基于忆阻器的实现与分析(1)

忆阻器

无源电子器件忆阻器的特性分析及应用前景 摘要：忆阻器被认为是除电阻、电感、电容外的第四种基本电路元件，是一种有记忆功能的非线性电阻。本文分析了忆阻器电路学特性，并且展望了其在未来各方面的应用前景。 关键字：忆阻器；电路学特性；前景 Abstract ：Besides Resistors,Inductors and Capacitors ，which are three basic passive circuit elements ．Memristors are considered to be the fourth basic circuit element ．This element is a kind of non-1inear resistor which has the ability to remember ．This paper analyzed memristor’s circuit characteristics ，And its application foreground in all aspects of future are discussed ． Keywords ： Meristor ；memri stor’s circuit characteristics ；prospect 1 引言 2008年，Strokov [1]等成功实现了电路世界中的第四种基本无源二端电路元件----记忆电阻器，简称忆阻器(meristor)，证实了美国加州大学伯克利分校的华裔科学家蔡绍棠[2]于1971 年提出的忆阻器元件概念和1976年建立的忆阻器件与系统理论。 忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻，通过控制流过忆阻器的电流，可以改变其阻值。忆阻器被认为是除电阻、电感、电容外的第四种基本电路元件，是一种有记忆功能的非线性电阻。目前，忆阻器原理及其应用是国际电路学研究的热点和前沿问题之一。忆阻器的出现将可能从根本上改变传统电路格局，“具有引发电路革命的潜质”。 2 忆阻器的电路学特性 2.1忆阻器存在的对称性依据 忆阻器的发展经历了两个主要阶段，其中概念的提出与理论探索阶段是忆阻器发展的理论基础。这一阶段的发展经历了存在性预测、实验室有源模型搭建、理论电路特性、新奇应用的构想等主要步骤，之间环环相扣，前面的研究作为后面的基础。蔡绍棠在电路变量对称性得到了忆阻器存在的依据，为后续理论上的研究打下基础。 如图1所示，五种已知电路变量关系中，由法拉第电磁感应定律及楞次定律得到的关系 ()()t q t i d ττ-∞=? (1) ()()t t d ?νττ-∞ =? (2) 上述两式分别表示电荷()q t 是电流关于时间的积分，磁通量()t ?是电压关于时间的积分。其余三种关系是已知电路基本元件的定义式，即理想电阻、电容、电感分别满足 d Rdi ν= (3) dq Cd ν= (4) d Ldi ?= (5) 电流 电荷电压 磁通量 电阻 未知 电容 电感dt ??dt ??

基于matlab的FIR数字滤波器设计(多通带,窗函数法)

数字信号处理 课程设计报告 设计名称：基于matlab的FIR数字滤波器设计 彪

一、课程设计的目的 1、通过课程设计把自己在大学中所学的知识应用到实践当中。 2、深入了解利用Matlab设计FIR数字滤波器的基本方法。 3、在课程设计的过程中掌握程序编译及软件设计的基本方法。 4、提高自己对于新知识的学习能力及进行实际操作的能力。 5、锻炼自己通过网络及各种资料解决实际问题的能力。 二、主要设计内容 利用窗函数法设计FIR滤波器，绘制出滤波器的特性图。利用所设计的滤波器对多个频带叠加的正弦信号进行处理，对比滤波前后的信号时域和频域图，验证滤波器的效果。 三、设计原理 FIR 滤波器具有严格的相位特性，对于信号处理和数据传输是很重要的。 目前 FIR滤波器的设计方法主要有三种：窗函数法、频率取样法和切比雪夫等波纹逼近的最优化设计方法。常用的是窗函数法和切比雪夫等波纹逼近的最优化设计方法。本实验中的窗函数法比较简单，可应用现成的窗函数公式，在技术指标要求高的时候是比较灵活方便的。 如果 FIR 滤波器的 h(n)为实数, 而且满足以下任意条件,滤波器就具有准确的线性相位： 第一种：偶对称，h(n)=h(N-1-n)，φ (ω)=-(N-1)ω/2 第二种：奇对称，h(n)=-h(N-1-n), φ(ω)=-(N-1)ω/2+pi/2 对称中心在n=(N-1)/2处 四、设计步骤 1.设计滤波器 2.所设计的滤波器对多个频带叠加的正弦信号进行处理 3.比较滤波前后信号的波形及频谱 五、用窗函数设FIR 滤波器的基本方法 基本思路：从时域出发设计 h(n)逼近理想 hd(n)。设理想滤波器的单位响应在时域表达为hd(n),则Hd(n) 一般是无限长的，且是非因果的，不能

带阻滤波器设计原理计算

带阻滤波器设计原理计算 时间：2009-07-08 20:38:37 来源：资料室作者： 滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种： ①无源滤波器: 由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成 ②有源滤波器: 一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。 利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。 从功能来上有源滤波器分为： 低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、 带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、 全通滤波器（APF）。 其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍

数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。

带阻滤波器（BEF） 如图1（a）所示，这种电路的性能和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减或抑制），而在其余频率范围，信号则能顺利通过。 在双T网络后加一级同相比例运算电路就构成了基本的二阶有源BEF。 (a) 电路 图 (b) 频率特性 图1二阶带阻滤波器 电路性能参数: 通带增益 中心频率 带阻宽度B＝2（2－Aup）f0 选择性

FIR带阻滤波器的设计

FIR带阻滤波器的设计 武汉理工大学《数字信号处理》课程设计说明书 1 前言 数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类:无限冲激响应(IIR)滤波器和有限冲激响应(FIR)滤波器。与IIR滤波器相比，FIR 的实现是非递归的，总是稳定的;更重要的是，FIR滤波器在满足幅频响应要求的同时，可以获得严格的线性相位特性。因此，它在高保真的信号处理，如数字音频、图像处理、数据传输、生物医学等领域得到广泛应用。 有限长单位冲激响应(FIR) 数字滤波器具有严格的线性相位，又具有任意的幅频特性。同时FIR 系统只有零点，系统是稳定的,因而容易实现线性相位和允许实现多通道滤波器。只要经过一定的时延，任何非因果有限长序列都能变成因果的有限长序列，因而总能用因果系统来实现。FIR 滤波器由于单位冲激响应是有限长的，可以用快速傅立叶变换(FFT) 算法来实现过滤信号，从而大大提高运算效率。由于FIR 滤波器具有以上优点，在信号处理和数据传输中得到了广泛的应用。 Matlab 语言是一种用于科学计算的高效率语言。随着Matlab信号处理工具箱(Signal Processing Toolbox) 的不断完善,使数字滤波器的计算机辅助设计得以实现。 1 武汉理工大学《数字信号处理》课程设计说明书 2 设计原理 2.1 带阻滤波器的设计 理想带阻的频响:

其单位抽样响应: 带阻滤波器(W1，W2)=高通滤波器(W2)+低通滤波器(W1) 2.2 滤波器频率特性根据h(n),hd(n)W(n)时域中两序列相乘。 在频域中:为hd(n)与W(n)的卷积 (且为两序列频谱的周期卷积) ,1jw,jj(w,,),？H(e),H(e)W(edd,,,2, jw 以低通H(e)为例，说明频率特性d jwjw(1)H(e),H(e)发生了什么变化,d (2)研究什么窗函数使 jwjwH(e),H(e)变化最小。d jwjw最佳即使H(e),,,,逼近H(e)d 2.3 窗口法原理 用一个有限长度的窗口函数序列W(n)来截取hd(n):(即进行砍头截尾)， h(n)=W(n)hd(n)使h(n)满足因果，有限长，实序列，并具有奇、偶对称性，则可设计出具有线性相位的FIR滤波器。 窗口法应用广泛，利用窗函数法可以设计四种线性相位FIR DF，即低通、高通、带通、带阻。 2

一个新的基于忆阻器的超混沌系统及其电路实现资料

一个新的基于忆阻器的超混沌系统及其电路实现 尹玮宏1 ,王丽丹1,*, 段书凯1 1西南大学物理科学与技术学院电子信息工程学院重庆中国400715 摘要忆阻器被认为是第四个基本电路元件，它除了是下一代非易失性存储中有竞争力的候选器件外，由于拥有超越其它元件的超级性能，还能构建具有复杂动力学的非线性电路。特别地，新的基于忆阻器的混沌振荡器的实现已成为非线性电路设计的范例。本文首先推导两个基于磁控忆阻器模型的串联忆阻器的特性及磁通电荷关系。然后通过使用这个忆阻系统获得一个新颖的四维超混沌系统，它有两个正的李雅普诺夫指数。通过观察各种混沌吸引子、功率谱和分岔图可看到丰富的动力学现象。最后，建立了模拟该系统的SPICE电路。SPICE 仿真结果与数值分析一致，这进一步显示了该超混沌系统的混沌产生能力。 关键词:忆阻器,超混沌系统,混沌吸引子,电路实现 1 引言 忆阻器（Memristor）是一种非线性无源元件，具有非线性和非易失性。几年来的研究工作取得了可喜的进展，各种基于忆阻器的应用成为了研究的热点。2008 年，惠普实验室的科学家在《Nature》上发表论文宣称，成功制成了第一个物理实现的忆阻器[1]，证实了37 年前加州大学蔡少棠（Leon O. Chua）教授的推测[2]。此后，忆阻器受到了广泛的关注和研究。忆阻器的体积小，功耗低，因此忆阻器是混沌中非线性电路部分的理想选择[3]，各种基于忆阻器的混沌系统得到了研究人员的密切关注[4-7]。基于忆阻器的混沌系统应当具有以 本项目受到新世纪优秀人才支持计划（教技函［2013］47号）, 国家自然科学基金(61372139, 61101233, 60972155)，教育部“春晖计划”科研项目（z2011148）,留学人员科技活动项目择优资助经费（国家级, 优秀类, 渝人社办〔2012〕186号）, 重庆市高等学校优秀人才支持计划（渝教人〔2011〕65号）,重庆市高等学校青年骨干教师资助计划（渝教人〔2011〕65号）,中央高校基本科研业务费专项资金(XDJK2014A009, XDJK2013B011）的资助。作者简介：尹玮宏（1987-），男，湖南邵阳人，研究生，主要从事非线性电路与系统的研究。*通信作者: 王丽丹，教授，硕士生导师，现任电子信息工程学院副院长，重庆市高等学校青年骨干教师资助计划获得者。主要从事智能信息处理、智能控制器、非线性电路与系统、忆阻器件及忆阻系统等领域研究，先后主持主研国家自然科学基金、中国博士后基金特别资助项目等项目20余项，发表SCI/EI检索论文40余篇，联系邮箱：ldwang@https://www.wendangku.net/doc/f016971125.html,。

根据ADS的带阻滤波器设计

电磁波与微波技术 课程设计 ----带阻滤波器的设计与仿真 课题：带阻滤波器的设计与仿真 指导老师： 姓名： 学号：

目录 1.设计要求 (3) 2.微带短截线带阻滤波器的理论基础 (3) 2.1理查德变换 (4) 2.2科洛达规则 (6) 3.设计步骤 (7) 3.1ADS 简介 (7) 3.2初步设计过程 (8) 3.3优化设计过程 (14) 3.4对比结果 (17) 4.心得体会 (17) 5.参考文献 (18)

1．课程设计要求： 1.1 设计题目：带阻滤波器的设计与仿真。 1.2设计方式：分组课外利用ads软件进行设计。 1.3设计时间：第一周至第十七周。 1.4 带阻滤波器中心频率：6GHz；相对带宽：9%；带内波纹： <0.2dB。 1.5 滤波器阻带衰减>25dB；在频率5.5GHz和6.5GHz处，衰 减<3dB；输入输出阻抗：50Ω。 2．微带短截线带阻滤波器的理论基础 当频率不高时，滤波器主要是由集总元件电感和电容构成，但当频率高于500Mz时，滤波器通常由分布参数元件构成，这是由于两个原因造成的，其一是频率高时电感和电容应选的元件值小，由于寄生参数的影响，如此小的电感和电容已经不能再使用集总参数元件；其二是此时工作波长与滤波器元件的物理尺寸相近，滤波器元件之间的距离不可忽视，需要考虑分布参数效应。我们这次设计采用短截线方法，将集总元件滤波器变换为分布参数滤波器，其中理查德变换用于将集总元件变换为传输段，科洛达规则可以将各滤波器元件分隔。 2.1 理查德变换

通过理查德变换，可以将集总元件的电感和电容用一段终端短路和终端开路的传输线等效。终端短路和终端开路传输线的输入阻抗具有纯电抗性，利用传输线的这一特性，可以实现集总元件到分布参数元件的变换。 在传输线理论中，终端短路传输线的输入阻抗为： 错误!未找到引用源。= 错误!未找到引用源。（1.0） 式中 错误!未找到引用源。 当传输线的长度错误!未找到引用源。= 错误!未找到引用源。时 错误!未找到引用源。 （1.1） 将式（1.1）代入式（1.1），可以得到 错误!未找到引用源。（1.2）式中 错误!未找到引用源。 （1.3） 称为归一化频率。

忆阻元件

太原科技大学研究生院 忆阻器应用于模糊控制的前景与展望 王元友 （太原科技大学研究生院，山西太原030024） 摘要：忆阻器理论的建立为电子电路设计带来了新的发展空间，而它的存在得到了证实，将为整个社会的科技进步谱写新的篇章。将对模糊控制领域的研究进程起到巨大的推动作用，本文介绍了忆阻器的主要特性和优势，以及展望了忆阻器在模糊控制理论中的一些应用以及发展前景。 关键词：忆阻器；模糊控制理论；电路设计；科技进步 Abstract:The establishment of the theory of meristor resistance have brings new development space for electronic circuit design,and they are confirmed, will advance of science and technology of the whole society to write a new chapter. Will of fuzzy control of research in the field of play a great role in promoting process, this paper introduces the main characteristics of yi resistance and advantages, and prospects the memories in the resistance fuzzy control theory of some of the application and development prospect. Keywords: Meristor; The fuzzy control theory; Circuit design; The progress of science and technology 中图分类号TU9 文献标识码B 0 引言 2008 年，Strokov等成功实现了电路世界中的第四种基本无源二端电路元件———记忆电阻器，简称忆阻器(meristor)，证实了美国加州大学伯克利分校的华裔科学家蔡少棠于1971 年提出的忆阻器元件概念和1976 年建立的忆阻器件与系统理论。忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻，通过控制流过忆阻器的电流，可以改变其阻值。如果把高阻值定义为“1”，低阻值定义为“0”，则这种电阻就可以实现存储数据的功能。 1.忆阻器的特性与新进展 上世纪70年代忆阻器作为一种电子元器件理论被提出。由于具体实物证明的稀缺而进展缓慢。2008年惠普实验室宣布成功制造出忆阻器，证明了忆阻器的存在，引起广泛的关注。 1.1忆阻器的特性 忆阻器具有以下特点： l)由于忆阻器是连续器件，因而存储的精度是无限的； 2)由于忆阻器在使用过程中其内部的结构发生变化，因而具有电不易失性； 3)由于忆阻器是基础元器件，可以方便的将忆阻器设计在电路中，获得混合型的电路，便于使用； 4)随着忆阻器内部变量变化方式的不同，可以实现数字与模拟两种状态。 2008年Nature发表了专题评述—“The Missing memeristor Found”。对Leon Chua教授所提出的“忆阻元件’捌的存在予以了明确证明。论文指出，根据对称性原理，目前存在的三种基本电子元件(电阻、电容、电感)并不能完全涵盖电流、电压、电量以及磁场之间的关系，必须补充上一个忆阻元件(Memeristor：memory resistor)才能使其对称性完备。忆阻值的变化与元件中电荷的迁移与重新分布有关。只有在电荷流为线性条件下，忆阻与电阻才是等价的。忆阻器是建立在电荷q与磁链 的基础之上的。

带阻滤波器设计范文

模拟电路课程设计报告设计课题：二阶带阻滤波器的设计 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计时间：

题目二阶带阻滤波器的设计 一、设计任务与要求 1．截止频率f H＝2000Hz,f L=200Hz； 2．电压增益A V=1----2； 3．阻带衰减速率为-40dB/10倍频程； 4．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。 二、方案设计与论证 将输入电压同时作用于低通滤波器和高通滤波器，再将两个电路的输出电压求和，就可以得到带阻滤波器，其中低通滤波器的截止频率fp1应小于高通滤波器的截止频率fp2,因此电路的阻带为（fp2-fp2).实用电路常利用无源LPF和HPF 并联构成带阻滤波器电路，然后接同向比例运算电路，从而得到有源带阻滤波器，由于两个无源滤波电路均由三个元件构成英文字母Ｔ，故称之为双Ｔ网络。 根据电路的传递函数和归一化滤波器传递函数的分母多项式，建立起系数的方程组。根据课设要求，我们选择巴特沃斯（butterworth）滤波电路。巴特沃斯滤波器的幅频响应在通带中具有最平幅度特性，但是通带到阻带衰减较慢。由于要求为-40dB/十倍频程，选择二阶有源低通滤波器电路，即n=2。 方案一、压控电压源二阶带阻滤波器 这种电路的性能和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减或抑制），而在其余频率范围，信号则能顺利通过。在双T网络后加一级同相比例运算电路就构成了基本的二阶有源BEF。电路图如下： 方案二、无限增益多路负反馈二阶带阻滤波器 该电路由二阶带通滤波器和一个加法器组成

三、单元电路设计与参数计算 (1)直流电源部分 直流电源由电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路四部分构成。 1、稳压电源的组成框图 2、电路图 3、整流、滤波电路 用四个整流二极管组成单相桥式整流电路，将交流电压Ｕ2变成脉动的直流 变 压 整 流 滤 波 稳 压 负 载

忆阻器

忆阻器 忆阻器，全称记忆电阻。最早提出忆阻器概念的人是华裔的科学家蔡少棠，时间是1971 年。2013年，比勒菲尔德大学物理学系的高级讲师安迪〃托马斯博士研制的忆阻器被内臵于比人头发薄600倍的芯片中，利用这种忆阻器作为人工大脑的关键部件，他的研究结果将发表在《物理学学报D辑：应用物理学》杂志上。 基本介绍 忆阻器，全称记忆电阻，从这两个字可以大致推敲出它的功用来。最早提出忆阻器概念的人，是华裔的科学家蔡少棠，当时任教于美国的柏克莱大学。时间是1971 年，在研究电荷、电流、电压和磁通量之间的关系时，任教于加州大学伯克利分校的蔡教授推断在电阻、电容和电感器之外，应该还有一种组件，代表着电荷与磁通量之间的关系。这种组件的效果，就是它的电阻会随着通过的电流量而改变，而且就算电流停止了，它的电阻仍然会停留在之前的值，直到接受到反向的电流它才会被推回去。 用常见的水管来比喻，电流是通过的水量，而电阻是水管的粗细时，当水从一个方向流过去，水管会随着水流量而越来越粗，这时如果把水流关掉的话，水管的粗细会维持不变；反之当水从相反方向流动时，水管就会越来越细。因为这样的组件会「记住」之前的电流量，因此被称为忆阻器。 由于忆阻器尺寸小、能耗低，所以能很好地储存和处理信息。一个忆阻器的

工作量，相当于一枚CPU芯片中十几个晶体管共同产生的效用。[1] 2发展过程 提出 蔡教授之所以提出忆阻器，只是因为在数学模型上它应该是存在的。为了证明可行性，他用一堆电阻、电容、电感和放大器做出了一个模拟忆阻器效果的电路，当时并没有找到什么材料本身就有明显的忆阻器的效果，也没有人在找，处于连集成电路刚起步不久的阶段，离家用电脑普及还有至少15年的时间，这时候HP 就登场了。 研究

基于忆阻器蕴含操作的全加器的设计

基于忆阻器蕴含操作的8位全加器的设计 汪纪波李刚屈凤霞贺芬 摘要：本文以忆阻器蕴含操作为基础，构成非和或非完备逻辑，用以实现任意组合逻辑。该完备逻辑可以快捷的实现异或操作，最后以此完备逻辑设计实现了8位全加器。 关键词：忆阻器；蕴含操作；异或操作；全加器 Abstract:Based on the implication operation, memristor can realize the NOT operation and NOR operation, which can constitute the complete logic to implement any combinational logic. The complete logic can achieve fast XOR operation, in order to complete the final design and implementation of the eight logic full adder. Key words: Memristor; Implication operation; XOR operation; Full adder 1.引言 1971年，加州理工学院的华裔科学家蔡绍棠教授分析了电路变量之间的关系，根据对称性性从理论上预测了电荷q与磁通量 之间关系，并把满足此关系的器件命名为忆阻器]1[。37年后的2008年，美国惠普实验室研制出世界首个忆阻器]2[，其优异的性能受到广泛的关注，研究也日益活跃。再到2010年8月惠普实验室Julien Borghetti等人在《Nature》杂志上提出了用忆阻器进行蕴含操作来实现状态逻辑运算]3[，该研究为忆阻器能实现逻辑操作开创了一片广阔的空间。忆阻器实现的蕴含操作和非操作在逻辑功能上是完备的，所以，它能对任意的布尔逻辑函数进行操作。E.Lehtonen等人]4[提出在输入忆阻器状态不改变的情况下，3个额外忆阻器能实现所有的布尔逻辑函数。并在基于蕴含操作的基础上设计了全加器，但计算序列太长，导致将会浪费更多的时间。之后，一些研究者对此做了改进，Shahar Kvatinsky等人]5[提出了基于忆阻器蕴含操作的设计原则和方法，并减少了全加器的计算长度。 本文在前人研究的基础上，用以蕴含实现的非操作和或非操作作为基本操作。根据此方法可以高效的实现异或门，并详细介绍了8位全加器的设计。2.忆阻器逻辑操作的介绍 在这里首先介绍一下理想忆阻器的V-I曲线，如图1。当对其施加交流偏置电压时，其上通过的电流表现为滞回效应。当施加不同极性的偏执电压一定时间后，忆阻器在高阻和低阻之间进行转变，高阻和低阻之间的阻值比例高达1010 20 10～，从而使忆阻器具备了开关特性。当施加忆阻器的负偏执电压小于负V时，忆阻器将会由低阻态(―1‖)切换到高阻态(―0‖)；当施加忆阻器阀值电压 OPEN V时，忆阻器将会由高阻态(―0‖)切换到低阻态的正偏执电压大于正阀值电压 CLOSE (―1‖)；如果所加的偏执电压没有达到阀值电压，忆阻器的状态将保持不变。 在[3]中首次提出了一种基于忆阻器的状态逻辑——蕴含操作。基本蕴含操 R，及垂直交叉的纳米线构成，水平作电路有两个忆阻器P, Q，一个负载电阻 G

忆阻器交叉阵列及在图像处理中的应用

中国科学:信息科学2011年第41卷第4期:500–512 https://www.wendangku.net/doc/f016971125.html, https://www.wendangku.net/doc/f016971125.html, 论文 忆阻器交叉阵列及在图像处理中的应用 胡小方,段书凯?,王丽丹,廖晓峰 西南大学电子信息工程学院,重庆400715 *通信作者.E-mail:duansk@https://www.wendangku.net/doc/f016971125.html, 收稿日期:2010–09–06;接受日期:2011–01–24 国家自然科学基金(批准号:60972155)、重庆市自然科学基金(批准号:CSTC2009BB2305)、中央高校基本科研业务费专项(批准号:XDJK2010C023)、中国博士后科学基金(批准号:CPSF200902291,CPSF20100470116)、西南大学博士科研资助项目(批准号:SWUB2007008,SWUB2008074)、重庆市高等教育教学改革研究重点项目(批准号:09-2-011)和西南大学教育教学改革研究项目(批准号:2009JY053,2010JY070)资助 摘要忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻,其阻值的变化依赖于流过它的电荷数量或磁通量. 忆阻器作为第4个基本的电路元件,在众多领域中有巨大的应用潜力,有望推动整个电路理论的变革.文中利用数值仿真和电路建模,分析了忆阻器的理论基础和特性,提出了一种用于图像存储的忆 阻器交叉阵列,可以实现黑白、灰度和彩色图像的存储和输出,一系列的计算机仿真结果验证了该方 案的有效性.由于忆阻器交叉阵列的并行信息处理优势,该方案有望用于高速的图像处理. 关键词忆阻器交叉阵列建模仿真图像存储图像输出 1引言 1971年,蔡少棠(Leon Chua)根据电路理论公理化体系的完备性定义了磁通量和电荷之间的关系,提出了忆阻器(memristor,memory resistor的缩写)的概念,将忆阻值M定义为磁通量?随着电荷q的变化率,即M=d?/dq,并将其称作除电阻、电容和电感以外的第4种基本电路元件[1,2].但令人遗憾的是由于没有物理实现的元器件,忆阻器的研究没有引起人们足够的重视.直到2008年5月,美国惠普实验室研究人员在《自然》杂志上发表论文宣称,他们证实了电路世界忆阻器的存在,并成功设计出一个能工作的忆阻器物理模型[3].实验证实,忆阻器是一种新型的非线性两端电路元件,其独特的开关转换机制、天然的记忆功能、连续的输入输出特性和纳米级尺寸,使其在非易失性存储器、大规模集成电路、人工神经网络、模式识别和图像处理等方面有着巨大的应用潜能.它的出现有望改善整个电子电路理论和应用:(1)忆阻器的输入和输出都是连续的,因而其存储的精度理论上是无限的;(2)忆阻器是纳米级器件,其存储能力也是前所未有的,10nm级和5nm级忆阻器可分别达到超过110GB/cm2和460GB/cm2的存储密度,将有望延续摩尔定律[4,5];(3)与动态随机存取存储器(DRAM,dynamic random access memory)相比,忆阻器可以进行非易失性运算,有望实现即开型PC;也可挑战目前数码设备中普遍使用的闪存,将信息存储在忆阻器内存上的速度要比存储在快闪内存上快3个数量级(1000倍)[6];(4)将忆阻器与晶体管结合,能够大大提高电路的功能密度,有望制造出更高能效的模拟式计算机来模拟人脑,可能彻底改变现代计算机的信息处理方式,大大提高其解决复杂 引用格式:胡小方,段书凯,王丽丹,等.忆阻器交叉阵列及在图像处理中的应用.中国科学:信息科学,2011,41:500–512

带阻滤波器设计

信息科学与技术学院电路分析大作业 题目 专业(班级) 姓名 学号 指导教师

17级“电路分析”课程大作业：滤波器的设计 一、要求： 1、完成所要求的各性能指标的滤波器的设计； 2、完成滤波电路的仿真； 3、根据所做的工作完成相关的论文（纸质及电子文档）。 二、论文要求： 1、了解相关应用的背景资料，了解滤波器的工程应用； 2、滤波电路的工作原理的理论分析； 3、电路参数选择的依据； 4、设计过程的记录； 5、仿真结果的记录、计算、分析； 6、心得和体会。 三、时间安排： 1、12月18日（第15周之前）完成仿真调试及验收；

2、12月25日（第16周之前）提交论文。 四、滤波器指标要求： 请设计一带阻滤波电路，上、下限截止频率分别为1500Hz、5000Hz。 目录 一、滤波器的背景资料和工程应用； 二、滤波电路的工作原理的理论分析； 三、电路参数选择的依据； 四、设计过程的记录； 五、仿真结果的记录、计算、分析； 六、心得和体会；

一、滤波器的背景资料和工程应用 定义： 电源滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。 主要作用： 分类：

⑴ 按所处理的信号 按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。 ⑵按所通过信号的频段 按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。 低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。 带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。 带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。 ⑶ 按照阶数来分 通过传递函数的阶数来确定滤波器的分类。 二、 滤波电路的工作原理的理论分析 1.工作原理 滤波器是一种选择装置，它对输入信号进行加工和处理，从中选出某些特定的信号作为输出。电滤波器的任务是对输入信号进行选频加权传输。 电滤波器是Campbell 和wagner 在第一次世界大战期间各自独立发明的，当时直接应用于长途载波电话等通信系统。电滤波器主要由无源元件R 、L 、C 构成，称为无源滤波器。 滤波器的输出与输入关系通常用电压转移函数H(S)来描述，电压转移函数又称为电压增益函数，它的定义如下 ) () ()(0S U S U S H i = 式中U O (S)、U i (S)分别为输出、输入电压的拉氏变换。在正弦稳态情况下，S=j ω，电压转移函数可写成 )(0)() ()()(ωφωωωωj i e j H j U j U j H == ? ? 式中H j ()ω表示输出与输入的幅值比，称为幅值函数或增益函数，它与频率的关系称为幅频特性；Φ(ω)表示输出与输入的相位差，称为相位函数，它与频率的关系称为相频特性。幅频特性与相频特性统称滤波器的频率响应。滤波器的幅频特性很容易用实验方法测定。 本实验仅研究一些基本的二阶滤波电路。滤波器按幅频特性的不同，可分为低通、高通、带通和带阻和全通滤波电路等几种，图附录1—1给出了低通、高通、带通和带阻滤波电的典型幅频特性。 低通滤波电路，其幅频响应如图1(a)所示，图中|H(j ωC)|为增益的幅值，K 为增益常

什么是忆阻器

什么是忆阻器？ 忆阻器 忆阻器的英文 Memristor 来自「Memory（记忆）」和「Resistor（电阻）」两个字的合并，从这两个字可以大致推敲出它的功用来。最早提出忆阻器概念的人，是华裔的科学家蔡少棠，当时任教于美国的柏克莱大学。时间是 1971 年，在研究电荷、电流、电压和磁通量之间的关系时，蔡教授推断在电阻、电容和电感器之外，应该还有一种组件，代表着电荷与磁通量之间的关系。这种组件的效果，就是它的电阻会随着通过的电流量而改变，而且就算电流停止了，它的电阻仍然会停留在之前的值，直到接受到反向的电流它才会被推回去。用常见的水管来比喻，电流是通过的水量，而电阻是水管的粗细时，当水从一个方向流过去，水管会随着水流量而越来越粗，这时如果把水流关掉的话，水管的粗细会维持不变；反之当水从相反方向流动时，水管就会越来越细。因为这样的组件会「记住」之前的电流量，因此被称为忆阻器。 忆阻器有什么用？ 在发现的当时...没有。蔡教授之所以提出忆阻器，只是因为在数学模型上它应该是存在的。为了证明可行性，他用一堆电阻、电容、电感和放大器做出了一个模拟忆阻器效果的电路，但当时并没有找到什么材料本身就有明显的忆阻器的效果，而且更重要的，也没有人在找 -- 那是个连集成电路都还刚起步不久的阶段，离家用电脑开始普及都还有至少 15 年的时间呢！于是这时候 HP 就登场了。事实上 HP 也没有在找忆阻器，当时是一个由 HP 的 Phillip J Kuekes 领军的团队，正在进行的一种称为Crossbar Latch 的技术的研究。Crossbar Latch 的原理是由一排横向和一排纵向的电线组成的网格，在每一个交叉点上，要放一个「开关」连结一条横向和纵向的电线。如果能让这两条电线控制这个开关的状态的话，

基于忆阻器的多层信息存储技术

基于忆阻器的多层信息存储技术 摘要：本文提出了一种新的运用忆阻器作为多层存储的方法。 在实际应用忆阻器来实现多层存储的过程中会遇到许多障碍。 其中一个难题是由于磁通量与电荷量曲线的非线性对设定阻值信号的的脉宽造成了难度；另一个问题是由于忆阻器存储了所有的信号，包括忆阻中的噪声，使得忆阻器与初始值相比出现扰动。本文提出的方法是通过使用一个参照电阻阵列使忆阻器固定在一个预先设定的参照阻值而使忆阻能被用来做多层次存储器。我们提出了写入电路（编程）和一个采用参照电阻阵列信息存储技术的读出/恢复电路。 关键字：忆阻器；电阻阵列；基于参照物的多层存储；写入电路；读出电路 1. 介绍 据估计，摩尔定理将在未来十年走到尽头，存储器行业已经提出了许多用于延缓该定理使用的方法。 一种方法是发展多层单元技术（MLC ），以信息多层次的方法来存储多个比特在一个存储单元【1-2】。 商业上可用的MLC NAND 存储器每个单元，现有技术下能够存储四个状态。大部分的是用基于晶体管的PRAM(阶段改随机存储)【3】， 除了HP 公司的基于电阻的RRAM 【4-5】. 最近 Stanley Williams et al. 研制出了一个二氧化钛膜由铂电子包夹的，表现为倒滞后环的具有明显存储功能的材料----忆阻器 【6】。 忆阻器是leon O.Chua 于1971年【7】作为第四电路的基本元件提出的一种假定。它是基于自然界中电磁机制的非线性特性。 相对于传统的晶体管存储器，忆阻存储器有许多的优点。 第一是其极小的尺寸。 尽管忆阻的发展还处于萌芽阶段， 但他只是同等规格RAM 的十分之一【9】。 如果忆阻的制造工艺得到提高， 那么他的优势将更加明显。 忆阻另一个无法比拟的潜在优点就是能够存储模拟信息，这就使得忆阻能够在一个存储单元储存多个BIT 的信息【7-8】。 另外忆阻也是人工神经网络中执行神经触角权重【10】理想的装置。 尽管有这么多有利的功能，但忆阻在实际应用中还是存在一些缺点。 一个是由于磁通量与电荷量曲线的非线性使得在为实现预定阻值而选择合适脉冲宽度时造成困难。 如果这个非线性在制造芯片过程中的死区表现得非常明显， 那么这个问题就会很严重。另一个是由于忆阻器存储了所有的信号，也包括忆阻中的噪声，这就造成了忆阻器与初始值相比出现扰动。 2． 忆阻的基本原理 忆阻器的基本原理是基于基础电路的非线性特性。在定义基础电路元件的相互关系时，电荷量可以定义为电荷量对时间的积分，即： ()t q i d ττ-∞=?（t) （1） 同样的，电流i 是电荷量q 对时间的微分 dq i dt = （2） 类似的，通量?被定义为电压对时间的积分 ()()t t v d ?ττ-∞ =? （3） 同样的，电压v 是通量对时间的微分 d v dt ?= （4） 用（4）式除以（2）式，我们可以得到电阻

带阻滤波器的设计与仿真(DOC)

带阻滤波器的设计与仿真 摘要：本文利用ADS设计了一个带阻滤波器，预期目标是满足中心频率为6GHz，相对带宽为9%，带内波纹小于0.2dB，阻带衰减大于25dB，在频率5.5GHz和6.5GHz处，衰减小于3dB，输入输出阻抗为50Ω。设计完成对其进行优化，结果证明，优化之后，带阻滤波器的的各项参数更加符合预期的要求。 关键字：ADS；带阻滤波器；优化 The Design And Simulation Of Bandstop Filter Abstract: this paper ADS design a band elimination filter, anticipated goal is to meet the center frequency for 6 GHz, relative bandwidth for 9%, less than 0.2 dB with inner ripple, stop-band attenuation more than 25 dB, 5.5 GHz in frequency and 6.5 GHz place, less than 3 dB atten uation, input/output impedance for 50 Ω. Design completed the optimization results show, after optimization, with the parameters of the stop filter more in line with the requirements of the expected. Key Words: ADS;Bandstop filter; optimization 一、引言 带阻滤波器是指能通过大多数频率分量、但将某些范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带通滤波器的概念相对。要想得到带阻滤波器，只需将输入电压同时作用于低通滤波器和高通滤波器，再将两个电路的输出电压求和，就可以实现。从这个概念，本文利用理查德变换和科洛达规则的原理进行设计。二、微带短截线带阻滤波器的理论基础 当频率不高时，滤波器主要是由集总元件电感和电容构成，但当频率高500Mz 时，滤波器通常由分布参数元件构成，这是由于两个原因造成的，其一是频率高时电感和电容应选的元件值小，由于寄生参数的影响，如此小的电感和电容已经不能再使用集总参数元件；其二是此时工作波长与滤波器元件的物理尺寸相近，滤波器元件之间的距离不可忽视，需要考虑分布参数效应。我们这次设计采用短截线方法，将集总元件滤波器变换为分布参数滤波器，其中理查德变换用于将集总元件变换为传输段，科洛达规则可以将各滤波器元件分隔。 1.理查德变换 通过理查德变换，可以将集总元件的电感和电容用一段终端短路和终端开路的传输线等效。终端短路和终端开路传输线的输入阻抗具有纯电抗性，利用传输线的这一特性，可以实现集总元件到分布参数元件的变换。在传输线理论中，终

忆阻器

忆阻器(Memristor) 忆阻器被证实存在 按照我们目前的知识，基本的无源电子元件只有3大类，即电阻器、电容器和电感器。而事实上，无源电路中有4大基本变量，即电流、电压、电荷和磁通量。早在1971年加州大学伯克利分校的蔡少棠(Leon Chua)教授就提出一种预测：应该有第四个元件的存在。他在其论文《忆阻器：下落不明的电路元件》提出了一类新型无源元件—记忆电阻器(简称忆阻器)的原始理论架构，推测电路有天然的记忆能力。忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻。通过控制电流的变化可改变其阻值，如果把高阻值定义为“1”，低阻值定义为“0”，则这种电阻就可以实现存储数据的功能。 2008年，美国惠普实验室下属的信息和量子系统实验室的研究人员在英国《自然》杂志上发表论文宣称，他们已经证实了电路世界中的第四种基本元件———忆阻器(Memristor)的存在，并成功设计出一个能工作的忆阻器实物模型。在该系统中，固态电子和离子运输在一个外加偏置电压下是耦合在一起的。这一发现可帮助解释过去50年来在电子装置中所观察到的明显异常的回滞电流—电压行为的很多例子。忆阻器器件的最有趣的特征是它可以记忆流经它的电荷数量。其电阻取决于多少电荷经过了这个器件，即让电荷以一个方向流过，电阻会增加；如果让电荷以反向流动，电阻就会减小。简单地说，这种器件在任一时刻的电阻是时间的函数———多少电荷向前或向后经

目前已经可以通过一些技术途径实现忆阻器，但制约这类新硬件发展的主要问题是电路中的设计。目前还没有忆阻器的设计模型使其用于电路当中。有人预测，这种产品5年后才可能投入商业应用。 忆阻器将有可能用来制造非易失性存储设备、即开型PC（个人电脑）、更高能效的计算机和类似人类大脑方式处理与联系信息的模拟式计算机等，甚至可能会通过大大提高晶体管所能达到的功能密度，这将对电子科学的发展历程产生重大影响。 忆阻器 基础电子学教科书列出三个基本的被动电路元件：电阻器、电容器和电感器；电路的四大基本变量则是电流、电压、电荷和磁通量。任教于加州大学伯克利分校的蔡少棠（Leon Chua），37年前就预测有第四个元件的存在，即忆阻器（memristor）。简单说，忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻。通过控制电流的变化可改变其阻值，如果把高阻值定义为“1”，低阻值定义为“0”，则这种电阻就可以实现存储数据的功能。实际上就是一个有记忆功能的非线性电阻器

带阻滤波器介绍及ADS设计实例

帯阻滤波器研究 1 绪论 1.1带阻滤波器的研究意义 微波滤波器具有选频、分频和隔离信号等重要作用,在现代微波毫米波通信、卫星通信、遥感和雷达技术等系统中应用广泛，其性能的优劣将直接影响到整个系统的运行质量。而带阻滤波器作为微波滤波器的一种,在通信系统中也起着十分重要的作用。通常在许多微波系统中,要求信号传输时，衰减应尽可能的小,而对不需要的噪声、干扰、杂散等则要抑制掉，即需具有很高的衰减度。带阻滤波器适于在宽频范围滤除某窄带频，无线通信系统中抑制高功率发射机、非线性功放的杂散频谱以及带通滤波器的寄生通带等，这时，如采用一个或几个带阻滤波器来抑制它们，就比采用带通滤波器的宽阻带来抑制更加灵活有效。 传统的带阻滤波器设计结构一般是由1 /4波长短截线谐振器，并沿主波导或主传输线排列，而谐振器间隔为1/ 4波长的奇数倍，这种结构的带阻滤波器的矩形系数不够理想且体积庞大。事实上，比较带通滤波器和带阻滤波器的频率响应，不难发现，带通滤波器的回波损耗对应带阻滤波器的带内衰减，带通滤波器的通带对应带阻滤波器的阻带，带通滤波器的传输零点对应带阻滤波器的反射零点，可见将带通滤波器的各种拓扑结构来实现带阻滤波器的设计是可行的。 随着信息产业和无线通信的蓬勃发展，微波频段呈现相对拥挤的状态，这就对滤波器的性能提出了更高的要求，尤其是在移动通讯基站双工器和多工器中使用的滤波器，除了通带内低插入损耗、小型化的要求外，对通带外的衰减更是提出了苛刻的要求。据此传统的滤波器，比如：最大平坦和切比雪夫滤波器很难胜任。增加滤波器的阶数，可以提高矩形系数，是一种在传统的滤波器设计中比较有效的方法，但这样体积、带内插损均增加了。虽然椭圆函数滤波器具有带外有限零点，零点位置却由阶数决定，且只适用于零点位置对称的情况。以广义切比雪夫函数实现的滤波器通过非相邻谐振腔的交叉耦合，可以产生有限零点，且这些零点可以是对称的，也可以是非对称的，这使得可以更加灵活地根据需要对滤波器的带外抑制度进行调节，提高其矩形系数。 另外，通过引入源与负载间直接耦合，N阶交叉耦合滤波器可以实现N个带外有限远处的零点。但这种结构源与负载之间需要很强的耦合，在一些实际应用中不易实现。非谐振节点的引入，N阶滤波器能产生N个有限频率的零点而不需源与负载直接耦合，也不必交叉耦合。这种方法还便于滤波器的模块化设计，即用于将简单的产生传输零点的结构进行级联，使得每个单元仍能独立的控制其零点，故这种结构的滤波器便于调谐并降低了制造公差的灵敏度。 同轴腔体滤波器在微波频段是应用最广泛的滤波器之一。同轴腔体滤波器的带内插损低，结构紧凑，有电容加载时，同轴腔体滤波器的体积可以做得很小，此外，其还有功率容量高等优点。据此，采用同轴腔体滤波器设计选频双工器，通过改变传统结构，可实现很高的收端异频隔离度和收端同频隔离度。 1.2国内外带阻滤波器的研究现状 在过去的几十年中，带通滤波器已经被广泛研究，但是带阻滤波器的报道较少。一般带阻滤波器设计是由1/4波长短截线谐振器构成的，谐振器间隔1/4长的奇数倍并沿主波导或主传输线排列，这种结构的带阻滤波器的矩形系数不理想