RU2795273C1 - Device for programming resistive states of memristor elements - Google Patents
Device for programming resistive states of memristor elements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795273C1 RU2795273C1 RU2022133614A RU2022133614A RU2795273C1 RU 2795273 C1 RU2795273 C1 RU 2795273C1 RU 2022133614 A RU2022133614 A RU 2022133614A RU 2022133614 A RU2022133614 A RU 2022133614A RU 2795273 C1 RU2795273 C1 RU 2795273C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- operational amplifier
- memristor
- resistor
- channel
- input
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и микроэлектроники, касается устройства программирования резистивных состояний мемристорных элементов, которое может быть использовано в составе микросхем различного функционального назначения.The invention relates to the field of electrical engineering and microelectronics, and concerns a device for programming the resistive states of memristor elements, which can be used as part of microcircuits for various functional purposes.
Известно устройство для регулирования импульсов переключения мемристора, содержащее источник напряжения, детектор напряжения для обнаружения напряжения мемристора. В детекторе напряжение мемристора основано на начальном сопротивлении мемристора и напряжении, подаваемом источником напряжения. Компаратор в данном устройстве служит для сравнения напряжения мемристора с контрольной величиной напряжения мемристора, причем последняя используется для регулирования импульса переключения мемристора. Контур обратной связи служит для передачи значения напряжения на управляющий переключатель. Управляющий переключатель используется для автоматического отключения и отсоединения мемристора от источника напряжения, когда напряжение на мемристоре, по меньшей мере, равно контрольной величине напряжения (US 9837147 В2, кл. G11C13/00, G11C27/02, опубл. 05.12.2017 г.). Данное изобретение представляет собой схему для генерирования импульса напряжения, настраиваемого в зависимости от ряда характеристик мемристора, таких как начальное значение сопротивления тестируемого мемристорного устройства. Это устройство может использоваться для регулирования импульсов переключения мемристоров в схемах тестирования или как часть схемы записи.A device for regulating the switching pulses of the memristor is known, containing a voltage source, a voltage detector for detecting the voltage of the memristor. In a detector, the memristor voltage is based on the initial memristor resistance and the voltage supplied by the voltage source. The comparator in this device serves to compare the memristor voltage with the memristor voltage reference value, the latter being used to regulate the memristor switching pulse. The feedback loop is used to transfer the voltage value to the control switch. The control switch is used to automatically turn off and disconnect the memristor from the voltage source when the voltage across the memristor is at least equal to the control voltage value (US 9837147 B2, class G11C13/00, G11C27/02, published 12/05/2017). The present invention is a circuit for generating a voltage pulse adjusted depending on a number of characteristics of the memristor, such as the initial value of the resistance of the memristor device under test. This device can be used to regulate the switching pulses of memristors in test circuits or as part of a recording circuit.
Недостатком схемы является необходимость в вычислении сопротивления мемристора в процессе программирования.The disadvantage of the circuit is the need to calculate the resistance of the memristor during programming.
Известно устройство для переключения мемристора (RU 2744246 С1, кл. H01L45/00, G11C11/02, опубл. 04.03.2021 г.), содержащее два источника постоянного напряжения, с противоположной друг к другу полярностью, два реостата, два резистивных делителя и два дифференциальных усилителя напряжения, образующие по одному две группы элементов для переключения мемристора в высокоомное или низкоомное состояние. Устройство может быть применимо для автоматического переключения и стабильного перевода мемристора (не зависящего от напряжения питания и предыстории работы мемристора) в высокоомное или низкоомное состояние.A device for switching a memristor is known (RU 2744246 C1, class H01L45/00, G11C11/02, publ. differential voltage amplifier, forming two groups of elements one at a time for switching the memristor to a high-resistance or low-resistance state. The device can be used for automatic switching and stable transfer of the memristor (independent of the supply voltage and the history of the memristor) to a high-resistance or low-resistance state.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству программирования резистивных состояний мемристорных элементов является устройство для управления работой мемристора, защищенное патентом RU 2737794 C1, кл. H01L45/00, G11C11/02, опубл. 03.12.2020 г., принятое за ближайший аналог (прототип).The closest in technical essence to the proposed device for programming the resistive states of the memristor elements is a device for controlling the operation of the memristor, protected by patent RU 2737794 C1, cl. H01L45/00, G11C11/02, publ. December 03, 2020, taken as the closest analogue (prototype).
Устройство по прототипу содержит два источника постоянного напряжения с противоположной друг к другу полярностью, два ключа, два резистивных делителя и два компаратора, образующие по одному две группы элементов для переключения мемристора в высокоомное или низкоомное состояние.The device according to the prototype contains two DC voltage sources with polarity opposite to each other, two switches, two resistive dividers and two comparators, forming two groups of elements one at a time for switching the memristor to a high-resistance or low-resistance state.
Недостатком приведенных выше устройств является необходимость использования нескольких коммутаторов и использование в качестве выходной величины падения напряжения на мемристоре, которое в свою очередь, зависит от значения входного напряжения программирования и сопротивления мемристора. В процессе программирования требуется управление двумя источниками напряжения и вычисление сопротивления мемристора.The disadvantage of the above devices is the need to use several switches and use the voltage drop across the memristor as the output value, which in turn depends on the value of the programming input voltage and the resistance of the memristor. The programming process requires the control of two voltage sources and the calculation of the resistance of the memristor.
В задачу изобретения положено разработка устройства программирования резистивных состояний мемристорных элементов, не требующего вычисления сопротивления мемристора в процессе программирования. The objective of the invention is to develop a programming device for the resistive states of memristor elements that does not require the calculation of the memristor resistance in the programming process.
Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является повышение универсальности схемы устройства, упрощение его схемотехнической реализации.The technical result of using the proposed invention is to increase the versatility of the device circuit, to simplify its circuit implementation.
Технический результат изобретения достигается тем, что в устройство программирования резистивных состояний мемристорных элементов, содержащее блок управления напряжением, биполярный источник напряжения, операционный усилитель с программируемым мемристором в цепи обратной связи и компаратор на выходе схемы, добавляется идентичный первому канал операционного усилителя с эталонным переменным резистором в цепи обратной связи.The technical result of the invention is achieved by adding an operational amplifier channel identical to the first one with a reference variable resistor in feedback circuits.
Это достигается тем, что устройство программирования резистивных состояний мемристорных элементов содержит блок управления напряжением, биполярный источник напряжения, два резистора, два операционных усилителя, программируемый мемристор, эталонный переменный резистор, компаратор, в котором первый резистор выполнен на входе канала первого операционного усилителя, второй резистор выполнен на входе канала второго операционного усилителя, в цепи обратной связи первого операционного усилителя выполнен программируемый мемристор, в цепи обратной связи второго операционного усилителя выполнен эталонный переменный резистор, при этом блок управления напряжением соединен с биполярным источником напряжения, биполярный источник напряжения соединен с первым резистором на входе канала первого операционного усилителя и со вторым резистором на входе канала второго операционного усилителя, на выходе каналов операционных усилителей установлен компаратор.This is achieved by the fact that the device for programming the resistive states of the memristor elements contains a voltage control unit, a bipolar voltage source, two resistors, two operational amplifiers, a programmable memristor, a reference variable resistor, a comparator in which the first resistor is made at the input of the channel of the first operational amplifier, the second resistor is made at the input of the channel of the second operational amplifier, a programmable memristor is made in the feedback circuit of the first operational amplifier, a reference variable resistor is made in the feedback circuit of the second operational amplifier, while the voltage control unit is connected to a bipolar voltage source, the bipolar voltage source is connected to the first resistor at at the input of the channel of the first operational amplifier and with the second resistor at the input of the channel of the second operational amplifier, a comparator is installed at the output of the channels of the operational amplifiers.
На фиг. 1 представлена схема устройства программирования резистивных состояний мемристорных элементов.In FIG. 1 shows a diagram of a device for programming the resistive states of memristor elements.
На фиг. 2 показано семейство графиков, демонстрирующих работу устройства программирования в соответствии с примером 1.In FIG. 2 shows a family of graphs showing the operation of the programming device in accordance with example 1.
Конструктивно устройство программирования резистивных состояний мемристорных элементов на фиг. 1 содержит:Structurally, the device for programming the resistive states of the memristor elements in Fig. 1 contains:
1 - блок управления напряжением;1 - voltage control unit;
2 - биполярный источник напряжения;2 - bipolar voltage source;
3, 6 - резисторы;3, 6 - resistors;
4, 7 - операционные усилители;4, 7 - operational amplifiers;
5 - программируемый мемристор;5 - programmable memristor;
8 - эталонный переменный резистор;8 - reference variable resistor;
9 - компаратор.9 - comparator.
Блок управления напряжением 1 соединен с биполярным источником напряжения 2.
Биполярный источник напряжения 2 соединен с первым резистором 3 на входе канала первого операционного усилителя 4 и со вторым резистором 6 на входе канала второго операционного усилителя 7.The
Первый резистор 3 выполнен на входе канала первого операционного усилителя 4.The
Второй резистор 6 выполнен на входе канала второго операционного усилителя 7.The
В цепи обратной связи первого операционного усилителя 4 выполнен программируемый мемристор 5.A
В цепи обратной связи второго операционного усилителя 7 выполнен эталонный переменный резистор 8.The
На выходе каналов операционных усилителей 4 и 7 установлен компаратор 9.A
Предлагаемое устройство программирования резистивных состояний мемристорных элементов работает следующим образом.The proposed device for programming resistive states of memristor elements operates as follows.
Процесс программирования начинается со сброса программируемого мемристора 5 в высокоомное состояние. После чего осуществляется настройка на нужное сопротивление переменного резистора 8. Это сопротивление будет иметь программируемый мемристор 5 по окончании процесса программирования. Блок управления 1 контролирует и перестраивает напряжение биполярного источника напряжения 2 в зависимости от выходного напряжения компаратора 9. Затем на выходе биполярного источника напряжения 2 формируется последовательность импульсов или линейно нарастающее напряжение. При этом, в цепи первого операционного усилителя 4 через программируемый мемристор 5 будет протекать постепенно нарастающий ток, а проводимость мемристора будет увеличиваться. В момент, когда внутреннее сопротивление программируемого мемристора 5 окажется равным сопротивлению эталонного переменного резистора 8, напряжение на выходе первого канала операционного усилителя 4 превысит напряжение на выходе второго канала операционного усилителя 7. Тогда компаратор 9 переключится, а его выходное напряжение сменит полярность. Это будет являться критерием завершения процесса программирования.The programming process begins with resetting the
Применение в данной схеме двухполярного источника напряжения и операционного усилителя позволяет осуществить программирование мемристора любого типа, как понижающего сопротивление (переход SET), так и повышающего сопротивление (переход RESET), а также перевод мемристора в любое состояние без его перекоммутации или сброса в начальное состояние.The use of a bipolar voltage source and an operational amplifier in this circuit makes it possible to program a memristor of any type, both lowering resistance (SET transition) and increasing resistance (RESET transition), as well as transferring the memristor to any state without reswitching or resetting it to the initial state.
Предложенное схемотехническое решение позволяет уменьшить число электронных компонентов по сравнению с устройствами в изобретениях по патентам РФ № 2744246 и № 2737794. В предлагаемой схеме нет необходимости применения резистивных делителей, ключей или реостатов, а также нескольких компараторов. Все это упрощает схемотехническую реализацию и повышает универсальность устройства.The proposed circuit solution makes it possible to reduce the number of electronic components compared to devices in the inventions according to RF patents No. 2744246 and No. 2737794. In the proposed circuit, there is no need to use resistive dividers, switches or rheostats, as well as several comparators. All this simplifies the circuit implementation and increases the versatility of the device.
В разработанном устройстве нет необходимости использования измерительного оборудования для получения информации о предыстории работы мемристора и зависимости сопротивления мемристора от протекшего через него заряда, что повышает технологичность устройства по сравнению с изобретением по патенту US 9837147.In the developed device, there is no need to use measuring equipment to obtain information about the history of the memristor and the dependence of the memristor resistance on the charge flowing through it, which increases the manufacturability of the device compared to the invention according to US patent 9837147.
Ниже представлен пример конкретного осуществления предлагаемого изобретения.Below is an example of a specific implementation of the invention.
Пример 1.Example 1
При реализации устройства программирования использовали ЦАП повышенной разрядности, с возможностью формирования двухполярного напряжения на выходе LTC2641AIDD-14#PBF. Этот ЦАП требует внешнего источника опорного напряжения (ИОН) напряжением 2,048 В, который объединен с ИОН приемного канала. Для компактной реализации устройства использовали мультиплексор, а не набор SPST-ключей. Выбор именно мультиплексора позволил сэкономить на количестве управляющих сигналов, т.к. в составе мультиплексоров присутствует дешифратор. В результате был выбран мультиплексор ADG1606. Этот вариант удобнее тем, что предназначен для двухполярного питания и не требует дополнительного преобразователя уровня управляющих сигналов. Выходные сигналы четырех мультиплексоров объединяются с помощью ADG1612. В качестве потенциометра выбрали микросхему AD5271BRMZ-100, представляющую собой цифровой потенциометр с максимальным сопротивлением 100 кОм и управлением посредством последовательного интерфейса. Микросхема специфицирована для напряжения питания ±2,5 В. Ее и использовали в конструкции.When implementing the programming device, a DAC of increased capacity was used, with the possibility of forming a bipolar voltage at the output of the LTC2641AIDD-14#PBF. This DAC requires an external 2.048V reference voltage (VRE) that is coupled to the receive channel reference. For a compact implementation of the device, a multiplexer was used, and not a set of SPST keys. The choice of the multiplexer made it possible to save on the number of control signals, since The multiplexers include a decoder. As a result, the ADG1606 multiplexer was chosen. This option is more convenient because it is designed for bipolar power supply and does not require an additional level converter for control signals. The output signals of the four multiplexers are combined using the ADG1612. As a potentiometer, we chose the AD5271BRMZ-100 microcircuit, which is a digital potentiometer with a maximum resistance of 100 kOhm and control via a serial interface. The microcircuit is specified for a supply voltage of ±2.5 V. It was used in the design.
На фиг. 2 показано семейство графиков, демонстрирующих работу устройства программирования при вариации сопротивления аттенюатора в диапазоне от 10 до 90 кОм с шагом 20 кОм. Выходной сигнал компаратора - «Vout», показан синим. В начальном состоянии оно равно логическому нулю. По мере уменьшения сопротивления мемристора, в момент равенства его сопротивления сопротивлению аттенюатора, компаратор меняет логическое состояние, сигнализируя о завершении процедуры и необходимости снятия тока программирования. Моменты срабатывания компаратора оказываются точно в момент равенства сопротивлений мемристора и аттенюатора во всем диапазоне вариабельных значений.In FIG. 2 shows a family of graphs showing the operation of the programming device when the attenuator resistance varies in the range from 10 to 90 kΩ in 20 kΩ steps. The output of the comparator is "Vout", shown in blue. In the initial state, it is equal to logical zero. As the resistance of the memristor decreases, at the moment when its resistance is equal to the resistance of the attenuator, the comparator changes its logical state, signaling the completion of the procedure and the need to remove the programming current. The moments of operation of the comparator turn out to be exactly at the moment of equality of the resistances of the memristor and the attenuator in the entire range of variable values.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2795273C1 true RU2795273C1 (en) | 2023-05-02 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9837147B2 (en) * | 2014-04-30 | 2017-12-05 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Regulating memristor switching pulses |
| RU2643650C1 (en) * | 2017-04-05 | 2018-02-02 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный университет" | Logical matrix based on memristor switchboard |
| RU2737794C1 (en) * | 2019-12-10 | 2020-12-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Method to control operation of memristor and device for implementation thereof |
| RU2744246C1 (en) * | 2019-12-10 | 2021-03-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Device for switching memristor |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9837147B2 (en) * | 2014-04-30 | 2017-12-05 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Regulating memristor switching pulses |
| RU2643650C1 (en) * | 2017-04-05 | 2018-02-02 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный университет" | Logical matrix based on memristor switchboard |
| RU2737794C1 (en) * | 2019-12-10 | 2020-12-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Method to control operation of memristor and device for implementation thereof |
| RU2744246C1 (en) * | 2019-12-10 | 2021-03-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Device for switching memristor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4301407A (en) | Hand held testing device for indicating an electric test voltage | |
| JP6882513B2 (en) | A method of generating a proportional reference current that allows control of the average power of an optical transmitter and the extinction ratio of laser modulation. | |
| SE437106B (en) | ELECTRIC COOKER CONTROL DEVICE | |
| EP0224185A2 (en) | Laser diode driving circuit | |
| KR19990067608A (en) | Variable voltage component inspection device | |
| RU2795273C1 (en) | Device for programming resistive states of memristor elements | |
| US10488876B1 (en) | Wide range high accuracy current sensing | |
| TW201907176A (en) | Signal distribution device | |
| US6028438A (en) | Current sense circuit | |
| CN106556747B (en) | Capacitance measurement | |
| US11423983B2 (en) | Memory device and data weight state determining method for in-memory computation | |
| TWI382651B (en) | Wide dynamic range switching variable gain amplifier and control | |
| US20200013570A1 (en) | Switching apparatus | |
| US4422044A (en) | High precision triangular waveform generator | |
| EP1372361A1 (en) | Method and apparatus for generating a periodic waveform | |
| US4048576A (en) | Transistor amplifier stage with selectively adjustable gain control circuit | |
| US5563541A (en) | Load current detection circuit | |
| NO814035L (en) | VARIABLE IMPEDANCE CIRCUIT | |
| TWI393895B (en) | Detecting device for measuring currents flowing through multiple loads under a supply voltage | |
| SE448264B (en) | DEVICE FOR ADJUSTING THE IMPEDANCE VALUE OF AN IMPEDANCE NETWORK IN AN INTEGRATED SEMICONDUCTOR CIRCUIT | |
| JP2574309Y2 (en) | Electronic load device | |
| SE516083C2 (en) | Device for controlling voltage-charge controlled power semiconductor elements | |
| SU932588A1 (en) | Method of control of diode optron phase detector | |
| Bukvarev et al. | Programming Resistive States of Memristive Devices via Current Control | |
| KR20040095193A (en) | Switching circuit for producing an adjustable output characteristic |