Máy dạo động hình sin dựa trên điện trở nhớ
Ý tƣởng về máy dao động hình sin chứa điện trở nhớ đã đƣợc giới thiệu trong nhiều bài báo khoa học gần đây, tùy thuộc vào việc thay thế một vài hoặc tất cả điện trở bằng điện trở nhớ trong những mạch dao động thông thƣờng và khảo sát đáp ứng. Ví dụ, Hình 2.28 cho thấy 4 mạch dao động Wien với điện trở R1 đƣợc thay thế bằng điện trở nhớ Rm(t). 4 trƣờng hợp này đƣợc mô phỏng trên phần mềm SPICE và hình 2.28 cho thấy đáp ứng đầu ra và giá trị điện trở nhớ trong mỗi trƣờng hợp.
67
Hình 2.28: Sơ đồ nguyên lý của từng mạch dạo động Wien: (a) Loại A; (b) Loại B; (c) Loại C; (d) Loại D và đáp ứng quá độ của từng loại
Mạch tương tự khả trình
Trong nhiều mạch tƣơng tự nhƣ mạch khuếch đại hay bộ lọc, các điện trở cần đƣợc lập trinh để thích nghi với những ứng dụng cụ thể hay cho việc hiệu chỉnh sự biến thiên PVT (xử lý, điện áp, nhiệt độ). Điện trở khả lập trình với độ phân giải tốt và độ nhiễu nhỏ rất hữu dụng trong nhiều mạch tƣơng tự và mạch vi phân dải tần số cao (RF). Bằng việc sử dụng điện trở khả lập trình, ta có thể đƣợc thực hiện những bộ suy giảm khả trình, bộ khuếch đại khả trình và bộ lọc khả trình,…
Phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong việc tạo ra điện trở khả trình là đặt những điện trở điều khiển chuyển mạch để hợp thành một dãy các điện trở trọng số và chuyển mạch. Tuy nhiên, hạn chế chính là những phần tử chuyển mạch này, điển hình là chuyển mạch MOS, lại tạo ra điện dung và điện trở kí sinh giá trị lớn. Hơn nữa, những giá trị ký sinh lại phụ thuộc vào trạng thái chuyển mạch. Các giá trị ký sinh lớn phụ thuộc vào trạng thái chuyển mạch này giới hạn độ phân giải và số lƣợng bit của điện trở chuyển mạch. Đặc biệt, lập trình và điều khiển lƣợng điện tích trên cổng nổi yêu cầu điện áp cao để cho phép các điện tử với năng lƣợng đủ để đi xuyên qua lớp oxide cách điện để tới hoặc đi ra cổng nổi, và từ đó dẫn đến các vấn đề về độ đáng tin cậy. Một vấn đề khác với các thiết bị cửa van là khả năng lƣu trữ điện tích lâu dài là không đáng tin cậy. Điện tích đƣợc lƣu trữ trên cổng nổi có thể từ từ rò rỉ ra theo thời gian và vấn đề sẽ trở nên tệ hơn, vì quá trình sẽ bị thu hẹp với độ dày của oxide bị giảm đi.
68
Hình 2.29: Mạch nguyên lý của điện trở khả trình sử dụng điện trở nhớ
Hình 2.29 giới thiệu về điện trở khả trình với độ phân giải tốt đƣợc chế tạo sử dụng điện trở nhớ. Điện trở khả trình này bao gồm 1 điện trở nhớ, các công tắc đơn nối tiếp (S), cung cấp trở kháng rất cao (ROFF) trong chế độ hoạt động bình thƣờng và trở kháng thấp (Ron) cho thời gian lập trình, và 2 tụ điện CB để chặn dòng DC, hay thậm chí là các nhiễu bậc cao có thể gây ra sự mất cân bằng từ thông giữa các tín hiệu vi phân mà mạch điện này chịu ảnh hƣởng từ bất kỳ từ thông không cân bằng nào chảy qua điện trở nhớ.
Bộ lọc thích nghi
Các bộ lọc thích nghi có tính nhớ cũng đang là một ứng dụng đƣợc quan tâm nhiều của điện trở nhớ. Bộ lọc thích nghi tận dụng những đặc tính nhớ của chất VO2 trong điện trở nhớ để thực hiện chức năng nhớ. Cấu tạo của bộ lọc thích nghi có tính nhớ đƣợc thể hiện ở Hình 2.30 bao gồm một mạch thông dải RmLC và hình ảnh quang học của điện trở nhớ đƣợc sử dụng với vùng VO2 có diện tích 5x20µm là các tiếp điểm màu vàng.
Hình 2.30: Mạch lọc thích nghi RmLC và đáp ứng tần số của hàm truyền Vout/Vin
Tuy nhiên, một mô hình điện trở nhớ khác đƣợc sử dụng để thu đƣợc các bộ lọc thông thấp bậc nhất và bậc hai. Điện trở nhớ này đƣợc chế tạo dựa trên các dây cỡ nano ZnO đặt trên lớp đồng của mạch. Điện trở nhớ ZnO đƣợc sử dụng với 1 tụ điện và 1 cuộn
69 cảm để tạo nên bộ lọc thích nghi thông thấp, ở đó điện trở nhớ phản ứng với độ chệnh lệch điện áp đầu vào rồi thay đổi điện trở của nó sao cho phù hợp. Ngoài ra, hệ số khuếch đại và thông số Q của bộ lọc thông thấp đƣợc quan sát thấy là thay đổi với những điện áp đầu vào nhỏ.
Bộ lọc phản hồi của vòng khóa pha
Trong hệ thống truyền thông, vòng khóa pha bơm điện tích (Charge-pump phase- locked loop - CPPLL) đƣợc sử dụng rộng rãi trong tổng hợp tần số và khôi phục xung nhịp. Hình 2.31 thể hiện sơ đồ mạch nguyên lý của CPPLL bao gồm 1 bộ phát hiện pha và tần số (PFD), 1 bơm điện tích (CP), 1 bộ lọc phản hồi (LF), 1 bộ dao động điều khiển điện áp (VCO), và một bộ chia (÷N). Ngoài ra, có một số nhà khoa học khác đã đề xuất một bộ điều khiển PI điều khiển đƣợc và dựa trên điện trở nhớ để thiết kế bộ lọc phản hồi trong CPPLL. Bộ điều khiển PI thông thấp đƣợc dựa trên đƣờng đặc tính tăng tuyến tính từng đoạn (PWL) của điện trở nhớ trong đó nguồn dòng xung vuông tuần hoàn đƣợc dùng làm đầu vào. Tham số Kp của bộ điều khiển PI đƣợc điều khiển bởi độ rộng xung, cụ thể là lƣợng điện tích đi qua điện trở nhớ. Mạch lọc này rất hữu dụng với việc khóa nhanh khi CPPLL đang ở tình trạng không khóa, và để làm giảm nhiều pha khi CPPLL đang ở trạng thái đóng. Ngoài ra, bộ lọc phản hồi là bộ lọc bị động và dễ thiết kế so với các hệ thống xử lý khác nhƣ vòng khóa pha dải tần thích nghi (PLLs).
70
CHƢƠNG 3: HƢỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƢƠNG LAI
Gần đây, các nhà nghiên cứu đã định nghĩa ra 2 phần tử nhớ mới đó là Tụ điện nhớ (Memcapacitor) và Cuộn cảm nhớ (Meminductor). Những phần tử nhớ này cũng có đƣờng đặc tính dạng hình số 8, đối với tụ điện nhớ là đƣờng đặc tính điện tích – điện áp
q-v và đối với cuộn cảm nhớ là đƣờng đặc tính dòng điện – từ thông i-∅. Hình 3.1 là ký
hiệu cho tụ điện nhớ và cuộn cảm nhớ. [1]
Hình 3.1: Ký hiệu của Tụ điện nhớ và Cuộn cảm nhớ
Điện trở nhớ không phải là một phần tử không tiêu hao năng lƣợng. Nhƣ trong những bộ nhớ không bay hơi, điện trở nhớ không tiêu thụ năng lƣợng khi ở trạng thái nghỉ nhƣng chúng làm tiêu tán năng lƣợng khi thực hiện quá trình đọc hoặc viết. Do đó, chúng ta cần tới phần tử không tiêu hao năng lƣợng và không bay hơi. Tụ điện nhớ và cuộn cảm nhớ là ứng cử viên tốt. Mục 3.1 và 3.2 sẽ trình bày về 2 phần tử nhớ này.