基于憶阻器的可編程數(shù)字濾波器的硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、憶阻器是近幾年新發(fā)現(xiàn)的第四種基本無源電路元器件。它的新特性為眾多領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思路。在信號(hào)處理領(lǐng)域，數(shù)字濾波器往往是首選的模擬濾波器。然而，經(jīng)典的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)往往受模數(shù)轉(zhuǎn)換器造成的處理速度的限制和量化誤差造成的結(jié)果的不準(zhǔn)確的影響。而且大多數(shù)實(shí)際的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)往往不能簡(jiǎn)單地通過向系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)來調(diào)整參數(shù)，以改變?yōu)V波器的特性。
　　本文提出了基于憶阻器的可編程離散時(shí)間數(shù)字濾波器的模擬硬件實(shí)現(xiàn)。開展的具體工作如下:
　

2、　第一章為緒論，主要分析了本課題研究的背景與現(xiàn)實(shí)意義，說明了本文的研究?jī)?nèi)容和組織結(jié)構(gòu)。
　　第二章對(duì)于構(gòu)建電路的基本元器件——憶阻器進(jìn)行了基本特性的闡述。重點(diǎn)對(duì)惠普實(shí)驗(yàn)室提出的二氧化鈦憶阻器模型進(jìn)行分析，并研究了憶阻器的幾種數(shù)學(xué)模型。本章還針對(duì)憶阻器的開關(guān)特性和記憶特性進(jìn)行應(yīng)用舉例，說明了憶阻器的不可替代性和它對(duì)于未來數(shù)字和模擬領(lǐng)域的深遠(yuǎn)影響。
　　第三章介紹了兩種經(jīng)典的憶阻器SPICE模型，并研究了三種憶阻器阻值調(diào)整電路的

3、實(shí)現(xiàn)方式。它們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且可以高效準(zhǔn)確地改變憶阻器的阻值。它們的基本原理均為在憶阻器上施加正負(fù)電壓來自動(dòng)改變憶阻器的阻值，使之逐漸趨于所需的阻值。其中，基于參考電壓的憶阻器阻值調(diào)整電路通過外加的參考電壓控制憶阻器的阻值，有較大的靈活性，且可以做到高效地自動(dòng)調(diào)節(jié)，是后續(xù)的數(shù)字濾波器電路的提出和實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。
　　第四章研究了基于憶阻器的可編程第一類線性相位FIR濾波器的硬件電路結(jié)構(gòu)，并利用第一類線性相位FIR濾波器的系數(shù)的偶對(duì)稱性，

4、提出了第一類線性相位FIR濾波器的另外一種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，它比原來的結(jié)構(gòu)減少了一半憶阻器及其外圍阻值調(diào)整電路。它們的基本思想是首先利用經(jīng)典的開關(guān)電容電路和單周期延遲電路模塊對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行采樣和延遲，接著利用憶阻器構(gòu)成的交叉矩陣和運(yùn)算放大器組合電路的加法特性，實(shí)現(xiàn)采樣及延遲信號(hào)的濾波系數(shù)加權(quán)相加，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)第一類線性相位FIR濾波器。FIR濾波器的濾波系數(shù)通過放大器反饋電阻和憶阻器阻值的比值的形式體現(xiàn)。
　　第五章提出了基于憶阻器的可編

5、程第二類線性相位FIR濾波器和IIR濾波器的模擬硬件電路?；贔IR濾波器和IIR濾波器的實(shí)現(xiàn)框圖，利用運(yùn)算放大器及其合適的外圍電路，本章實(shí)現(xiàn)了三種可編程第二類線性相位FIR濾波器和一種IIR濾波器。最后，本章還對(duì)本文提出的數(shù)字濾波器電路的一些問題進(jìn)行了討論，并提出了其可能的改進(jìn)及研究方向。
　　本文對(duì)于所有研究和提出的電路均使用PSPICE對(duì)其濾波效果進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文提出的可編程數(shù)字濾波器的濾波效果與Ma

6、tlab仿真結(jié)果較為穩(wěn)合，濾波效果比較理想。
　　本文提出的電路將數(shù)字濾波器系數(shù)儲(chǔ)存于基于憶阻器的交叉矩陣中，且濾波器相應(yīng)的差分方程的計(jì)算也通過此結(jié)構(gòu)完成。相比于經(jīng)典的設(shè)計(jì)，本文的電路均使用模擬器件，不需要任何處理器來執(zhí)行濾波器中相應(yīng)的差分方程，也不需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器來執(zhí)行量化，因此可以避免使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器造成的處理速度的限制和量化誤差造成的結(jié)果的不準(zhǔn)確。由于可以直接利用憶阻器阻值調(diào)整電路對(duì)憶阻器的阻值進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而改變其濾波系數(shù)和濾波