电流读出电路及忆阻器阵列列电流读出电路制造技术

本申请提供了一种电流读出电路及忆阻器阵列列电流读出电路，其中，电流读出电路包括：偏置电路、深度负反馈电路、电流衰减电路和积分点火电路；电流衰减电路分别与偏置电路、深度负反馈电路、积分点火电路连接；深度负反馈电路还与偏置电路连接，并均连接忆阻器阵列电路的列线输出端；偏置电路用于为深度负反馈电路提供合适的偏置；深度负反馈电路用于将忆阻器阵列电路的列线电压进行箝位；电流衰减电路用于将忆阻器阵列电路的列线电流进行预设比例衰减，并将衰减后的电流输入积分点火电路，以使积分点火电路输出数字脉冲信号。本申请能够实现忆阻器阵列电路列电流的高效准确读取，提高基于忆阻器阵列实现乘累加运算的计算准确度。确度。确度。

Current readout circuit and memristor array current readout circuit

【技术实现步骤摘要】
电流读出电路及忆阻器阵列列电流读出电路


[0001]本申请涉及集成电路
，尤其是涉及一种电流读出电路及忆阻器阵列列电流读出电路。

技术介绍

[0002]忆阻器被视作除电阻、电容、电感之外的第四种基本器件，其阻值可以在外加激励下进行调整，且掉电后不丢失。将忆阻器采用交叉阵列方式进行互连，调整阵列中每一交叉点上的忆阻器到所需阻值，在每一行线上施加电压形式的待处理信号，则根据基尔霍夫电流定律，输入信号与忆阻器作用产生的电流在列线上累加，即可以看作完成一次乘累加运算。
[0003]正确读取列电流是基于忆阻器阵列实现乘累加运算的关键，现有技术中读取列电流有两种方式，ADC转换方式和积分点火方式。ADC转换方式需要使用一个电容在一定时间内对列线电流进行积分，然后利用ADC对积分电压进行采样，由于所用到的积分电容、积分运放、ADC通常具有较大的面积和功耗，因此通常采用时分复用方式轮流读出各列电流，一方面降低了计算效率，另一方面由于要求ADC具有较高的采样速度而提高了电路设计难度。积分点火方式，当电容两端电压超过设定的阈值时，通过比较器产生一个高电平并将电容放电，然后比较器输出低电平关闭放电通道，电容重新进行充电，这一过程周而复始，将列电流大小转换成具有一定频率的脉冲，在一定时间内对脉冲个数进行计数，即可获得列电流值。积分点火方式所需的放大器和电容通常较小，且无需ADC进行采样，因此结构简单，便于在忆阻器阵列每列中集成，极大提高计算并行度。然而积分点火电路在电容积分过程中，电容两端电压变化会导致列线上电压变化，进而影响计算准确度，无法实现乘累加运算功能。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种电流读出电路及忆阻器阵列列电流读出电路，能够实现忆阻器阵列电路列电流的高效准确读取，提高基于忆阻器阵列实现乘累加运算的计算准确度和计算速度。
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种电流读出电路，电流读出电路包括：偏置电路、深度负反馈电路、电流衰减电路和积分点火电路；电流衰减电路分别与偏置电路、深度负反馈电路、积分点火电路连接；深度负反馈电路还与偏置电路连接，并均连接忆阻器阵列电路的列线输出端；偏置电路用于为深度负反馈电路提供合适的偏置；深度负反馈电路用于将忆阻器阵列电路的列线电压进行箝位；电流衰减电路用于将忆阻器阵列电路的列线电流进行预设比例衰减，并将衰减后的电流输入积分点火电路，以使积分点火电路输出数字脉冲信号。
[0006]进一步的，上述偏置电路包括：第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管；第一PMOS管的栅极、第二PMOS管的栅极和第三PMOS管的栅极相连；第一PMOS管的栅极、第一PMOS管的
漏极和一个电流源连接；第一PMOS管的源极、第二PMOS管的源极和第三PMOS管的源极均接高电平，第二PMOS管的漏极连接深度负反馈电路；第三PMOS管的漏极连接电流衰减电路。
[0007]进一步的，上述深度负反馈电路包括：运算放大器和第一NMOS管；运算放大器的输出端与第一NMOS管的栅极连接，运算放大器的同相输入端分别与忆阻器阵列电路的一列线输出端和第一NMOS管的漏极连接；运算放大器的反相输入端连接一参考电平；第一NMOS管的漏极还与第二PMOS管的漏极连接；第一NMOS管的栅极、源极均与电流衰减电路连接。
[0008]进一步的，上述电流衰减电路包括：第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第四PMOS管和第五PMOS管；第二NMOS管的源极和第三NMOS管的源极接地；第二NMOS管的栅极、第二NMOS管的漏极和第三NMOS管的栅极均与第一NMOS管的源极连接；第三NMOS管的漏极与第四NMOS管的源极连接；第四NMOS管的栅极与第一NMOS管的栅极连接；第四NMOS管的漏极分别与第四PMOS管的漏极、栅极、第三PMOS管的漏极、第五PMOS管的栅极连接；第四PMOS管的源极和第五PMOS管的源极均连接高电平；第五PMOS管的漏极与积分点火电路连接。
[0009]进一步的，上述积分点火电路包括：积分电容、比较器和第五NMOS管；比较器的第一输入端分别与积分电容的一端、第五NMOS管的漏极和第五PMOS管的漏极连接；积分电容的另一端和第五NMOS管的源级接地；比较器的第二输入端输入阈值电压；比较器的输出端和第五NMOS管的栅极连接；同时比较器的输出端作为电流读出电路的输出端，用于输出数字脉冲信号。
[0010]进一步的，上述比较器包括五管运算放大器或者施密特触发器。
[0011]进一步的，上述运算放大器、比较器和各PMOS管和各NMOS管的参数可根据电路设计需要进行调整。
[0012]第二方面，本申请实施例还提供一种忆阻器阵列列电流读出电路，忆阻器阵列列电流读出电路包括忆阻器阵列电路和如第一方面所述的电流读出电路；忆阻器阵列电路的每列输出端连接一个电流读出电路。
[0013]进一步的，上述忆阻器阵列电路中行与列的交叉点处均包括一1T1R单元；1T1R单元包括厚栅NMOS管和忆阻器。
[0014]进一步的，上述忆阻器阵列电路中的一列忆阻器作为参考列，均设置为高阻态。
[0015]本申请实施例提供的电流读出电路，电流读出电路包括：偏置电路、深度负反馈电路、电流衰减电路和积分点火电路；电流衰减电路分别与偏置电路、深度负反馈电路、积分点火电路连接；深度负反馈电路还与偏置电路连接，并均连接忆阻器阵列电路的列线输出端；偏置电路用于为深度负反馈电路提供合适的偏置；深度负反馈电路用于将忆阻器阵列电路的列线电压进行箝位；电流衰减电路用于将忆阻器阵列电路的列线电流进行预设比例衰减，并将衰减后的电流输入积分点火电路，以使积分点火电路输出数字脉冲信号，从而实现忆阻器阵列电路列电流的高效准确读取，提高基于忆阻器阵列实现乘累加运算的计算准确度和计算速度。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本申请实施例提供的一种忆阻器阵列列电流读出电路的使用方式电路图；
[0018]图2为本申请实施例提供的一种积分点火电路的电路图；
[0019]图3为本申请实施例提供的一种列线电压箝位电路和积分点火电路连接关系图；
[0020]图4为本申请实施例提供的一种电流读出电路的结构框图；
[0021]图5为本申请实施例提供的一种电流读出电路的电路图；
[0022]图6为本申请实施例提供的一种积分点火电路积分电容上端电压和比较器输出波形示意图；
[0023]图7为本申请实施例提供的一种未校正的电流读取电路输出脉冲数量与有激励输入且忆阻器为低阻态行数的关系图；
[0024]图8为本申请实施例提供的一种校正后的电流读取电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电流读出电路，其特征在于，所述电流读出电路包括：偏置电路、深度负反馈电路、电流衰减电路和积分点火电路；所述电流衰减电路分别与所述偏置电路、所述深度负反馈电路、所述积分点火电路连接；所述深度负反馈电路还与所述偏置电路连接，并均连接忆阻器阵列电路的列线输出端；所述偏置电路用于为所述深度负反馈电路提供合适的偏置；所述深度负反馈电路用于将忆阻器阵列电路的列线电压进行箝位；所述电流衰减电路用于将所述忆阻器阵列电路的列线电流进行预设比例衰减，并将衰减后的电流输入所述积分点火电路，以使所述积分点火电路输出数字脉冲信号。2.根据权利要求1所述的电流读出电路，其特征在于，所述偏置电路包括：第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管；所述第一PMOS管的栅极、所述第二PMOS管的栅极和所述第三PMOS管的栅极相连；所述第一PMOS管的栅极、所述第一PMOS管的漏极和一个电流源连接；所述第一PMOS管的源极、所述第二PMOS管的源极和所述第三PMOS管的源极均接高电平，所述第二PMOS管的漏极连接所述深度负反馈电路；所述第三PMOS管的漏极连接所述电流衰减电路。3.根据权利要求2所述的电流读出电路，其特征在于，所述深度负反馈电路包括：运算放大器和第一NMOS管；所述运算放大器的输出端与所述第一NMOS管的栅极连接，所述运算放大器的同相输入端分别与所述忆阻器阵列电路的一列线输出端和所述第一NMOS管的漏极连接；所述运算放大器的反相输入端连接一参考电平；所述第一NMOS管的漏极还与所述第二PMOS管的漏极连接；所述第一NMOS管的栅极、源极均与所述电流衰减电路连接。4.根据权利要求3所述的电流读出电路，其特征在于，所述电流衰减电路包括：第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第四PMOS管和第五PMOS管；所述第二NMOS管的源极和所述第三NMOS管的源极接地；所述第二NMOS管的栅极、所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈长林，王义楠，李清江，王伟，刘森，李智炜，刘海军，宋兵，步凯，王琴，曹荣荣，于红旗，王玺，李楠，徐晖，刁节涛，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：