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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Speichern einer Frequenz, auf ein Verfahren zum Speichern einer Frequenz in der Vorrichtung weiterhin auf ein Verfahren zum Auslesen einer gespeicherten Frequenz aus der Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Speichern sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
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Ein Memristor ist ein passives elektrisches Bauteil, bei dem mittels eines Gleichstromsignals eine Veränderung seines elektrischen Widerstands herbeigeführt werden kann. Bei einem Wechselstromsignal oberhalb einer Grenzfrequenz bleibt der Widerstand dagegen konstant.
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Yuriy V. Pershin und Massimiliano Di Ventra stellen in ihrer Veröffentlichung „Practical Approach to Programmable Analog Circuits with Memristors", IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, Vol. 57, No. 8, August 2010 verschiedene Verwendungsmöglichkeiten von Memristoren in elektrischen Schaltungen vor. In den Schaltungen wird der Memristor jeweils über eine autarke Versorgungseinrichtung mit einem Gleichstromsignal versorgt, um den Widerstand des Memristors zu verändern.
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Offenbarung der Erfindung Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Speichern einer Frequenz, ein Verfahren zum Speichern einer Frequenz in der Vorrichtung weiterhin ein Verfahren zum Auslesen einer gespeicherten Frequenz aus der Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Speichern sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Memristor als schwingfrequenzbestimmendes Glied einer schwingfähigen Schaltung mittels eines von außen auf die Schaltung aufgeprägten Frequenzsignals eine Veränderung erfährt, die eine Schwingfrequenz der Schaltung an das aufgeprägte Frequenzsignal anpasst. Die so veränderte Schwingfrequenz der Schaltung verändert sich nach einem Unterbrechen des aufgeprägten Frequenzsignals und nach einer Unterbrechung einer Versorgungsspannung der Schaltung nicht. In dem Memristor kann damit eine Information über die Schwingfrequenz gespeichert werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Speichern einer Frequenz, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
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einen Komparator mit einem Eingang und einem Ausgang, sowie einem Versorgungsspannungseingang und einem Versorgungsspannungsausgang; und
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einem Memristor, der zwischen dem Eingang des Komparators und dem Ausgang des Komparators geschaltet ist.
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Unter einem Komparator kann eine elektronische Schaltung verstanden werden, die zwei Spannungen vergleicht. Wenn eine erste Spannung höher als eine zweite Spannung ist, liegt an einem Ausgang des Komparators ein erstes Signal an, im umgekehrten Fall liegt an dem Ausgang ein zweites Signal an. Unter einem Memristor kann ein Bauteil verstanden werden, was einen ohmschen Widerstand aufweist, welcher sich bei einer konstanten Bestromung verändert. Bei einem Betrieb mit hochfrequentem Wechselstrom. ohne Gleichstromanteil bleibt der Widerstand konstant.
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Der Komparator kann einen zweiten Eingang aufweisen, und ein Widerstand zwischen dem zweiten Eingang und dem Ausgang des Komparators geschaltet sein. Unter einem Widerstand kann ein Ohm ´scher Widerstand verstanden werden. Die Vorrichtung kann eine Kapazität aufweisen, die zwischen einem Potentialanschluss und einem der beiden Eingänge des Komparators geschaltet ist. Unter einer Kapazität kann ein Kondensator verstanden werden. Die Vorrichtung kann einen weiteren Widerstand aufweisen, der zwischen einem weiteren Potentialanschluss und dem Eingang des Komparators geschaltet ist. Durch weitere Bauteile kann die Vorrichtung zum eigenständig schwingungsfähigen Schwingkreis ausgebaut werden. Der Komparator kann zwischen zwei Spannungszuständen hin- und herschalten. Die Kapazität in Kombination mit den Widerständen wirkt als Verzögerung, um eine endliche Schwingungsfrequenz einzustellen. Durch Veränderungen der Verzögerungselemente kann eine unterschiedliche Zeitkonstante zwischen dem Abwechseln beider Zustände erreicht werden. Eine Pulsquelle kann zwischen dem weiteren Potentialanschluss und den weiteren Widerstand und/oder dem Eingang des Komparators geschaltet sein. Eine Pulsquelle kann dazu ausgebildet sein, ein Schwingungssignal mit vorbestimmter Frequenz bereitzustellen. Das Schwingungssignal kann den schwingungsfähigen Schwingkreis beeinflussen. Eine Schwingung des schwingungsfähigen Schwingkreises und das Schwingungssignal können sich zu einem Mischsignal überlagern. Das Mischsignal kann einen Gleichstromanteil aufweisen, der eine Information über die im Memristor gespeicherte Frequenz verändern kann. Die Information kann solange verändert werden, bis die Schwingung der Vorrichtung mit der Frequenz des Schwingungssignals schwingt.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Speichern einer Frequenz in einer Vorrichtung zum Speichern gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
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Beaufschlagen der Vorrichtung mit einem Einschreibesignal mit einer zu speichernden Frequenz, um eine, der Frequenz entsprechende Information in dem Memristor zu speichern.
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Unter einem Einschreibesignal kann ein frequenzstabiles Signal verstanden werden, das von einer Signalquelle bereitgestellt wird. In der schwingfähigen Schaltung der Vorrichtung kann eine Ausgangsschwingung vor dem Beaufschlagen durch das Einschreibesignal zu einer Misch-Schwingung mit einer Signalüberlagerung von Ausgangsschwingung und Einschreibesignal verändert werden. Die Misch-Schwingung kann einen Gleichstromanteil aufweisen. Der Gleichstromanteil kann die in Information über den in dem Memristor gespeicherte Frequenz verändern, bis die Schaltung im Takt des Einschreibesignals schwingt.
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Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Auslesen einer gespeicherten Frequenz aus einer Vorrichtung zum Speichern gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
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Bestromen des Komparators mit einer Versorgungsspannung mittels des Versorgungsspannungseingangs und des Versorgungsspannungsausgangs, um ein Auslesesignal abzugreifen, um eine der Frequenz entsprechende Information auszulesen.
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Unter einem Auslesesignal kann eine von dem Memristor definierte Eigenschwingung der Vorrichtung verstanden werden. Die Eigenschwingung kann durch die Versorgungsspannung des Komparators angeregt werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Speichern gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:
den Schritt eines Verfahrens zum Speichern einer Frequenz gemäß dem hier vorgestellten Ansatz; und
den Schritt eines Verfahrens zum Auslesen einer Frequenz gemäß dem hier vorgestellten Ansatz.
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Das Verfahren kann einen Schritt des Ruhens aufweisen, der zwischen den Schritten des Speicherns und den Schritten des Auslesens erfolgt, wobei die Vorrichtung im Schritt des Ruhens unbeaufschlagt und unbestromt ist und die der Frequenz entsprechende Information erhalten bleibt. Anschließend auf den Schritt des Ruhens kann die Vorrichtung erneut mit der gespeicherten Frequenz betrieben werden. Dadurch kann die Vorrichtung die Information über die Frequenz ohne Energiebedarf speichern.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Speichern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Speichern gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung zum Speichern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 ein Diagramm eines Schwingungssignals einer Vorrichtung zum Speichern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Initialzustand;
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5 ein Diagramm eines Schwingungssignals einer Vorrichtung zum Speichern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Anfangsstadium des Speicherns;
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6 ein Diagramm eines Schwingungssignals einer Vorrichtung zum Speichern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Endstadium des Speicherns; und
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7 ein Diagramm eines Schwingungssignals einer Vorrichtung zum Speichern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Endzustand bei eingespeicherter Information über die Freuquenz in dem Memristor.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt einen Schaltplan einer Vorrichtung zum Speichern 100 einer Frequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 weist einen Komparator 102, einen Memristor 104, einen Widerstand 106, eine Kapazität 108 und einen weiteren Widerstand 110 auf. Der Komparator 102 weist einen invertierenden Eingang –, einen nicht-invertierenden Eingang + sowie einen Ausgang auf. Weiterhin weist der Komparator einen negativen Anschluss und einen positiven Anschluss für eine Versorgungsspannung auf. Der Memristor 104 weist zwei Anschlüsse auf. Der erste Anschluss des Memristors 104 ist mit dem nicht-invertierenden Eingang + des Komparators 102 verbunden. Der zweite Anschluss des Memristors 104 ist mit dem Ausgang des Komparators 102 verbunden. Der Widerstand 106 weist ebenfalls zwei Anschlüsse auf. Der erste Anschluss des Widerstands 106 ist mit dem invertierenden Eingang – des Komparators 102 verbunden. Der zweite Anschluss des Widerstands 106 ist mit dem Ausgang des Komparators 102 und dem zweiten Anschluss des Memristors 104 verbunden. Die Kapazität 108, ein Kondensator weist zwei Anschlüsse auf. Der erste Anschluss der Kapazität 108 ist mit einem ersten Potentialanschluss 112 der Vorrichtung 100 verbunden. Der zweite Anschluss der Kapazität 108 ist mit dem invertierenden Eingang – des Komparators 102 und dem ersten Anschluss des Widerstands 106 verbunden. Der weitere Widerstand 110 weist zwei Anschlüsse auf. Der erste Anschluss des weiteren Widerstands 110 ist mit einem zweiten Potentialanschluss 112 der Vorrichtung 100 verbunden. Der zweite Anschluss des weiteren Widerstands 110 ist mit dem nicht-invertierenden Eingang + des Komparators 102 und dem ersten Anschluss des Memristors 104 verbunden. Im Betrieb sind der negative Anschluss und der positive Anschluss des Komparators 102 mit einer Spannungsquelle für die Versorgungsspannung verbunden, die nicht dargestellt ist.
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2 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Speichern 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 entspricht der Vorrichtung, wie sie in 1 dargestellt ist. Zusätzlich ist in 2 eine Pulsquelle 200 zwischen dem zweiten Potentialanschluss 112 der Vorrichtung 100 und dem weiteren Widerstand 110 angeordnet.
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Mit anderen Worten zeigen die 1 und 2 einen Frequenzspeicher 100 mit Memristor 104. Memristoren sind eine neue Art von elektrischen Widerständen. Der Widerstand eines Memristors ist nicht konstant, sondern kann variabel einprogrammiert werden. Ein Memristor ist ein Widerstand, dessen Wert von seiner Vergangenheit abhängt. Fließt ein Wechselstrom mit einer Frequenz höher als einer bestimmten Grenzfrequenz, ändert sich sein Wert nicht. Ist die Frequenz des Stromes kleiner als die Grenzfrequenz, ändert sich der Widerstand. Somit kann der Memristor 104 beispielsweise als Speicher verwendet werden. Die Abmessungen von Memristoren können im Bereich von wenigen Nanometern liegen. Somit sind höhere Speicherdichten als mit herkömmlichen Speichertechnologien möglich. Auch andere Applikationen für dieses Bauteil sind schaltungstechnisch möglich. In dem hier vorgestellten Ansatz ist eine mögliche Schaltung vorgestellt, wie ein Memristor 104 zur Speicherung einer „Frequenz“ verwendet werden kann.
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Programmierbare Frequenzgeneratoren (PLL Phase-locked loop) sind programmierbare Frequenzteiler bzw. Frequenzmultiplizierer, die eine Referenzfrequenz mit einem beliebigen Faktor multiplizieren/dividieren können. In Kombination mit Taktgeneratoren können beliebige Frequenzen erzeugt werden bzw. nachlaufende Frequenzgeneratoren aufgebaut werden. Im Gegensatz zu dem hier vorgestellten Frequenzspeicher 100 ist ein PLL-Generator nicht selbstlaufend, d. h., er braucht einen weiteren Taktgenerator als Quelle. Beispielsweise bei einem Quarzoszillator erfolgt die Generierung eines Taktsignals durch einen Schwingquarz. Die Frequenz wird hierbei durch die mechanische Bauart bzw. ein mechanisches Trimmen eingestellt. Eine bistabile Kippstufe ist ein Komparator, der periodisch zwischen den zwei Ausgangsstufen hin und herwechselt. Dies stellt praktisch die Basisstufe für alle Taktgeneratoren dar.
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Der Frequenzspeicher 100 ist eine Schaltung, mit der eine „Frequenz“ abgespeichert und wieder ausgelesen werden kann. Zum Programmieren wird ein Signal mit einer Frequenz in einem bestimmten Frequenzbereich auf einen Eingang 114 der Schaltung 100 gelegt. Am Ausgang 112 liegt dann ein Signal mit der Eingangsfrequenz an. Wird ein Signal unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz angelegt, (z.B. der Eingang wird auf Masse gelegt), bleibt die Frequenz des Ausgangssignals erhalten. Wird die Versorgungsspannung abgeschaltet, bleibt der Wert im Speicher erhalten. Nach einem Anlegen der Versorgungsspannung wird wieder ein Signal mit der einprogrammierten Frequenz ausgegeben.
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Mit dem Frequenzspeicher 100 mit Memristor 104 kann eine Frequenz direkt abgespeichert und auch direkt wieder ausgelesen werden. Sie kann universell in weiteren Schaltungen eingebaut werden, die ein Taktsignal benötigen. Eine Verwendung in Berechnungseinheiten ist ebenso möglich. Der Frequenzspeicher 100 stellt ebenso eine Möglichkeit dar, einen Memristor 104 als Speicherstelle zu verwenden, um Daten effizient abzuspeichern. Zum Auslesen der Schaltung 100 und zum Programmieren können digitale Bauelemente verwendet werden, darum kann diese Schaltung die Verwendung eines Prozesses für Analogschaltungen überflüssig machen. Die Schaltung 100 kann auf einem integrierten Schaltkreis angeordnet sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Verbindung eines programmierbaren Widerstandes 104 mit einem Komparator 102. Der Widerstand 104 ist programmierbar, indem ein Strom mit einer Frequenz unterhalb einer Grenzfrequenz den Widerstand 104 programmiert, und ein Wechselstrom oberhalb der Grenzfrequenz den Widerstand 104 unverändert lässt. Der Widerstand 104 lädt und entlädt einen Kondensator 108. Der Komparator 102 vergleicht den Ladungswert des Kondensators 108 mit einem anderen Wert und wechselt jeweils zwischen Ladebetrieb und Entladebetrieb um, um einen oszillierenden Betrieb zu erreichen. Im Gleichgewicht fließt kein Gleichstrom durch den Widerstand 104. Durch ein Ungleichgewicht am Eingang 114 wird ein Gleichstrom im Widerstand 104 erzeugt, dessen elektrischer Widerstandswert sich dadurch ändert und somit die Gesamtfrequenz des Systems 100 ändert. Viele Ansteuerschaltungen für Memristoren können nach diesem Prinzip aufgebaut werden.
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1 und 2 zeigen ein Beispiel für einen Aufbau einer Schaltung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Grundaufbau entspricht einem bistabilen Multivibrator. Der Memristor 104 ist in der Schaltung 100 so eingebaut, dass im normalen Oszillatorbetrieb kein Gleichstromanteil durch das Bauteil 104 fließt. Schwingt die Schaltung 104 mit einer höheren Frequenz als der Grenzfrequenz des Memristors 104, bleibt der einprogrammierte Wert erhalten und der Widerstand des Memristors 104 ändert sich nicht. Wenn Wechselstrom mit einer Frequenz größer als der spezifischen Grenzfrequenz des Memristors 104 fließt, verhält sich dieser wie ein ganz normaler Widerstand. Ein negativer Strom unterhalb der Grenzfrequenz verringert allerdings den Widerstand des Memristors 104. Ist der Strom im Mittel positiv, erhöht sich der dessen Widerstand.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben 300 einer Vorrichtung zum Speichern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 300 weist den Schritt 302 eines Verfahrens zum Speichern, den Schritt 306 eines Verfahrens zum Auslesen und einen Schritt des Ruhens 306 auf.
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Das Verfahren zum Speichern einer Frequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist einen Schritt 302 des Beaufschlagens auf. Im Schritt des Beaufschlagens wird ein Memristor einer Vorrichtung zum Speichern, wie sie in 2 dargestellt ist, mit einem Einschreibesignal beaufschlagt, das eine zu speichernde Frequenz aufweist, um eine, der Frequenz entsprechende Information in dem Memristor zu speichern. Das Einschreibesignal kann beispielsweise von einer Pulsquelle wie in 2 bereitgestellt werden. Das Einschreibesignal überlagert eine Grundschwingung der Vorrichtung. Beim Überlagern resultiert ein Gleichstromanteil, der Ladungsträger im Memristor wandern lässt, bis sich ein Widerstand des Memristors soweit verändert hat, dass der Gleichstromanteil gegen null geht und eine Frequenz der Grundschwingung der zu speichernden Frequenz entspricht.
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Das Verfahren zum Auslesen einer gespeicherten Frequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist einen Schritt 304 des Bestromens auf. Im Schritt des Bestromens wird ein Komparator einer Vorrichtung zum Speichern, wie sie in 1 oder 2 dargestellt ist, mit einer Versorgungsspannung bestromt. Die Versorgungsspannung wird zwischen dem Versorgungsspannungseingang und dem Versorgungsspannungsausgang des Komparators angelegt. Durch die Versorgungsspannung wird die Vorrichtung zum Schwingen angeregt und ein Auslesesignal kann abgegriffen werden, um eine der gespeicherten Frequenz entsprechende Information auszulesen.
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Im Schritt des Ruhens 306 wird die Vorrichtung nicht mit Spannung und/oder Signalen beaufschlagt. Während des Ruhens kann die Vorrichtung eine Information über die zu speichernde Frequenz in dem eingeschriebenen Widerstand des Memristors speichern. Anschließend an den Schritt des Ruhens 306 kann die Information mit dem Schritt 306 des Verfahrens zum Auslesen wieder ausgelesen werden.
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Im Grundbetrieb ohne angelegtes Eingangssignal schwingt der Multivibrator 100 wie ein normaler Taktgenerator. Durch den Memristor 104 fließt ein Wechselstrom mit einer hohen Frequenz, darum bleibt dessen Widerstand konstant. Ein Messschrieb bzw. Signalwerte-Diagramm des Grundbetriebs ist in 4 gezeigt. Die Pulsquelle 200 ist nicht mit dem Eingang 114 verbunden. Gezeigt ist der Strom durch den Memristor 104. Der Oszillator 100 schwingt mit einer konstanten Frequenz.
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Wird nun eine Frequenz auf den Eingang 114 der Schaltung 100 gelegt, verändert sich das Tastverhältnis des Oszillators. Die Pulsquelle 200 ist mit dem Eingang 114 verbunden. Der Schwingkreis 100 wird verstimmt, und das Stromsignal, welches über den Memristor 104 fließt, erhält einen Gleichspannungsanteil, wie in 5 gezeigt. In dem Strom ist nun zu erkennen, dass die Fläche oberhalb der Nulllinie größer ist als unterhalb der Nulllinie. Somit fließt im Mittel ein Gleichstrom durch den Memristor 104, der dessen Widerstand erhöht. Dieser Gleichspannungsanteil verändert nun den Widerstand des Memristors 104 so lange, bis der Gleichspannungsanteil wieder 0 entspricht, wie in 6 gezeigt. Die Frequenz ist nun einprogrammiert. Hat sich nun der Widerstand des Memristors 104 von dem Wert 0,5 k auf den Wert 1 k erhöht, fließt der in 6 gezeigte Strom. Es ist kein Gleichstromoffset mehr vorhanden, somit bleibt der Widerstand des Memristors 104 konstant. Wird die Pulsquelle 200 von der Schaltung 100 getrennt, schwingt der Oszillator 100 weiter mit der eingestellten Frequenz, wie in 7 dargestellt.
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Die hier dargestellte Schaltung 100 ist eine Grundschaltung für Memristoren. Andere Ansteuerungen für Memristoren könnten von dieser Schaltung 100 abgewandelt werden. Da ein Memristor mit Wechselspannung ausgelesen werden kann, sind für Anwendungen mit Memristoren entsprechende Ausleseschaltungen erforderlich. Der hier vorgestellte Frequenzspeicher 100 stellt eine Möglichkeit dar, wie ein Auslesen erfolgen kann. Beispielsweise können Memristoren in den Bereichen Speicher, neuronale Netzwerke, Filter, Klassifizierungs- und Bilderkennungssysteme eingesetzt werden. Komparatoren lassen sich aus relativ einfachen Transistoren entwickeln. Mit Memristoren in Schaltungen gemäß dem hier vorgestellten Ansatz können hochkompakten Speicher mit reinen Digitaltransistoren aufgebaut werden.
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Die 4, 5, 6 und 7 zeigen Signalverlaufsdiagramme von verschiedenen Schwingungssignalen, die an dem Memristor der Vorrichtung zum Speichern, wie sie in 1 und 2 dargestellt ist, abgegriffen worden sind. Auf der Abszisse der Signalverlaufsdiagramme ist eine ansteigende Zeit in µs angetragen. Auf der Ordinate ist eine Stromstärke in mA angetragen, wobei der Wert 0 µA durch eine gestrichelte Linie repräsentiert ist.
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In 4 ist ein Zeitdiagramm eines Ausgangszustands im Auslesebetrieb der Vorrichtung zum Speichern dargestellt. Die Abszisse erstreckt sich über einen Zeitbereich von 10 µs, an der Ordinate sind Werte im Bereich von ±3,6 mA angetragen. Die Abszisse schneidet die Ordinate bei –3,6 mA. Im Ausgangszustand schwingt die Vorrichtung mit einem Rechtecksignal 400 mit einem Überschwinger 402. Das Rechtecksignal 400 weist eine Amplitude von ±2,4 mA bei einer Schwingungsdauer von ca. 3 µs auf. Das Rechtecksignal 400 ist symmetrisch zu 0 mA. Das Rechtecksignal weist keinen Gleichstromanteil auf.
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In 5 ist ein Zeitdiagramm dargestellt, das zu Beginn eines Beaufschlagens zur Programmierung aufgezeichnet worden ist, während von der Pulsquelle ein Einschreibesignal über das Rechtecksignal aus 4 überlagert worden ist. Die Abszisse erstreckt sich über 20 µs, an der Ordinate sind ±4,2 mA angetragen. Die Abszisse schneidet die Ordinate bei –4,2 mA. Die Vorrichtung ist sichtbar verstimmt. Das überlagerte Signal 500 weist eine unregelmäßige Amplitude zwischen ca. ±3 mA und eine unregelmäßige Schwingungsdauer von gemittelt etwa 2,8 µs auf. Das Signal 500 weist einen Gleichstromanteil auf, der Ladungsträger innerhalb des Memristorsubstrats wandern lässt, um die Vorrichtung so anzupassen, dass sie wieder harmonisch schwingen kann. Dabei verändert sich die Grundschwingung der Vorrichtung, bis die Grundschwingung dem aufgeprägten Einschreibesignal entspricht.
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In 6 ist ein Zeitdiagramm dargestellt, das am Ende des Beaufschlagens bei abgeschlossenem Programmiervorgang aufgezeichnet worden ist. Die Abszisse erstreckt sich über 100 µs, an der Ordinate sind ±2,4 mA angetragen. Die Abszisse schneidet die Ordinate bei –2,4 mA. Die Vorrichtung schwingt wieder harmonisch. Die Grundschwingung der Vorrichtung ist synchron zu dem Einschreibesignal der Pulsquelle. Das resultierende Signal 600 weist keinen Gleichstromanteil mehr auf. Der Widerstand des Memristors ist so verändert worden, dass die Frequenz der Grundschwingung mit der Frequenz des Einschreibesignals übereinstimmt. Das resultierende Signal 600 weist einen rechteckigen Verlauf mit zwei Überschwingern 602 auf. Das resultierende Signal 600 weist eine Amplitude von ca. ±1,3 mA bei einer Schwingungsdauer von ca. 2 µs auf.
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In 7 ist ein Zeitdiagramm dargestellt, das nach dem Beaufschlagen zum Auslesen des neuen Zustands aufgezeichnet worden ist. Die Vorrichtung, wie sie in 1 gezeigt ist, schwingt wieder frei. Die Abszisse erstreckt sich über 100 µs, an der Ordinate sind ±2,4 mA angetragen. Die Abszisse schneidet die Ordinate bei –2,4 mA. Eine Form der Schwingung 700 entspricht der Form der Schwingung in 4. Die Schwingung 700 weist einen rechteckigen Verlauf mit einem Überschwinger 702 auf. Die Schwingung 700 weist eine Amplitude von ±1,8 mA bei einer Schwingungsdauer von ca. 2 µs auf.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Yuriy V. Pershin und Massimiliano Di Ventra stellen in ihrer Veröffentlichung „Practical Approach to Programmable Analog Circuits with Memristors“, IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, Vol. 57, No. 8, August 2010 [0003]
