析35-39
• 3.2.1 氧化钽忆阻器的数学模型36-37
• 3.2.2 数值仿真37-39
• 3.3 氧化钽忆阻器的SPICE建模与仿真39-43
• 3.3.1 SPICE模型的结构分析39-40
• 3.3.2 氧化钽忆阻器的SPICE模型40-41
• 3.3.3 SPICE模型仿真41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 4 基于忆阻器的UWB信号产生电路44-52
• 4.1 忆阻器的应用44
• 4.2 基于忆阻器的UWB信号发生器电路44-47
• 4.2.1 电路结构44-46
• 4.2.2 系统方程46-47
• 4.3 基于忆阻器的UWB信号发生器的仿真分析47-51
• 4.3.1 信号发生器的行为级仿真47-48
• 4.3.2 信号发生器的电路实现48-50
• 4.3.3 信号发生器的混沌行为50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 5 基于忆阻器的UWB信号发生器关键电路52-79
• 5.1 无源元件的高频特性分析52-60
• 5.1.1 电感52-55
• 5.1.2 电容55-56
• 5.1.3 电阻56-58
• 5.1.4 传输线58-60
• 5.2 信号发生器的片上电感设计60-72
• 5.2.1 电感的理论分析基础60-63
• 5.2.2 片上电感的性能分析63-69
• 5.2.3 片上电感的设计与优化69-72
• 5.3 信号发生器的电容和电阻设计72-76
• 5.3.1 电容设计及等效电路参数提取72-74
• 5.3.2 电阻设计及等效电路参数提取74-76
• 5.4 含有寄生参数的U W B信号发生器76-77
• 5.5 本章小结77-79
• 结论79-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-89
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 曲翔;徐文婷;肖清华;刘斌;闫志瑞;周旗钢;;忆阻器材料的研究进展[J];材料导报;2012年11期

2 胡小方;段书凯;王丽丹;廖晓峰;;忆阻器交叉阵列及在图像处理中的应用[J];中国科学:信息科学;2011年04期

3 张旭;周玉泽;闭强;杨兴华;俎云霄;;有边界条件的忆阻元件模型及其性质[J];物理学报;2010年09期

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本文编号：292497