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正实现室温下磁通驱动型忆耦器忆阻器、忆容器和忆感器是近年来新发现的3种具有记忆功能的电路元件,它们在构建类人脑突触存储、逻辑运算和神经形态计算等新型电子器件方面表现出巨大的潜力。中国科学院物理研究所孙阳、尚大大山山、柴一晟等通过理论分析,建立了基于非线性电荷-磁通关系的第4种记忆电路元件——忆耦器的理论模     

基于忆阻器蕴含门的逻辑电路综合进化算法

为了减小电路延迟,提出基于忆阻器蕴含门的逻辑电路综合多阶段进化算法(IMP-ELS),求得在工作忆阻器数目取不同值的条件下的脉冲数优化电路.将问题建模为等式约束下的最小化问题,当约束违反降低到一定程度时,通过判别当前最优解与待求函数真值表符合的条件,计算与、或、异或三种余项函数之一,将其作为新的待求函数,启动新一轮进化,从而保证得到电路的可行解;设计蕴含门逻辑电路编码及初始化方法,减少随机初始化种群中的非法解和冗余门.对2~11bit标准逻辑函数测试结果表明:当工作忆阻器数目由2增大到3时,该算法对82%的测试函数平均脉冲数降低了28%.     

输入输出端并联电阻时负反馈电路分析

本文基于负反馈放大电路的方框图分析法，对并联负反馈放大电路输入端并联电阻时，输入电阻和电压负反馈放大电路输出端并联电阻时输出电‘阻进行了分析。分析表明，这些电路输入输出端的并联电阻既可置于基本放大电路中，也可置于基本放大电路外来分析计算，两种分析方法得到的结果完全相同。     

一种基于有源忆阻器模型的混沌电路

提出一种内部状态变量导数中含有平方项的有源忆阻器模型;并基于该模型构造了一个仅含电容、电感和忆阻器三个元件的混沌电路系统。该系统仅包含有一个平衡点;且吸引子关于原点中心对称。通过系统的李雅普诺夫指数谱和分岔图发现,在不同的电阻参数下该系统会以混沌危机和倒分岔两种方式退出混沌。最后,利用运算放大器等对该忆阻器进行电路模拟,给出了混沌系统的电路实现。     

脉冲神经网络的忆阻器突触联想学习电路分析

忆阻器是具有动态特性的电阻,阻值可依赖于激励电压来变化,具有类似于生物神经突触连接强度的特性,可用来存储突触权值。在此基础上为实现忆阻器突触电路的学习功能,建立了“整合激发”型神经元SPICE仿真电路,修改了原始神经元电路结构,并对电路的脉冲信号产生过程进行了SPICE仿真。结合MOS管及忆阻器的特性重新设计了神经元突触电路结构,使突触电路更符合真实生物神经突触特征。在应用此设计的基础上,实现了2个神经元所构成神经网络之间类似于Hebbian学习的平均激发率学习规则。并且在基于多个神经元的神经网络的基础上     

忆阻器类脑神经突触的研究进展

大脑之所以能够控制人和动物的复杂生命活动，使生物体在多变的自然环境得以生存，得益于大规模神经网络中高效、快速、精准的信息传递。神经突触作为神经元之间信息传递的重要机构，保证了神经网络的高效运转，因此构建具有神经突触功能的电子突触是研究仿生系统和类脑神经网络的必经之路。研究人员尝试各种电子元件对神经突触进行模拟，其中忆阻器由于其独特的器件结构和具有“记忆特性”的电学性能，成为构建类脑神经突触的最佳选择。文章全面概述近年来忆阻器模拟神经突触的研究进展，包括忆阻器模拟神经突触的可塑性、再可塑性、非联想学习、联想学习等功能，总结了忆阻器神经突触在人工神经网络中的应用、存在的问题和挑战，并对忆阻器神经突触的研究进行展望。     

Matlab/Simulink环境下忆阻模型的仿真比较

对比惠普实验室提出的忆阻物理模型,采用压控型双曲函数忆阻模型在Simulink环境下实现双端建模,并通过仿真验证了模型的正确性。同时讨论了模型中控制参数对电流电压迟滞曲线特性的影响,通过改变控制参数,此忆阻模型可以适用于在高频环境下与其它器件结合组成忆阻应用电路中,开阔了忆阻的应用范围,为忆阻实现具体的应用提供了模型基础。     

忆阻蔡氏对偶混沌电路分析

提出了用分段单调荷控忆阻器代替对偶蔡氏混沌电路中的非线性电阻,构造出基于忆阻器的对偶蔡氏混沌电路。对该忆阻蔡氏对偶混沌电路的理论推导、稳定性、Lyapunov 指数和数值仿真等动力学特性进行了分析。研究结果表明：该系统为双涡卷混沌吸引子,该忆阻蔡氏对偶混沌电路的动力学特征对初值敏感异于普通混沌电路。     

基于忆阻器的鉴相电路设计与分析

分析忆阻器的基本理论,推导忆阻器阻值与电量、时间的函数关系,使用Simulink建立忆阻器模型,并验证该模型在正弦信号激励下,电流和电压具有滞回特性.设计基于忆阻器的鉴相电路,将相位差测量转化成对脉冲宽度的测量,对方法进行理论分析,并通过仿真实验验证了电路的功能.通过仿真、计算,得到忆阻器在边界非线性效应的影响下,非线性误差为9.82%.     

基于忆阻器的多路复用器设计与实现

结合忆阻器蕴含逻辑和非蕴含逻辑的运算特点,设计2-1和4-1多路复用器电路并提出其实现方法.利用蕴含逻辑和非蕴含逻辑自带"或"和"与"运算的特性,对多路复用器的逻辑表达式进行等价变换,运用2种逻辑的迭代运算实现2-1和4-1多路复用器.同时,通过调整逻辑执行的顺序提高忆阻器单元的复用率和精简操作流程.HSPICE仿真实验验证了该方法是可行的,且在减少忆阻器开销的同时能降低时延.     

基于氧化铜纳米线的易失性数字识别忆阻器

为了实现易失性忆阻器在神经形态计算中的应用,制备一种基于银-氧化铜纳米线-铜结构的易失性数字识别忆阻器;采用化学溶液法和磁控溅射技术,分别制备忆阻器的氧化铜纳米线阻变功能层和银顶电极;对该忆阻器的结构、物相及电学性能进行表征、测试。结果表明：该忆阻器具有易失性和突触可塑性,低阻态会在1 000 s内退化到高阻态,阻变行为由金属银原子形成的导电丝的主导作用所致;该忆阻器对手写体数字的识别准确率高达92%,可应用于神经形态计算。     

基于Simulink的忆阻器模型

为了使忆阻器具有与其他器件相结合的能力,本文在惠普实验室提出的忆阻器物理模型电路关系的基础上,在Simulink中用二种方法对忆阻器进行了双端口建模,方便准确的实现了对于忆阻器的仿真。与编写M文件、构建图形用户界面和搭建输入输出模型的建模方法相比,基于Simulink的双端口模型不仅能够方便准确的观察忆阻器的输入输出特性,而且具有更广阔的应用范围,对于忆阻器的研究有一定的指导作用。     

类脑计算的基础元件：从忆阻元到分忆抗元

讨论一种新颖的类脑计算的基础元件:分忆抗元(分数阶忆阻元).忆阻元的概念从经典的整数阶推广到分数阶忆阻元,即分忆抗元.分忆抗元是分数阶忆阻元的一个合成词.分忆抗值是分忆抗元的分数阶阻抗.因此,可以很自然地想到一系列具有挑战性的理论难题:分忆抗元和传统的分抗元以及著名的忆阻元的关系是什么;关于介于忆阻元和电容元或电导元之间的内插特性是什么;以及关于分忆抗元在蔡氏电路周期表中的位置在哪里;任意阶理想的容性分忆抗元和感性分忆抗元的分忆抗值的一般表达式是什么;分忆抗元的度量单位和物理量纲是什么;鉴别分忆抗元的指纹特征是什么;如何通过普通的忆阻和电容与电感以模拟电路形式有效实现任意分数阶忆阻元.基于大量的前期探索性研究成果,对上述一系列理论难题进行了初步探讨.分忆抗元解决了分抗元很难实现记忆端口电荷或磁通量的功能,而且分忆抗元可作为一种基本电路元件应用到混沌系统、神经元电路、神经网络电路等的设计.     

倍压整流电路的广义忆阻特性

研究旨在证明二倍压整流电路具有广义忆阻特性,为挖掘倍压整流电路的新功能及新应用提供理论依据.首先,根据电路理论求得二倍压整流电路在电压源激励下输入端口伏安关系式以及电路中电容电压的状态方程;其次,由理论分析所得关系式,选取电路元件参数,施加正弦激励电压,由Matlab软件对端口伏安关系进行数值仿真分析;最后,通过Multisim软件进行虚拟实验以及物理实验进行验证.结果表明理论分析符合广义忆阻器数学定义,数值仿真、虚拟实验及硬件实验3者结果基本吻合,验证了输入端口呈现出忆阻器的3个本质特征,从而证实了二倍压整流电路在取适当电路元件参数时具有广义忆阻特性.     

激光调阻机测控系统设计

为了有效提高激光调阻机的调阻精度和调阻效率,本文设计了一种激光调阻机测控系统.通过检测调阻过程中阻值的变化,有效控制激光器动作,实现对目标电阻的刻蚀.采用高级精简指令集微处理器(ARM)作为主控制器,实现与上位机通信、电阻数据采集计算和比较器输出控制.依据开尔文测阻法搭建恒流源电路、信号调理电路和数据采集电路.通过设计可扩展的继电器阵列实现测量通道的快速切换,进而有效保障了激光调阻机的快速调阻.采用硬件电路直接输出晶体管-晶体管逻辑电平(TTL)信号控制激光器动作,实现对目标电阻的刻蚀,保证调阻精度与调阻效率.实验结果表明:电阻的测量精度最高为0.01％,调阻精度最高为0.1％,调阻速度最快为50个/s.     

氮掺杂氧化锌-氧化锌忆阻器突触可塑性研究

为了解决传统计算机中存储与运算之间的物理分离以及传输速度受限的问题,制备一种可用于神经形态计算的模拟型忆阻器,采用磁控溅射法在氧化铟锡导电玻璃衬底上依次完成氧化锌、氮掺杂氧化锌阻变层与银顶电极的沉积,对忆阻器的结构和电学性能进行表征、测试,并探究氮掺杂氧化锌薄膜厚度对忆阻器电学性能的影响。结果表明：制得的氮掺杂氧化锌-氧化锌忆阻器具有渐变式的电导切换行为,能够很好地模拟生物突触的可塑性,可用于神经形态计算;氮掺杂氧化锌薄膜厚度的增加有助于电学性能的稳定,减小氮掺杂氧化锌薄膜厚度,会显著增大电导响应的变化率。     

驱动忆阻性负载逆变系统中Hopf分岔控制的研究

针对驱动忆阻性负载逆变系统易发生Hopf分岔、导致系统出现振荡频率大于工频频率但远小于开关频率的不稳定现象，提出交流输出电压微分反馈控制方法，实现了对系统中Hopf分岔行为的有效控制。驱动忆阻性负载逆变系统因Hopf分岔引起的振荡现象属于慢尺度不稳定行为，因此建立了交流输出电压微分反馈控制下系统的平均模型，基于谐波平衡法求得系统变量的周期解，以Floquet理论揭示了系统中出现慢尺度不稳定行为的机理，给出了确保系统稳定运行的控制参数取值范围。此外，通过计算Floquet乘数对积分参数的敏感值，分析了交流输出电压微分反馈控制下系统在积分参数受到扰动时的抗干扰能力。研究结果表明：交流输出电压微分反馈控制方法可有效控制驱动忆阻性负载逆变系统中的Hopf分岔行为，能大幅度增加确保系统稳定的控制参数取值范围，并可增强系统的抗干扰能力。最后，通过PSpice仿真结果和电路实验结果的一致性，验证了理论分析的正确性和所提出的控制方法的有效性。     

一组等价蔡氏忆阻混沌电路的设计

通过改变元件参数， 将不同结构的RC正弦波振荡电路等效为LC并联谐振回路， 用具有非线性特性的忆阻器代替蔡氏电路中的蔡氏二极管， 设计4种等价蔡氏忆阻混沌电路， 并在理论上给出等价条件. 仿真实验结果表明， 实验结果与理论分析和数值计算结果一致， 电路调节方便， 鲁棒性更好.     

数字逻辑设计方法与应用

按照逻辑功能的不同特点，常把数字逻辑电路分为两大类：一类称为组合逻辑电路，一类称为时序逻辑电路。两类逻辑电路的功能描述方法、分析和设计方法不同。本文将对两类逻辑电路的分析与设计中的有关问题分类举例说明。一、组合逻辑电路设计组合逻辑电路的输出信号的稳态值仅决定于该时刻各个输入信号的取值，与电路前一时刻的逻辑状态无关。组合逻辑电路的逻辑功能表示方法常用逻辑函数表达式、真值表、卡诺图、逻辑图。组合逻辑电路的设计就是从给定的逻辑要求出发，求出完成逻辑要求的逻辑电路图，其设计过程通常分为四步，而最重要的一…     

基于DNA链置换反应的编码器逻辑运算模型研究

作为自组装DNA计算领域中一门新技术,DNA链置换反应在分子计算领域得到了广泛的应用.基于自组装DNA计算原理,设计了对应不同逻辑门的DNA分子电路.基于DNA链置换反应机理构建了编码器逻辑电路的分子计算模型.当输入DNA分子信号链时,将不同分子浓度比的DNA分子逻辑门电路混合,借助分子间的特异性杂交反应及分子间链置换反应,最终可输出信号链分子.Visual DSD仿真结果表明了本文设计的编码器逻辑计算模型的可行性与准确性.为拓展分子逻辑电路的应用做出有益的探索.