CN103123809A - 用于存储频率的装置和用于存储和读取频率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于存储频率的装置和用于存储和读取频率的方法，其中所述装置（100）具有：带有输入端和输出端、以及供电电压输入端和供电电压输出端的比较器（102）；以及忆阻器（104），其连接在比较器（102）的输入端和比较器（102）的输出端之间。

Description

用于存储频率的装置和用于存储和读取频率的方法

技术领域

本发明涉及一种用于存储频率的装置，一种用于将频率存储在所述装置中的方法，此外还涉及一种用于从所述装置读取所存储的频率的方法，以及一种用于运行用于存储的装置的方法和相应的计算机程序产品。

背景技术

忆阻器（Memristor）是一种无源电器件，其中可以借助直流信号引起其电阻的变化。而在临界频率之上的交流信号情况下，电阻保持恒定。

Yuriy V. Pershin和Massimiliano Di Ventra在其公开物“Practical Approach to Programmable Analog Circuits with Memristors”，IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers，第57卷，No. 8，2010年8月中介绍了在电路中的忆阻器的不同使用可能性。在电路中，忆阻器分别通过自给自足的供给装置来提供直流信号，以便改变忆阻器的电阻。

发明内容

在此背景下，借助本发明介绍了根据独立权利要求的一种用于存储频率的装置、一种用于在所述装置中存储频率的方法，此外还介绍了一种用于从所述装置读取所存储的频率的方法，以及一种用于运行用于存储的装置的方法，以及最后提出一种相应的计算机程序产品。有利的扩展方案从相应的从属权利要求和后面的描述中得出。

本发明基于的认识是，忆阻器作为能够振荡的电路的确定振荡频率的环节借助从外部对该电路施加的频率信号而经历变化，该变化将电路的振荡频率与所施加的频率信号匹配。这样改变的电路的振荡频率在所施加的频率信号中断之后变化，并且在电路的供电电压中断之后不变。在忆阻器中，由此可以存储关于振荡频率的信息。

本发明实现了一种用于存储频率的装置，其中所述装置具有以下特征：

带有输入端和输出端、以及供电电压输入端和供电电压输出端的比较器；以及

忆阻器，其连接在比较器的输入端和比较器的输出端之间。

比较器可以理解为比较两个电压的电子电路。当第一电压高于第二电压时，在比较器的输出端上存在第一信号，在相反情况中在该输出端上存在第二信号。忆阻器可以理解为一种器件，其具有欧姆电阻，该电阻在恒定馈流情况下改变。在用高频交流电流运行的情况下，电阻无直流部分地保持恒定。

比较器可以具有第二输入端，并且电阻连接在比较器的第二输入端和输出端之间。电阻可以理解为欧姆电阻。该装置可以具有电容，其连接在比较器的两个输入端之一和电势端子之间。电容可以理解为电容器。该装置可以具有另外的电阻，其连接在比较器的输入端和另外的电势端子之间。通过另外的器件，可以将所述装置改建为能够独立振荡的振荡回路。比较器可以在两个电压状态之间来回切换。电容结合电阻用作延迟装置，以便调节最终的振荡频率。通过改变延迟元件，可以实现在两个状态的变换之间的不同的时间常数。脉冲源可以连接在比较器的输入端和/或另外的电阻和另外的电势端子之间。脉冲源可以构建用于提供具有预先确定的频率的振荡信号。振荡信号可以影响能够振荡的振荡回路。能够振荡的振荡回路的振荡和振荡信号可以叠加为混合信号。混合信号可以具有直流部分，其可以改变关于忆阻器中存储的频率的信息。该信息可以改变，直到该装置的振荡以振荡信号的频率来振荡。

本发明此外实现了一种根据这里提出的方式的用于将频率存储在用于存储的装置中的方法，其中所述方法具有以下步骤：

对所述装置施加（Beaufschlagen）以具有要存储的频率的写入信号，以便将与该频率对应的信息存储在忆阻器中。

写入信号可以理解为频率稳定的信号，其由信号源提供。在所述装置的能够振荡的电路中，输出振荡可以在通过写入信号施加之前改变为具有输出振荡和写入信号的信号叠加的混合振荡。混合振荡可以具有直流部分。直流部分可以改变关于忆阻器中存储的频率的信息，直到电路以写入信号的节拍振荡。

此外，本发明实现了一种根据这里介绍的方式的用于从用于存储的装置中读取存储的频率的方法，其中该方法具有以下步骤：

借助供电电压输入端和供电电压输出端来对比较器馈送供电电压，以便截取读取信号，以读取与频率对应的信息。

读取信号可以理解为所述装置的由忆阻器限定的固有振荡。固有振荡可以通过比较器的供电电压来激励。

此外，本发明实现了一种根据这里介绍的方式的用于运行用于存储的装置的方法，其中该方法至少具有以下步骤：

根据这里介绍的方式的、用于存储频率的方法步骤；以及

根据这里介绍的方式的、用于读取频率的方法步骤。

该方法可以具有静止的步骤，其在存储步骤和读取步骤之间进行，其中所述装置在静止的步骤中未被施加并且未被馈电，并且与频率对应的信息保持。在静止步骤之后，所述装置可以重新用存储的频率运行。由此，所述装置可以没有能量需求地存储关于频率的信息。

有利的还有一种具有程序代码的计算机程序产品，其可以存储在机器可读的载体如半导体存储器、硬盘存储器或者光学存储器上，并且当所述程序在计算机或者装置上运行时，用于执行或者控制根据前述实施形式之一所述的方法步骤。

附图说明

下面借助附图示例性地进一步阐述本发明。其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的用于存储的装置的电路图；

图2示出了根据本发明的另一实施例的用于存储的装置的电路图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的用于运行用于存储的装置的方法的流程图；

图4示出了在初始状态中的根据本发明的一个实施例的用于存储的装置的振荡信号图；

图5示出了在存储器的开始阶段中的根据本发明的一个实施例的用于存储的装置的振荡信号图；

图6示出了在存储器的最终状态中的根据本发明的一个实施例的用于存储的装置的振荡信号图；

图7示出了在忆阻器中存入关于频率的信息的情况下在最终状态中的根据本发明的一个实施例的用于存储的装置的振荡信号图。

具体实施方式

在下面对本发明的优选实施例的描述中，对于在不同图中示出的并且作用相似的元件使用相同或者相似的附图标记，其中省去了对所述元件的重复描述。

图1示出了根据本发明的一个实施例的用于存储频率的装置100的电路图。该装置100具有比较器102、忆阻器104、电阻106、电容108以及另外的电阻110。比较器102具有反相的输入端－、非反相的输入端+以及输出端。此外，比较器具有负端子和正端子用于供电电压。忆阻器104具有两个端子。忆阻器104的第一端子与比较器102的非反相输入端+连接。忆阻器104的第二端子与比较器102的输出端连接。电阻106同样具有两个端子。电阻106的第一端子与比较器102的反相输入端－连接。电阻106的第二端子与比较器102的输出端以及忆阻器104的第二端子连接。电容108、电容器具有两个端子。电容108的第一端子与所述装置100的第一电势端子112连接。电容108的第二端子与比较器102的反相输入端－以及电阻106的第一端子连接。所述另外的电阻110具有两个端子。所述另外的电阻110的第一端子与所述装置100的第二电势端子112连接。所述另外的电阻110的第二端子与比较器102的非反相输入端+以及忆阻器104的第一端子连接。在工作中，比较器102的负端子和正端子与未示出的供电电压的电压源连接。

图2示出了根据本发明的另一实施例的用于存储的装置100的电路图。该装置100对应于如图1中所示的装置。附加地，在图2中在所述装置100的第二电势端子112和另外的电阻110之间设置有脉冲源200。

换而言之，图1和图2示出了带有忆阻器104的频率存储器100。忆阻器是一种新型的电阻。忆阻器的电阻并不恒定，而是可以可变地被编程入。忆阻器是其值取决于其历史的电阻。如果具有高于确定的临界频率的频率的交流电流流过，则其值并不变化。如果电流的频率小于临界频率，则电阻改变。由此，忆阻器104例如可以用作存储器。忆阻器的尺寸可以在数纳米的范围中。由此，比传统的存储器技术更高的存储器密度是可能的。对于该器件，其他的应用在电路技术上是可能的。在这里介绍的方式中，介绍了一种可能的电路：忆阻器104如何可以用于存储“频率”。

可编程的频率发生器（PLL，锁相环）是可编程的分频器或者频率乘法器，其可以将参考频率用任意的因子来相乘/相除。结合时钟发生器，可以产生任意的频率或者构建跟随频率发生器。不同于这里所介绍的频率存储器100，PLL发生器并不是自己运行的，即其需要另外的时钟发生器作为源。例如，在石英振荡器的情况下，通过振荡石英来生成时钟信号。频率在此通过机械结构类型或者机械的修整来调节。双稳态的触发级是比较器，其周期性地在两个输出级之间来回切换。这实际上是用于所有时钟发生器的基本级。

频率存储器100是电路，借助其可以存储并且又读取“频率”。为了编程，将具有在确定的频率范围中的频率的信号置于电路100的输入端114上。在输出端112上于是有具有输入频率的信号。如果施加在确定的临界频率之下的信号，（例如将输入端接地），则保持输出信号的频率。如果将供电电压关断，则在存储器中的值保持。在施加供电电压之后，又将具有编程入的频率的信号输出。

借助带有忆阻器104的频率存储器100，可以直接存储并且直接地又读取频率。其可以普遍地设置在需要时钟信号的其他电路中。在计算单元中的使用同样是可能的。频率存储器100同样是一种将忆阻器104用作存储部位的可能性，以便有效地存储数据。为了读取电路100以及为了编程，可以使用数字的部件，为此该电路可以使得使用针对模拟电路的过程成为多余的。该电路100可以设置在集成电路上。

这里介绍的方式基于将可编程的电阻104与比较器102连接。电阻104是可编程的，其方式是具有在临界频率之下的频率的电流对电阻104编程，并且在临界频率之上的交流电流使得电阻104不变化。电阻104对电容器108充电和放电。比较器102将电容器108的充电值和另外的值比较，并且分别在充电运行和放电运行之间切换，以便实现振荡运行。在平衡时，没有直流电流流过电阻104。由于在输入端114上的不平衡，在电阻104中产生直流电流，其电阻值通过这种方式改变并且由此系统100的总频率改变。用于忆阻器的多个控制电路可以根据该原理来构建。

图1和图2示出了根据本发明的一个实施例的电路100的结构的例子。基本结构对应于双稳态的多谐振荡器。忆阻器104构建在电路100中，使得在正常的振荡运行中没有直流部分流过器件104。如果电路104以比忆阻器104的临界频率更高的频率振荡，则保持所编程入的值，并且忆阻器104的电阻不变。当具有高于忆阻器104的特定临界频率的频率的交流电流流动时，该电阻表现得像完全正常的电阻那样。然而在临界频率之下的负电流减小了忆阻器104的电阻。如果电流在平均上是正的，则其电阻增大。

图3示出了根据本发明的一个实施例的用于运行用于存储的装置的方法300的流程图。该方法300具有用于存储的方法步骤302、用于读取的方法步骤306以及静止的步骤306。

根据本发明的一个实施例的用于存储频率的方法具有进行施加的步骤302。在进行施加的步骤中，如图2中所示的用于存储的装置的忆阻器被施加以写入信号，该信号具有要存储的频率，以便将对应于所述频率的信息存储在忆阻器中。写入信号例如可以如图2所示由脉冲源来提供。写入信号叠加所示装置的基波振荡。在叠加的情况下，得到直流部分，该直流部分使得载流子在忆阻器中迁移，直到忆阻器的电阻改变为使得直流部分趋向于零并且基波振荡的频率对应于要存储的频率。

根据本发明的一个实施例的用于读取存储的频率的方法具有馈电步骤304。在馈电步骤中，如图1或图2中所示的用于存储的装置的比较器用供电电压来馈电。供电电压施加在比较器的供电电压输入端和供电电压输出端之间。通过供电电压，将所述装置激励用于振荡，并且可以截取读取信号，以便读取与存储的频率对应的信息。

在静止步骤306中，所述装置并未施加以电压和/或信号。在静止期间，所述装置可以将关于要存储的频率的信息存储在忆阻器的写入的电阻中。在静止步骤306之后，所述信息可以借助用于读取的方法步骤306又被读取。

在没有施加的输入信号的基本运行中，多谐振荡器100如正常的时钟发生器那样振荡。具有高频率的交流电流流过忆阻器104，为此其电阻保持恒定。基本运行的测量写入或者信号值曲线图在图4中示出。脉冲源200并不与输入端114连接。所示的是通过忆阻器104的电流。振荡器100以恒定的频率振荡。

如果现在将频率置于电路100的输入端114上，则振荡器的占空比变化。脉冲源200与输入端114连接。振荡回路100失调，并且流过忆阻器104的电流信号得到直流部分，如图5中所示的那样。在电流中现在可以看出的是，在零线之上的面积大于在零线之下的面积。由此，平均上直流电流流过忆阻器104，其增大其电阻。该直流电压部分现在改变忆阻器104的电阻如此长时间，直到直流电压部分又对应于0，如图6中所示。频率现在被编程入。如果现在忆阻器104的电阻从值0.5k增大到值1k，则图6中所示的电流流动。不再存在直流偏移，由此忆阻器104的电阻保持恒定。如果脉冲源200与电路100分离，则振荡器100又以所设置的频率振荡，如图7中所示。

这里所示的电路100是用于忆阻器的基本电路。用于忆阻器的其他控制装置可以不同于该电路100。因为忆阻器可以用交流电压来读取，所以对于具有忆阻器的应用而言，相应的读取电路是需要的。这里介绍的频率存储器100是一种可能性：如何可以进行读取。例如，忆阻器可以使用在存储器、中性网络、滤波器、分类器和图像识别系统的领域中。比较器可以由比较简单的晶体管开发。借助根据这里介绍的方式的电路中的忆阻器，可以借助纯粹的数字晶体管构建高度紧凑的存储器。

图4、5、6和7示出了不同的振荡信号的信号曲线图，所述振荡信号是在如图1和图2中所示的用于存储的装置的忆阻器上截取的。在信号曲线图的横坐标上以微秒（μs）绘出了增加的时间。在纵坐标上以毫安（mA）绘出了电流强度，其中值0μA通过虚线来表示。

在图4中示出了在用于存储的装置的读取运行中初始状态的时间图。横坐标在10μs的时间范围上延伸，在纵坐标上绘出了在±3.6mA的范围中的值。横坐标在-3.6mA处与纵坐标相交。在初始状态中，所述装置以具有过冲402的矩形信号400振荡。矩形信号400在大约3μs的振荡持续时间情况下具有±2.4mA的幅度。矩形信号400关于0mA对称。矩形信号不具有直流部分。

在图5中示出了时间图，其在施加用于编程的开始绘制，而由脉冲源将写入信号叠加到图4中的矩形信号上。横坐标延伸20μs，在纵坐标上绘出了±4.2mA。横坐标在-4.2mA处与纵坐标相交。该装置可见地失调。叠加的信号500在大约±3mA之间具有不规则的幅度，并且具有平均大约2.8μs的不规则振荡持续时间。信号500具有直流部分，该直流部分让载流子在忆阻器基底中迁移，以便匹配所述装置，使得其又可以谐波振荡。在此，所述装置的基波振荡改变，直到基波振荡对应于所施加的写入信号。

在图6中示出了时间图，其在施加的最终在结束编程过程情况下被绘制。横坐标在100μs上延伸，在纵坐标上绘制了±2.4mA。横坐标在-2.4mA处与纵坐标相交。该装置又谐波振荡。该装置的基波振荡与脉冲源的写入信号同步。所得的信号600不再具有直流部分。忆阻器的电阻被改变为使得基波振荡的频率与写入信号的频率一致。所得的信号600具有带两个过冲602的矩形走向。所得的信号600在大约2μs的振荡持续时间情况下具有大约±1.3mA的幅度。

在图7中示出了时间图，其在所述施加之后（nach）为了读取新的状态而被绘出。如在图1中所示，该装置又自由振荡。横坐标在100μs上延伸，在纵坐标上绘制了±2.4mA。横坐标在-2.4mA处与纵坐标相交。振荡700的一种形式对应于图4中的振荡的形式。振荡700具有带有过冲702的矩形走向。振荡700在大约2μs的振荡持续时间情况下具有±1.8mA的幅度。

所描述的和在附图中示出的实施例仅仅是示例性选择的。不同的实施例可以完整地或者关于单个特征地彼此结合。一个实施例还可以通过另一实施例的特征来补充。

此外，根据本发明的方法步骤可以重复地以及以不同于所描述的顺序实施。

如果一个实施例包括在第一特征和第二特征之间的“和/或”连接，于是这可以解读为，根据一个实施形式的实施例具有第一特征和第二特征，而根据另外的实施形式的实施例仅仅具有第一特征或者仅仅具有第二特征。

Claims (10)

1.一种用于存储频率的装置（100），其中所述装置（100）具有以下特征：

带有输入端和输出端、以及供电电压输入端和供电电压输出端的比较器（102）；以及

忆阻器（104），其连接在比较器（102）的输入端和比较器（102）的输出端之间。

2.根据权利要求1所述的装置（100），其中该比较器（102）具有第二输入端，并且电阻（108）连接在该比较器（102）的第二输入端和输出端之间。

3.根据权利要求2所述的装置（100），具有电容（108），其导电地设置在比较器的第二输入端和电势端子（112）之间。

4.根据上述权利要求之一所述的装置（100），具有另外的电阻（110），其连接在比较器（102）的输入端和另外的电势端子（114）之间。

5.根据权利要求4所述的装置（100），其中脉冲源（200）连接在比较器（102）的输入端和/或另外的电阻（110）和另外的电势端子（114）之间。

6.一种用于将频率存储在根据权利要求1至5之一的用于存储的装置（100）中的方法，其中所述方法具有以下步骤：

对所述装置（100）施加（302）以具有要存储的频率的写入信号，以便将与该频率对应的信息存储在忆阻器（104）中。

7.一种用于从根据权利要求1至4之一所述的用于存储的装置（100）中读取存储的频率的方法，其中该方法具有以下步骤：

借助供电电压输入端和供电电压输出端来对比较器（102）馈送（304）供电电压，以便截取读取信号（700），以读取与频率对应的信息。

8.一种用于运行根据权利要求1至5之一所述的用于存储的装置（100）的方法（300），其中该方法（300）至少具有以下步骤：

根据权利要求6所述的用于存储频率的方法步骤（302）；以及

根据权利要求7所述的用于读取频率的方法步骤（304）。

9.根据权利要求8所述的方法（300），具有静止的步骤（306），其在所述存储步骤（302）和所述读取步骤（304）之间进行，其中所述装置（100）在静止的步骤（306）中未被施加并且未被馈电，并且与该频率对应的信息被保持。

10.一种具有程序代码的计算机程序产品，当所述程序在装置上运行时，用于执行或者控制根据权利要求6至9之一所述的方法步骤。

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