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具有实时跟踪绝缘管功能的忆阻视觉传感器架构
浏览: 发布日期:2017-09-02


本页文章链接: http://www.ming-hua.com/huanyangban/2017/0905/11396.html
1.前言过去的几十年,业界围绕CMOS架构视觉传感器理论进行了大量广泛的研究和探讨,旨在于在成像早期阶段处理图像,从场景中提取最重要的特征,如果换作其它方式达到同样目的,例如,使用普通计算技术,则需要为此花费昂贵的成本[1],[2],[3],[4],[5],[6]。在这个方面,运动侦测是最重要的图像特征之一,是多个复杂视觉任务的基础。本文重点介绍时间对比概念,这个概念在很多应用中特别重要,包括交通监控、人体运动拍照和视频监视[2], [4], [5], [7]。这些应用要求图像侦测精确并可靠,形状侦测准确,变化反应及时。此外,运动检测还必须灵活地适应不同的工作场景和光强条件。背景提取是目前最被认可的运动侦测方法。背景提取就是生成一个背景估算值,然后逐帧更新。分析运动类型,并将其与场景中特定对象关联,以便进行更高级别的处理,在这个过程中,光强变化无疑是帮助我们发现运动的第一个线索。因为可能会在某一时间点意外侦测到所有像素的变化,其中包括光线、阴影、噪声引起的变化,相对于过去,像素变化过快时,应该考虑的潜在变化。因此,应该在像素级实现一种低通存储器,跟踪像素对比变化,并在像素行为变化时发出报警。本文介绍如何利用忆阻器实现上述算法。在上个世纪70年代,蔡少棠教授从理论上预言存在一种叫做忆阻器的无源器件,2008年惠普实验室演示了这种无源器件的物理模型,顾名义,忆阻器是一种可变电阻器,其导通状态能够记忆以前流经忆阻器的电流历史。本文主要内容如下:下一章介绍与输入偏压有关的忆阻器行为,特别是基于脉冲的编程,这是本文的研究基础。第三章介绍像素工作原理,第四章重点介绍像素实现。第五章介绍仿真结果,第六章是结论。II.忆阻器行为如前文所述,忆阻器可以视为一个时间可变的电阻器,电阻值取决于以前流经忆阻器的电流值。图1:忆阻器和简化等效电路图。图a:TiO2忆阻器结构;图b:等效电阻器电路首次提出的忆阻器概念的是蔡少棠教授,在推理无源电路理论的等式对称性依据时,他认为忆阻器是电阻器、电容器、电感器之外的第四个基础无源器件[8]。在发现忆阻器物理模型后,很多人想利用忆阻器令人兴奋的记忆特性开发模拟集成电路。惠普实验室开发的首个物理模型基于TiO2的两个区[9]:一个高电阻的非掺杂区和一个有高导电氧空穴TiO2-x的掺杂区,这两个区夹在两个金属电极板的中间,如图1a所示。当向忆阻器施加外部偏压时,掺杂层和非掺杂层之间的边界就会移动,位移是所施加的电流或电压的函数,因此,带电荷的掺杂区的漂移导致两个电极之间电阻变化 [10]。对于简单的电阻导电情况,下面等式定义了电压电流关系:其中,RON是掺杂原子浓度高的半导体薄膜的高导电区的电阻;ROFF是高电阻非掺杂区的电阻;D是忆阻器的长度;状态变量w(t)是掺杂比,u是掺杂迁移率。等式(2)积分运算得出w(t)公式:将(3)代入(1),取得忆阻值。若RON≤ROFF,忆阻值可用下面等式表达:利用参考文献[9]取得与上面等式相关的参数,使用Verilog-A语言开发一个忆阻器行为模型,通过电路仿真,使用下列参数验证该模型:RON = 200Ω,ROFF =200KΩ,u2= 10-10cm2S-1V-1,D = 10nm。只要系统在MЄ (RON , ROFF )边界内,忆阻器就会表现出对称行为。当触达任何一个边界时,忆阻器将会像线性电阻一样动作,将边界电阻保持到输入极性变反为止[9], [11]。图2所示是典型的忆阻特性曲线,忆阻器这些有趣行为共同构成忆阻器或各类忆阻性设备的基本特征[12],图2a是施加电压及相应电流对时间t的曲线。图2b所示是电流-电压特性曲线。从图中不难看出,当w≤w0时,滞后出现,当w≫w0时,滞后缩短。图2c是忆阻器在不平衡输入信号条件下的行为曲线,我们观察到,在前三个周期内,w(t)值逐渐升高,这是在一定时间内净电荷量累加的结果。在连续施加三个周期的极性相反的信号后,w(t)降至初始状态。总之,如图2a和2b所示,任何对称交流偏压都会导致双环电流-电压滞后现象,高频时下降至一条直线。此外,对于偏压出现的任何非对称,如图2c和2d所示,我们观察到一个多环电流电压滞后,随着电流升高,多环电流电压滞后更加明显。


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