基于憶阻器的可編程數字濾波器的硬件實現技術研究.pdf

1、憶阻器是近幾年新發(fā)現的第四種基本無源電路元器件。它的新特性為眾多領域的發(fā)展提供了新的思路。在信號處理領域，數字濾波器往往是首選的模擬濾波器。然而，經典的數字信號處理系統往往受模數轉換器造成的處理速度的限制和量化誤差造成的結果的不準確的影響。而且大多數實際的數字信號處理系統往往不能簡單地通過向系統發(fā)送信號來調整參數，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間數字濾波器的模擬硬件實現。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實意義，說明了本文的研究內容和組織結構。
　　第二章對于構建電路的基本元器件——憶阻器進行了基本特性的闡述。重點對惠普實驗室提出的二氧化鈦憶阻器模型進行分析，并研究了憶阻器的幾種數學模型。本章還針對憶阻器的開關特性和記憶特性進行應用舉例，說明了憶阻器的不可替代性和它對于未來數字和模擬領域的深遠影響。
　　第三章介紹了兩種經典的憶阻器SPICE模型，并研究了三種憶阻器阻值調整電路的

3、實現方式。它們的結構簡單，且可以高效準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電壓來自動改變憶阻器的阻值，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調節(jié)，是后續(xù)的數字濾波器電路的提出和實現的基礎。
　　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構，并利用第一類線性相位FIR濾波器的系數的偶對稱性，

4、提出了第一類線性相位FIR濾波器的另外一種實現結構，它比原來的結構減少了一半憶阻器及其外圍阻值調整電路。它們的基本思想是首先利用經典的開關電容電路和單周期延遲電路模塊對模擬輸入信號進行采樣和延遲，接著利用憶阻器構成的交叉矩陣和運算放大器組合電路的加法特性，實現采樣及延遲信號的濾波系數加權相加，進而實現第一類線性相位FIR濾波器。FIR濾波器的濾波系數通過放大器反饋電阻和憶阻器阻值的比值的形式體現。
　　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。基于FIR濾波器和IIR濾波器的實現框圖，利用運算放大器及其合適的外圍電路，本章實現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，本章還對本文提出的數字濾波器電路的一些問題進行了討論，并提出了其可能的改進及研究方向。
　　本文對于所有研究和提出的電路均使用PSPICE對其濾波效果進行了仿真實驗。從實驗結果可以看出，本文提出的可編程數字濾波器的濾波效果與Ma

6、tlab仿真結果較為穩(wěn)合，濾波效果比較理想。
　　本文提出的電路將數字濾波器系數儲存于基于憶阻器的交叉矩陣中，且濾波器相應的差分方程的計算也通過此結構完成。相比于經典的設計，本文的電路均使用模擬器件，不需要任何處理器來執(zhí)行濾波器中相應的差分方程，也不需要模數轉換器來執(zhí)行量化，因此可以避免使用模數轉換器造成的處理速度的限制和量化誤差造成的結果的不準確。由于可以直接利用憶阻器阻值調整電路對憶阻器的阻值進行調整，進而改變其濾波系數和濾波