專利名稱：面向納米交叉桿結(jié)構(gòu)的多值憶阻器自適應(yīng)編程電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米電子學(xué)領(lǐng)域，特別涉及面向納米交叉桿結(jié)構(gòu)的多值憶阻器自適應(yīng)編程電路及編程方法。
背景技術(shù)：
憶阻器是一種新型的納米電子器件，被認(rèn)為是與電阻、電容和電感并列的第四種基本電子元器件。在外界電壓的作用下，憶阻器的電阻值可以在一定范圍內(nèi)變化，并在斷電后保持電阻值不變?；谶@種特性，在高密度存儲(chǔ)器、可重構(gòu)邏輯電路等重要領(lǐng)域，國(guó)際上目前已經(jīng)提出了大量的研究成果，具有廣泛的應(yīng)用前景。憶阻器的多值存儲(chǔ)特性是將其應(yīng)用于高密度非易失性存儲(chǔ)器以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路等領(lǐng)域的關(guān)鍵。然而多值憶阻器的應(yīng)用面臨編程電路的精度和編程效率等方面的技術(shù)難點(diǎn)。理論上，當(dāng)憶阻器的器件特性確定后，可以計(jì)算出對(duì)其進(jìn)行多值編程所需的具體電路·條件，通過(guò)設(shè)定電壓脈沖寬度即可完成對(duì)多值憶阻器的編程。然而脈沖寬度是根據(jù)事先確定的電路參數(shù)獲得的，沒(méi)有將憶阻器的器件參數(shù)存在的誤差考慮在內(nèi)，無(wú)法達(dá)到較高的編程精度。納米交叉桿結(jié)構(gòu)是一種憶阻器的集成電路結(jié)構(gòu)，具有電路密度高、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。納米交叉桿結(jié)構(gòu)是最早通過(guò)實(shí)驗(yàn)制備獲得的憶阻器集成電路結(jié)構(gòu)，也是目前設(shè)計(jì)和制備憶阻器電路的主要途徑。為了將多值憶阻器應(yīng)用于納米交叉桿結(jié)構(gòu)中，具有自適應(yīng)功能的編程電路是一種可行的途徑。自適應(yīng)編程不需要提前設(shè)定編程脈沖的寬度，而是在編程過(guò)程中判斷是否已經(jīng)將憶阻器的電阻值編程到目標(biāo)阻值，進(jìn)而動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)編程脈沖的寬度，從而達(dá)到較高的編程精度。然而，已經(jīng)提出的多值憶阻器的自適應(yīng)編程電路無(wú)法滿足納米交叉桿結(jié)構(gòu)的要求，編程效率也較低。已有的面向納米交叉桿結(jié)構(gòu)的憶阻器編程電路研究主要基于具有二值存儲(chǔ)特性的憶阻器，無(wú)法直接應(yīng)用到對(duì)多值憶阻器的編程上。目前，納米交叉桿結(jié)構(gòu)中多值憶阻器的編程問(wèn)題尚無(wú)有效的解決辦法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種適用于納米交叉桿結(jié)構(gòu)的多值憶阻器自適應(yīng)編程電路，可以將納米交叉桿中的憶阻器的電阻值根據(jù)需要在其變化范圍內(nèi)進(jìn)行修改，具有自動(dòng)調(diào)節(jié)編程電壓脈沖寬度的特點(diǎn)，可以對(duì)一行憶阻器同時(shí)進(jìn)行編程，既可以解決由于器件參數(shù)誤差引起的憶阻器多值編程的精度問(wèn)題，又可有效提高編程的效率，可廣泛應(yīng)用于多值存儲(chǔ)器和硬件神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明面向納米交叉桿結(jié)構(gòu)的多值憶阻器自適應(yīng)編程電路由納米交叉桿和N個(gè)反饋控制單元組成。N為納米交叉桿的縱向納米線的條數(shù)，是正整數(shù)。N個(gè)反饋控制單元分別與納米交叉桿的N條縱向納米線相連。面向納米交叉桿結(jié)構(gòu)的多值憶阻器自適應(yīng)編程電路的輸入輸出端口包括M個(gè)選通信號(hào)輸入端口、一個(gè)擦除或保護(hù)電壓輸入端口、一個(gè)偏置電壓輸入端口、N個(gè)參考電壓輸入端口。M為納米交叉桿的橫向納米線的條數(shù)。納米交叉桿中包含M條橫向納米線、N條縱向納米線及MXN個(gè)憶阻器，其中憶阻器選擇有閾值效應(yīng)的憶阻器，其正閾值電壓為VP，負(fù)閾值電壓為-Vn (閾值效應(yīng)和正、負(fù)閾值電壓的定義見Chris等人在2011年第10期第32卷《IEEE Electron Device Letters》上發(fā)表的“A Memristor Device Model”)。憶阻器的連接應(yīng)使得當(dāng)在與橫向納米線相連一端施加正電壓且在與縱向納米線相連一端施加負(fù)電壓時(shí)憶阻器電阻值減小。第i條縱向納米線的一端與第i個(gè)反饋控制單元的輸出端相連，接收其輸出的編程電壓信號(hào)Vpikm, (i為正整數(shù)，且I < i < N)。每條橫向納米線的一端即是一個(gè)選通信號(hào)輸入端口，選通信號(hào)輸入端口從外部接收選通信號(hào)，用于選通納米交叉桿中的一行憶阻器進(jìn)行擦除或編程。對(duì)憶阻器進(jìn)行編程時(shí)需要首先對(duì)憶阻器進(jìn)行擦除操作，將其電阻值初始化為高阻值Rtw (Roff為憶阻器電阻值可以達(dá)到的最大值，憶阻器電阻值的變化范圍為[Rw，Roff])，然后再通過(guò)編程操作將其電阻值編程到需要的目標(biāo)阻值Rtak+ Ron ( Rtaih ( R<w。當(dāng)進(jìn)行擦除操作時(shí)，M條橫向納米線通過(guò)選通信號(hào)輸入端口接收M個(gè)選通信號(hào)，其中一個(gè)選通信號(hào)為0V，表示選通與該橫·向納米線相連的一行憶阻器，其它選通信號(hào)為V。。，表示與該橫向納米線相連的一行憶阻器未被選通(V。。為正電壓，且VP〈Vrc〈VP+VN)。這時(shí)，被選通的一行憶阻器的電阻值在編程電壓信號(hào)Vpkm的作用下全部被擦除到高阻值Rtw，未被選通的憶阻器的電阻值不發(fā)生改變。當(dāng)進(jìn)行編程操作時(shí)，M條橫向納米線通過(guò)選通信號(hào)輸入端口接收M個(gè)選通信號(hào)，其中一個(gè)選通信號(hào)為V。。，表示選通與該橫向納米線相連的一行憶阻器，其它選通信號(hào)為0V，表示與該橫向納米線相連的一行憶阻器未被選通。這時(shí)，被選通的一行憶阻器的電阻值分別在第i個(gè)編程電壓信號(hào)Vpkm的作用下被編程到目標(biāo)阻值RTAK_i。未被選通的憶阻器的電阻值不發(fā)生改變。每個(gè)反饋控制單元與納米交叉桿的一條縱向納米線相連，它通過(guò)擦除或保護(hù)電壓輸入端口接收擦除或保護(hù)電壓信號(hào)，用于在對(duì)憶阻器進(jìn)行擦除或編程時(shí)提供驅(qū)動(dòng)或保護(hù)電壓。通過(guò)偏置電壓輸入端口接收偏置電壓信號(hào)，用于在對(duì)憶阻器進(jìn)行擦除或編程時(shí)提供偏置電壓。N個(gè)反饋控制單元共用一個(gè)擦除或保護(hù)電壓信號(hào)Vpkt輸入端和一個(gè)偏置電壓信號(hào)Vblas輸入端。每個(gè)反饋控制單元均有一個(gè)參考電壓輸入端口，通過(guò)參考電壓輸入端口接收參考電壓信號(hào)，用于將被編程憶阻器編程到目標(biāo)阻值。每個(gè)反饋控制單元由一個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)負(fù)反饋電阻、一個(gè)同向輸入端電阻、一個(gè)電壓比較器、一個(gè)PMOS晶體管及一個(gè)NMOS晶體管組成。NMOS晶體管的柵極即是偏置電壓信號(hào)Vbus輸入端，NMOS晶體管的漏極即是編程電壓信號(hào)Vpkm輸出端，與縱向納米線相連，NMOS晶體管的源極與運(yùn)算放大器的負(fù)向輸入端相連。PMOS晶體管的柵極與電壓比較器輸出端相連，PMOS晶體管的源極是擦除或保護(hù)電壓信號(hào)Vpkt輸入端，PMOS晶體管的漏極與NMOS晶體管的漏極相連。負(fù)反饋電阻連接在運(yùn)算放大器負(fù)向輸入端和輸出端之間，其阻值Rf=IVfVmaW其中Vmax為電壓比較器輸入信號(hào)的最大值。同向輸入端電阻連接在運(yùn)算放大器正向輸入端和地之間，其阻值Rt=IW/(M+R_/Rf)。電壓比較器的正向輸入端接收運(yùn)算放大器輸出端輸出的電壓，負(fù)向輸入端即是參考電壓輸入端口。采用本發(fā)明對(duì)納米交叉桿中的憶阻器進(jìn)行自適應(yīng)編程的方法是首先對(duì)被編程的一行憶阻器進(jìn)行擦除操作，將這一行憶阻器的電阻值全部初始化到高阻值Rtw ;然后對(duì)被編程的一行憶阻器進(jìn)行編程操作，將這一行憶阻器的電阻值編程到各自的目標(biāo)阻值Rtaim。由于各個(gè)反饋控制單元的工作過(guò)程相同且彼此獨(dú)立，因此下面以第i個(gè)反饋控制單元為例進(jìn)行說(shuō)明。第一步，對(duì)被編程的一行憶阻器進(jìn)行擦除操作。從擦除或保護(hù)電壓輸入端口輸入極性為正、幅度為\c的擦除或保護(hù)電壓信號(hào)Vpkt，從偏置電壓輸入端口輸入OV的偏置電壓信號(hào)Vbus,從參考電平輸入端口輸入極性為正、幅度為V。。的參考電壓信號(hào)Vkhmij這將使得電壓比較器的輸出為低電平，并將PMOS晶體管導(dǎo)通，將NMOS晶體管截止，從而使編程電壓信號(hào)Vpkm輸出V。。。同時(shí)，從選通信號(hào)輸入端口輸入M個(gè)選通信號(hào)，其中被選通的憶阻器所在的橫向納米線輸入0V，未被選通的憶阻器所在行輸入幅度為V。。的正電壓。此時(shí)被編程的憶阻器由于兩端的電壓差-V。。小于負(fù)閾值-Vn，其電阻值向增加的方向變化。未被編程的憶阻器由于兩端的電壓差為0，因此電阻值保持不變。在經(jīng)過(guò)時(shí)間Teka之后，所有被編程的憶阻器的阻值都被編程到高阻值Rtw。這時(shí)輸入極性為負(fù)、幅度為V。。的參考電壓，將選通信號(hào)全部置低，完成擦除操作。Teka為憶阻器的電阻值被上述擦除電路從低阻值Ron修改到高 阻值Rotf所需的時(shí)間。第二步，對(duì)被編程的一行憶阻器進(jìn)行編程操作。從擦除或保護(hù)電壓輸入端口輸入幅度為Vn、極性為正的擦除或保護(hù)電壓Vm，從偏置電壓輸入端口輸入幅度為V。。、極性為正的偏置電壓Vbus,從第i個(gè)參考電壓輸入端口輸入大小為、極性為負(fù)的參考電壓Vkef+其中Rtaih是被選通行第i列憶阻器的目標(biāo)阻值。由于被編程的憶阻器的阻值已經(jīng)被擦除成高阻值R<w，因此運(yùn)算放大器的初始輸出電壓為Vdi=-VccRW。由于Rtak-^IVf,因此這使得電壓比較器的輸出為高電平。這將使PMOS晶體管截止，同時(shí)由于NMOS晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，反饋控制單元將輸出低電平OV的編程電壓信號(hào)Vpkmij從選通信號(hào)輸入端口輸入一組選通信號(hào)，其中被選通的憶阻器所在橫向納米線輸入V。。，未被選通的憶阻器所在行輸入0V。此時(shí)未被選通的憶阻器由于兩端的電壓差為0，因此電阻值保持不變。被選通的憶阻器由于兩端的電壓差Vrc大于正閾值VP，其電阻值向減小的方向變化。當(dāng)憶阻器的電阻值減小到Rtaih時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出電壓這使得電壓比較器輸出低電平，將PMOS晶體管導(dǎo)通。此時(shí)反饋控制單元輸出的電壓與擦除或保護(hù)電SVpkt接近，即Vpkm Vn，這使被編程憶阻器兩端的壓差由Vrc減小到Vrc-VN。由于這時(shí)被編程憶阻器兩端的壓差小于正閾值電壓，即因此其電阻值停留在Rtam狀態(tài)，不再發(fā)生變化。對(duì)于未被選通進(jìn)行編程的憶阻器，其兩端電壓差為負(fù)，幅度略小于負(fù)閾值電壓Vn，因此阻值不會(huì)發(fā)生變化。在經(jīng)過(guò)時(shí)間Tpro之后，所有被編程的憶阻器的阻值都將被修改到目標(biāo)阻值Rtaih。這時(shí)將編程選通信號(hào)全部置低。Tpro為憶阻器的電阻值被上述反饋控制單元編程從高阻值Rotf修改到低阻值Rm所需的時(shí)間。對(duì)具有不同參數(shù)和目標(biāo)阻值的憶阻器，所需編程電壓Vpkm的脈沖寬度不需要提前設(shè)定，而是在編程過(guò)程中根據(jù)憶阻器的阻值變化動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以達(dá)到以下技術(shù)效果I、本發(fā)明納米交叉桿結(jié)構(gòu)中的多值憶阻器的電阻值可根據(jù)需要在其變化范圍內(nèi)進(jìn)行編程修改。2、本發(fā)明編程精度與電路中憶阻器的器件參數(shù)誤差無(wú)關(guān)，可通過(guò)自適應(yīng)地調(diào)節(jié)編程電壓信號(hào)Vpkm的脈沖寬度達(dá)到較高的編程精度。
3、本發(fā)明編程時(shí)是按行對(duì)納米交叉桿結(jié)構(gòu)中的憶阻器進(jìn)行編程，編程效率較高。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中反饋控制單元的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖I是本發(fā)明面向納米交叉桿結(jié)構(gòu)的多值憶阻器自適應(yīng)編程電路的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明由納米交叉桿和N個(gè)反饋控制單元組成。N為納米交叉桿的縱向納米線的條數(shù)，是正整數(shù)。N個(gè)反饋控制單元分別與納米交叉桿的N條縱向納米線相連。電路的輸入輸出端口·包括M個(gè)選通信號(hào)輸入端口、一個(gè)擦除或保護(hù)電壓輸入端口、一個(gè)偏置電壓輸入端口、N個(gè)參考電壓輸入端口。M為納米交叉桿的橫向納米線的條數(shù)。納米交叉桿中包含M條橫向納米線、N條縱向納米線及MXN個(gè)憶阻器，其中憶阻器選擇有閾值效應(yīng)的憶阻器，其正閾值電壓為VP，負(fù)閾值電壓為-Vno憶阻器的連接應(yīng)使得當(dāng)在與橫向納米線相連一端施加正電壓且在與縱向納米線相連一端施加負(fù)電壓時(shí)憶阻器電阻值減小。第i條縱向納米線的一端與第i個(gè)反饋控制單元的輸出端相連，接收其輸出的編程電壓信號(hào)VP(M，i為正整數(shù)，且I < i < N。每條橫向納米線的一端即是一個(gè)選通信號(hào)輸入端口，選通信號(hào)輸入端口從外部接收選通信號(hào)，用于選通納米交叉桿中的一行憶阻器進(jìn)行擦除或編程。對(duì)憶阻器進(jìn)行編程時(shí)需要首先對(duì)憶阻器進(jìn)行擦除操作，將其電阻值初始化為高阻值Roff,然后再通過(guò)編程操作將其電阻值編程到需要的目標(biāo)阻值Rtaih，Ron ( RTA-i ( R<w。當(dāng)進(jìn)行擦除操作時(shí)，M條橫向納米線通過(guò)選通信號(hào)輸入端口接收M個(gè)選通信號(hào)，其中一個(gè)選通信號(hào)為0V，表示選通與該橫向納米線相連的一行憶阻器，其它選通信號(hào)為V。。，表示與該橫向納米線相連的一行憶阻器未被選通(Vcc為正電壓，且VP〈Vrc〈VP+VN)。這時(shí)，被選通的一行憶阻器的電阻值在編程電壓信號(hào)Vpkm的作用下全部被擦除到高阻值Rtw,未被選通的憶阻器的電阻值不發(fā)生改變。當(dāng)進(jìn)行編程操作時(shí)，M條橫向納米線通過(guò)選通信號(hào)輸入端口接收M個(gè)選通信號(hào)，其中一個(gè)選通信號(hào)為V。。，表示選通與該橫向納米線相連的一行憶阻器，其它選通信號(hào)為0V，表示與該橫向納米線相連的一行憶阻器未被選通。這時(shí)，被選通的一行憶阻器的電阻值分別在第i個(gè)編程電壓信號(hào)Vpkm的作用下被編程到目標(biāo)阻值Rtaih。未被選通的憶阻器的電阻值不發(fā)生改變。圖2是本發(fā)明中反饋控制單元的電路示意圖。每個(gè)反饋控制單元與納米交叉桿的一條縱向納米線相連，它通過(guò)擦除或保護(hù)電壓輸入端口接收擦除或保護(hù)電壓信號(hào)，用于在對(duì)憶阻器進(jìn)行擦除或編程時(shí)提供驅(qū)動(dòng)或保護(hù)電壓。通過(guò)偏置電壓輸入端口接收偏置電壓信號(hào)，用于在對(duì)憶阻器進(jìn)行擦除或編程時(shí)提供偏置電壓。N個(gè)反饋控制單元共用一個(gè)擦除或保護(hù)電壓信號(hào)Vpkt輸入端和一個(gè)偏置電壓信號(hào)Vbus輸入端。每個(gè)反饋控制單兀均有一個(gè)參考電壓輸入端口，通過(guò)參考電壓輸入端口接收參考電壓信號(hào)，用于間接地給出被編程憶阻器的目標(biāo)阻值。每個(gè)反饋控制單元由一個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)負(fù)反饋電阻、一個(gè)同向輸入端電阻、一個(gè)電壓比較器、一個(gè)PMOS晶體管及一個(gè)NMOS晶體管組成。NMOS晶體管的柵極即是偏置電壓信號(hào)Vbus輸入端，NMOS晶體管的漏極即是編程電壓信號(hào)Vpkm輸出端，與縱向納米線相連，NMOS晶體管的源極與運(yùn)算放大器的負(fù)向輸入端相連。PMOS晶體管的柵極與電壓比較器輸出端相連，PMOS晶體管的源極是擦除或保護(hù)電壓信號(hào)Vpkt輸入端，PMOS晶體管的漏極與NMOS晶體管的漏極相連。負(fù)反饋電阻連接在運(yùn)算放大器負(fù)向輸入端和輸出端之間，其阻值Rf=IVfVmaW其中Vmax為電壓比較器輸入信號(hào)的最大值。同向輸入端電阻連接在運(yùn)算放大器正向輸入端和地之間，其阻值Rt=IW/(M+R_/Rf)。電壓比較器的正向輸入端接收運(yùn)算放大器輸出端輸出的電壓，負(fù)向輸入端即是參考電壓輸入端口?！?br> 權(quán)利要求
1.ー種面向納米交叉桿結(jié)構(gòu)的多值憶阻器自適應(yīng)編程電路，其特征在于面向納米交叉桿結(jié)構(gòu)的多值憶阻器自適應(yīng)編程電路由納米交叉桿和N個(gè)反饋控制單元組成，有M個(gè)選通信號(hào)輸入端ロ、一個(gè)擦除或保護(hù)電壓輸入端ロ、一個(gè)偏置電壓輸入端ロ、N個(gè)參考電壓輸入端ロ，M為納米交叉桿的橫向納米線的條數(shù)，N為納米交叉桿的縱向納米線的條數(shù)，N個(gè)反饋控制單元分別與納米交叉桿的N條縱向納米線相連 納米交叉桿中包含M條橫向納米線、N條縱向納米線及MXN個(gè)憶阻器，其中憶阻器選擇有閾值效應(yīng)的憶阻器，其正閾值電壓為VP，負(fù)閾值電壓為-Vn，憶阻器的連接應(yīng)使得當(dāng)在與橫向納米線相連一端施加正電壓且在與縱向納米線相連一端施加負(fù)電壓時(shí)憶阻器電阻值減??；第i條縱向納米線的一端與第i個(gè)反饋控制單元的輸出端相連，接收其輸出的編程電壓信號(hào)Vpkm, i為正整數(shù)，且I < i < N ;每條橫向納米線的一端即是ー個(gè)選通信號(hào)輸入端ロ，選通信號(hào)輸入端ロ從外部接收選通信號(hào)，用于選通納米交叉桿中的一行憶阻器進(jìn)行擦除或編程； 每個(gè)反饋控制単元與納米交叉桿的一條縱向納米線相連，它通過(guò)擦除或保護(hù)電壓輸入端ロ接收擦除或保護(hù)電壓信號(hào)，通過(guò)偏置電壓輸入端ロ接收偏置電壓信號(hào)，N個(gè)反饋控制單元共用一個(gè)擦除或保護(hù)電壓信號(hào)Vpkt輸入端和ー個(gè)偏置電壓信號(hào)Vblas輸入端，每個(gè)反饋控制単元均有一個(gè)參考電壓輸入端ロ，通過(guò)參考電壓輸入端ロ接收參考電壓信號(hào)，用于將被編程憶阻器編程到目標(biāo)阻值； 每個(gè)反饋控制単元由一個(gè)運(yùn)算放大器、ー個(gè)負(fù)反饋電阻、ー個(gè)同向輸入端電阻、ー個(gè)電壓比較器、ー個(gè)PMOS晶體管及ー個(gè)NMOS晶體管組成；NM0S晶體管的柵極即是偏置電壓信號(hào)Vbus輸入端，NMOS晶體管的漏極即是編程電壓信號(hào)Vpkm輸出端，與縱向納米線相連，NMOS晶體管的源極與運(yùn)算放大器的負(fù)向輸入端相連；PM0S晶體管的柵極與電壓比較器輸出端相連，PMOS晶體管的源極是擦除或保護(hù)電壓信號(hào)Vpkt輸入端，PMOS晶體管的漏極與NMOS晶體管的漏極相連；負(fù)反饋電阻連接在運(yùn)算放大器負(fù)向輸入端和輸出端之間，其阻值PF=R<wVMX/V。。，其中Rtw為憶阻器電阻值可以達(dá)到的最大值，憶阻器電阻值的變化范圍為[Ron, Roff]，Vmax為電壓比較器輸入信號(hào)的最大值，Vrc為正電壓，且VP〈Vrc〈VP+VN ；同向輸入端電阻連接在運(yùn)算放大器正向輸入端和地之間，其阻值Rt=IWパM+R_/Rf);電壓比較器的正向輸入端接收運(yùn)算放大器輸出端輸出的電壓，負(fù)向輸入端即是參考電壓輸入端ロ。
2.一種如權(quán)利要求I所述的面向納米交叉桿結(jié)構(gòu)的多值憶阻器自適應(yīng)編程電路的編程方法，其特征在于首先對(duì)被編程的一行憶阻器進(jìn)行擦除操作，將這一行憶阻器的電阻值全部初始化到高阻值Roff ;然后對(duì)被編程的一行憶阻器進(jìn)行編程操作，將這一行憶阻器的電阻值編程到各自的目標(biāo)阻值Rtaih, Ron ^ Rtaih ^ Roffj各個(gè)反饋控制單元的工作過(guò)程相同且彼此獨(dú)立。
3.如權(quán)利要求2所述的面向納米交叉桿結(jié)構(gòu)的多值憶阻器自適應(yīng)編程電路的編程方法，其特征在于對(duì)被編程的一行憶阻器進(jìn)行擦除操作的方法是從擦除或保護(hù)電壓輸入端ロ輸入極性為正、幅度為\c的擦除或保護(hù)電壓信號(hào)Vm，從偏置電壓輸入端ロ輸入OV的偏置電壓信號(hào)Vbus,從參考電平輸入端ロ輸入極性為正、幅度為V。。的參考電壓信號(hào)Vm^i,使得電壓比較器的輸出為低電平，并將PMOS晶體管導(dǎo)通，將NMOS晶體管截止，使編程電壓信號(hào)乂_ィ輸出V。。；同時(shí)，從選通信號(hào)輸入端ロ輸入M個(gè)選通信號(hào)，其中被選通的憶阻器所在的橫向納米線輸入0V，未被選通的憶阻器所在行輸入幅度為V。。的正電壓，此時(shí)被編程的憶阻器電阻值向増加的方向變化，未被編程的憶阻器電阻值保持不變；在經(jīng)過(guò)時(shí)間Teka之后，所有被編程的憶阻器的阻值都被編程到高阻值Rtw，這時(shí)輸入極性為負(fù)、幅度為V。。的參考電壓，將選通信號(hào)全部置低，完成擦除操作；Teka為憶阻器的電阻值被上述擦除電路從低阻值Ron修改到高阻值Rtw所需的時(shí)間。
4.如權(quán)利要求2所述的面向納米交叉桿結(jié)構(gòu)的多值憶阻器自適應(yīng)編程電路的編程方法，其特征在于對(duì)被編程的一行憶阻器進(jìn)行編程操作的方法是從擦除或保護(hù)電壓輸入端ロ輸入幅度為Vn、極性為正的擦除或保護(hù)電HVm，從偏置電壓輸入端ロ輸入幅度為V。。、極性為正的偏置電壓Vbus，從第i個(gè)參考電壓輸入端ロ輸入大小為VkIVRtaim、極性為負(fù)的參考電壓Vkefm，其中Rtam是被選通行第i列憶阻器的目標(biāo)阻值；由于被編程的憶阻器的阻值已經(jīng)被擦除成高阻值Rtw,因此運(yùn)算放大器的初始輸出電壓為由于Rtae-^Roffj因此，這使得電壓比較器的輸出為高電平，使PMOS晶體管截止，同時(shí)由于NMOS晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，反饋控制単元將輸出低電平OV的編程電壓信號(hào)Vpkm ;從選通信號(hào)輸入端ロ輸入ー組選通信號(hào)，其中被選通的憶阻器所在橫向納米線輸入V。。，未被選通的憶阻器所在行輸入0V，此時(shí)未被選通的憶阻器電阻值保持不變，被選通的憶阻器電阻值向減小的方向變化，當(dāng)憶阻器的電阻值減小到RTA_i時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出電壓，使得電壓比較器輸出低電平，將PMOS晶體管導(dǎo)通，使被編程憶阻器兩端的壓差由ル。減小到Vrc-VN，這時(shí)被編程憶阻器的電阻值停留在Rtam狀態(tài)，不再發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)時(shí)間Tpeo之后，所有被編程的憶阻器的阻值都將被修改到目標(biāo)阻值Rtaim，這時(shí)將編程選通信號(hào)全部置低；TPro為憶阻器的電阻值被上述反饋控制単元編程從高阻值Rtw修改到低阻值Rw所需的時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面向納米交叉桿結(jié)構(gòu)的多值憶阻器自適應(yīng)編程電路及方法，目的是解決憶阻器多值編程的精度問(wèn)題并提高編程的效率。該編程電路由納米交叉桿和N個(gè)反饋控制單元組成，納米交叉桿中包含M條橫向納米線、N條縱向納米線及M×N個(gè)憶阻器，每個(gè)反饋控制單元與納米交叉桿的一條縱向納米線相連。編程方法是首先對(duì)被編程的一行憶阻器進(jìn)行擦除操作，將這一行憶阻器的電阻值全部初始化到高阻值，再對(duì)被編程的一行憶阻器進(jìn)行編程操作，每個(gè)反饋控制單元通過(guò)參考電壓輸入端口接收參考電壓信號(hào)，將被編程的一行憶阻器的電阻值編程到各自的目標(biāo)阻值。本發(fā)明多值憶阻器的電阻值可根據(jù)需要在其變化范圍內(nèi)進(jìn)行編程修改，編程精度較高，編程效率較高。
文檔編號(hào)G11C11/56GK102789811SQ201210199259
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者吳俊杰, 周靜, 唐玉華, 方旭東, 易勛, 朱玄, 楊學(xué)軍, 黃達(dá) 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)