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忆阻器在SPICE中的宏模型 摘要：在本文中，我们提出了一个新的仿真程序用在集成电路，强调最近在物理上实现的忆阻器。该宏模型可能是一个强大的工具对于电气工程师的设计和用忆阻器试验新的电路。我们的仿真结果表明，对于已经发表的的物理实现的测量类似的行为。我们的方法提供了一个解决边界条件的建模，这个模型正是惠普实验室发表的的数学模型。用计算机模拟说明我们的宏模型的功能。 提供我们的宏模型的源代码。 1.引言 1971年，蔡教授建议，由对称原因的必然性[1]，除了电阻，电容，电感;第四电路元件会存在。在2008年，惠普实验室成员发表的[2]，他们成功地实现了一个纳米级电子元件，其测量的物理性质完全可以由忆阻器理论解释。已经发布的有关可编程逻辑[3]，神经网络[4]，信号处理[5]，及控制系统[6]忆阻器的专利，证明了这一结果的意义。 除了理论方面，模拟实验和电路设计需要一个模型，这个模型接近物理实现。我们的目标是提供用集成电路仿真程序重点（SPICE）忆阻器模型，这个模型充分模拟最近发表的忆阻器实现，并且在设计工作可以用来作为电路元件。最近发表的SPICE模型[7]的作者也有类似的目标。我们的工作和为解决边界问题他们的结果比较，我们就跟着发表的数学方程[2]正是因为缺乏实验验证。我们在工作中，用微不足道条件（这是可以忽略不计，除非在的边界），可完成窗口函数，而在[7]，提出一个全新的窗口函数。 我们的宏模型的优点如下：模拟是相当快的，一般PC可以处理100件，其中，它是稳定的如果其参数在有效范围。缺点是，一般它是不安全的，让SPICE引擎自动地确定忆阻器的初始值，因为它可能会导致不稳定的和无效的模拟。 本文结构如下。在第二节，介绍我们的忆阻器非线性模型和为了推导模型参数：物理参数给出公式。在第三节，阐述模拟测量。在第四节总结本文贡献。 2. 忆阻器非线性宏模型 我们的目标是设计一个接近测量的SPICE宏模型[2]，[8] [9]和节省模拟的计算资源，在这些设备中电荷运输和电阻开关的物理性质仍然有争议，但提出的理论是滞后需要原子的重排的调制电流。在此基础上，研究人员认为，一个薄膜（厚度D）夹在两个金属触点之间[2]。这种线性掺杂漂移模型描述如图1，我们进行建模作为两个可变电阻器系列薄膜，掺杂（有低电阻RON）和未掺杂的（具有较高电阻ROFF）地区。W的厚度代表的掺杂区域和D-W代表未掺杂的区域，掺杂地区。这些电阻串联且设备总电阻的全部长度为D。该模型可以得到纠正，用窗口函数的行为作为一个真正的设备，物理实现的忆阻器的方程，可以看下面[（1），（2）]，考虑到在薄膜随着窗函数w（D一W）/ D2由高电场引起的非线性漂移，这是建议在[2]和[10]，这里D是薄膜的厚度，W（t）是在时间的掺杂渗透，μv是平均离子迁移率，Ron是开启状态电阻（忆阻器完全打开），Roff是关闭状态电阻（忆阻器完全关闭），i（t）是电流，V（t）终端之间的电压。 为了简化方程，我们可以放心地假设RonRoff，但我们不能安全运行，如果Ron在SPICE模型为零。最简单的办法是级联电阻与RON =0忆阻器一起使用。虽然这种方式的电路模型是简单的，但是我们不能容忍数字问题。让 并且（1）近似的用 图1，薄膜忆阻器的线性掺杂漂移模型。有两种电阻串联的形式连在一起，其值取决于该区域的厚度。 W厚度是掺杂的和D-W的厚度是未掺杂地区。 让y(t)=ω(t)/D和x(t)=1-y(t)。然后我们得到在足够简单的形式中较容易模型为理由的（1） 使用新的变量x和y，（2）的微分部分可以重写为 但是因为x(t)=1-y(t)，它就等于 看来，状态变量的最优选择是x，所以 我们的忆阻器的SPICE宏模型在图2描述，这里的Fmem, Rsp, Cmem, Ecopy对应着（10），Eres, Fcopy, Rstep, Ecpy2对应这（9）这种非线性的宏模型设计的基础上理论解释[1]，[11]工作的忆阻器。如下所示，它也对应的数学最近公布的实施[2]的描述。 在SPICE宏模型，我们选择了Rc = 1，因为Rc是一个电流 - 电压转换器。在忆阻器方程，串联电阻RSER不考虑。电阻R值几乎是无限的，它是需要的SPICE数值稳定性，提供电容Cm的初始值。开关S1和S2是唯一的安全边界，他们从方程可以省略。因此，忆阻器的宏模型可以写成两个方程 和 其中（10）里的常数k是很小的正数 Eres是一个电压源控制电压，它的两个输入控制电压相乘，Fcopy的是电流源控制电流。忆阻器上的电流是可由fcopy复制，并且由电阻Rstep转换为电压，这个电压反馈到Eres作为控制（输入x）。这种方式