一种机械式荷控忆容器的制作方法

1.本申请属于电子材料与器件技术领域，尤其涉及一种机械式荷控忆容器。


背景技术：

2.忆容器是继忆阻器之后的新型非线性器件,其基本特征是具有记忆特性,无需外部激励就可存储信息。在许多领域,包括非易失性存储器、非线性电路、人工神经网络和数字逻辑电路等有着广阔的潜在应用前景。
3.当前对忆容器的研究仍处于纯电路建模仿真、非线性电路特性及应用基础研究阶段，也有基于新型材料进行仿真设计研究的，由于工艺的局限,忆容器还没有物理实现,而且这些模型还存在容值小，没有掉电记忆功能等不足，离市场化、商用化非常遥远。


技术实现要素：

4.本申请的目的是提供一种机械式荷控忆容器，用以克服现有的忆容器还没有物理实现这些模型还存在容值小，没有掉电记忆功能的问题，实现一种真正物理意义上的忆容器。
5.为了实现上述目的，本申请技术方案如下：一种机械式荷控忆容器，所述机械式荷控忆容器包括串联电容模块、电荷采样模块和舵机控制模块，所述串联电容模块包括串联的定值电容和可调电容，所述电荷采样模块采样定值电容上的电信号，对采样得到的电信号进行处理，输出到舵机控制模块，所述舵机控制模块控制可调电容容值变化，实现串联电容模块总容值的调节。
6.进一步的，所述电荷采样模块包括差分放大电路和电压抬升电路；差分放大电路输入端与串联电容模块电连接，输出端与电压抬升电路输入端电连接；电压抬升电路输出端与舵机控制模块电连接。
7.进一步的，所述舵机控制模块，包括微处理器和舵机；所述微处理器接收电荷采样模块的输出信号，控制所述舵机转动；所述舵机转动带动可调电容动作，调节可调电容的容值，舵机与串联电容模块传动连接。
8.本申请技术方案与现有的忆容器相比，忆容器的容值可以根据需要做到更大，通过程序调节更为灵活，掉电后机械装置会停留在原来位置，保证电容值不变，使其更加接近一个实际的忆容器，便于投入实际应用且利于其市场化、商用化。
附图说明
9.图1为本申请机械式荷控忆容器电路结构框图；图2为本申请实施例微处理器外围电路示意图；图3为本申请实施例差分放大电路示意图；图4为本申请实施例电压抬升电路示意图。
具体实施方式
10.为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
11.在电子材料与器件技术领域中，忆容器原理可用如下公式表述：在电子材料与器件技术领域中，忆容器原理可用如下公式表述：根据上述可知，忆容器的电容值c
∑
由定值电容c
fix
和受电荷控制的可调电容c
adj
构成，其计算公式如上，电荷对应到采样电容上的电压。
12.本申请基于以上原理，提出的一种机械式荷控忆容器，其电路框图如图1所示，所述机械式荷控忆容器包括串联电容模块、电荷采样模块和舵机控制模块，所述串联电容模块包括串联的定值电容c
fix
和可调电容c
adj
，所述电荷采样模块采样定值电容c
fix
上的电信号，对采样得到的电信号进行处理得到流经串联电容模块的电荷总量，输出到舵机控制模块，所述舵机控制模块控制可调电容c
adj
容值变化，实现串联电容模块总容值的调节。
13.如图1所示，本实施例串联电容模块包括串联的定值电容c
fix
和可调电容c
adj
，定值电容c
fix
同时也作为采样电容，采样定值电容c
fix
上面的电压(可换算成等效电荷)，经过电荷采样模块后，其信号等效为流过串联电容模块的电荷。
14.电荷采样模块输出的信号送到舵机控制模块，舵机控制模块控制可调电容容值变化，实现串联电容模块总容值的调节。
15.所述舵机控制模块包括微处理器和舵机，所述微处理器接收电荷采样模块的输出信号，控制所述舵机转动，所述舵机转动带动可调电容c
adj
动作，调节可调电容c
adj
的容值。
16.本实施例可调电容c
adj
为旋转式可调电容，本实施例舵机转动，同时带动滑动触点转动，实现可调电容c
adj
的容值调节。从而完成对电路总电容的控制和调节，模拟出荷控忆容器的功能。忆容器电容为可调电容值在0
‑‑
c
adj
之间变化，因此模拟出的忆容器的最小容值c
min
等于0，最大容值c
max
等于等效忆容器的值在0至范围内变化。
17.本实施例微处理器选用stm32f103，其功能强大，资源丰富，并且内嵌了众多硬件外设，如12位的模数转换器，dma控制器，相机接口，lcd控制接口，系统管理单元，8个16位定时器，2个i2c接口，3个usart接口等等。本申请微处理器及其外围电路如图2所示。除本实施例外，亦可采用stm32f2系列、stm32f4系列、stm32f7系列等其他拥有相似功能的微处理器。
18.本申请电荷采样模块包括差分放大电路和电压抬升电路，然后输出至舵机控制模块。
19.经过放大抬升电路处理后，最终输出电压满足微处理器a/d转换要求。
20.本申请的机械式荷控忆容器工作原理如下：上电后，微处理器对adc通道pa1引脚和pwm通道pa8引脚进行初始化，adc通道pa1引脚输入电荷采样模块输出的电压信号，将该
值对应到可调电容值，换算出pwm信号占空比，然后输出pwm信号，从而控制舵机转动，改变忆容器电容值。
21.本申请的机械式荷控忆容器，通过实验测试，具有理想忆容器必须的特性，具体测试结果如下：1、伏安特性测试。
22.在忆容器两端接入正弦信号(电压1.5v，频率1hz)，测试发现其电压电荷滞回曲线呈现出忆容器特有的形状。符合理想忆容器的电路特性。
23.以上所述实施例仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。


技术特征：
1.一种机械式荷控忆容器，其特征在于，所述机械式荷控忆容器包括串联电容模块、电荷采样模块和舵机控制模块，所述串联电容模块包括串联的定值电容和可调电容，所述电荷采样模块采样定值电容上的电信号，对采样得到的电信号进行处理，输出到舵机控制模块，所述舵机控制模块控制可调电容容值变化，实现串联电容模块总容值的调节。2.根据权利要求1所述的一种机械式荷控忆容器，其特征在于，所述电荷采样模块包括差分放大电路和电压抬升电路；差分放大电路输入端与串联电容模块电连接，输出端与电压抬升电路输入端电连接；电压抬升电路输出端与舵机控制模块电连接。3.根据权利要求1或2所述的一种机械式荷控忆容器，其特征在于，所述舵机控制模块，包括微处理器和舵机；所述微处理器接收电荷采样模块的输出信号，控制所述舵机转动；所述舵机转动带动可调电容动作，调节可调电容的容值，舵机与串联电容模块传动连接。

技术总结
本发明公开了一种基机械式荷控忆容器，所述机械式荷控忆容器包括串联电容模块、电荷采样模块和舵机控制模块，所述串联电容模块包括串联的定值电容和可控电容，所述电荷采样模块采样定值电容上的电信号，对采样得到的电信号进行处理输出到舵机控制模块，所述舵机控制模块控制可控电容容值变化，实现串联电容模块总容值的调节。本发明技术方案相比现有处于各种仿真阶段的忆容器模型，实现了一种真正物理意义上的忆容器，并且具有调整更灵活，容量更大，真正掉电保持容值的优势，便于进行市场化和商用化。用化。用化。


技术研发人员：金丁豪 刘先昊 刘公致 王光义 王晓媛 任智伟
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2021.06.24
技术公布日：2021/9/27