面向纳米交叉杆结构的多值忆阻器自适应编程电路及方法

摘要

本发明公开了一种面向纳米交叉杆结构的多值忆阻器自适应编程电路及方法，目的是解决忆阻器多值编程的精度问题并提高编程的效率。该编程电路由纳米交叉杆和N个反馈控制单元组成，纳米交叉杆中包含M条横向纳米线、N条纵向纳米线及M×N个忆阻器，每个反馈控制单元与纳米交叉杆的一条纵向纳米线相连。编程方法是首先对被编程的一行忆阻器进行擦除操作，将这一行忆阻器的电阻值全部初始化到高阻值，再对被编程的一行忆阻器进行编程操作，每个反馈控制单元通过参考电压输入端口接收参考电压信号，将被编程的一行忆阻器的电阻值编程到各自的目标阻值。本发明多值忆阻器的电阻值可根据需要在其变化范围内进行编程修改，编程精度较高，编程效率较高。

主权项

一种面向纳米交叉杆结构的多值忆阻器自适应编程电路，其特征在于面向纳米交叉杆结构的多值忆阻器自适应编程电路由纳米交叉杆和N个反馈控制单元组成，有M个选通信号输入端口、一个擦除或保护电压输入端口、一个偏置电压输入端口、N个参考电压输入端口，M为纳米交叉杆的横向纳米线的条数，N为纳米交叉杆的纵向纳米线的条数，N个反馈控制单元分别与纳米交叉杆的N条纵向纳米线相连：纳米交叉杆中包含M条横向纳米线、N条纵向纳米线及M×N个忆阻器，其中忆阻器选择有阈值效应的忆阻器，其正阈值电压为VP，负阈值电压为‑VN，忆阻器的连接应使得当在与横向纳米线相连一端施加正电压且在与纵向纳米线相连一端施加负电压时忆阻器电阻值减小；第i条纵向纳米线的一端与第i个反馈控制单元的输出端相连，接收其输出的编程电压信号VPRO‑i，i为正整数，且1≤i≤N；每条横向纳米线的一端即是一个选通信号输入端口，选通信号输入端口从外部接收选通信号，用于选通纳米交叉杆中的一行忆阻器进行擦除或编程；每个反馈控制单元与纳米交叉杆的一条纵向纳米线相连，它通过擦除或保护电压输入端口接收擦除或保护电压信号，通过偏置电压输入端口接收偏置电压信号，N个反馈控制单元共用一个擦除或保护电压信号VPRT输入端和一个偏置电压信号VBLAS输入端，每个反馈控制单元均有一个参考电压输入端口，通过参考电压输入端口接收参考电压信号，用于将被编程忆阻器编程到目标阻值；每个反馈控制单元由一个运算放大器、一个负反馈电阻、一个同向输入端电阻、一个电压比较器、一个PMOS晶体管及一个NMOS晶体管组成；NMOS晶体管的栅极即是偏置电压信号VBLAS输入端，NMOS晶体管的漏极即是编程电压信号VPRO‑i输出端，与纵向纳米线相连，NMOS晶体管的源极与运算放大器的负向输入端相连；PMOS晶体管的栅极与电压比较器输出端相连，PMOS晶体管的源极是擦除或保护电压信号VPRT输入端，PMOS晶体管的漏极与NMOS晶体管的漏极相连；负反馈电阻连接在运算放大器负向输入端和输出端之间，其阻值PF=ROFFVMAX/VCC，其中ROFF为忆阻器电阻值可以达到的最大值，忆阻器电阻值的变化范围为[RON,ROFF]，VMAX为电压比较器输入信号的最大值，VCC为正 电压，且VP