非挥发性锁存器

技术领域

本发明涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种非挥发性锁存器。

背景技术

存储器广泛用于各种电子系统中，比如锁存器是构成触发器的基础，锁存器是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，可在特定输入脉冲电平作用下改变状态，具有0和1两种状态，一旦状态被确定，就能自行保持，直到外部信号作用时才有可能改变。

相关技术中的锁存器需要在外接稳定电源的情况下锁存电平信号，在没有外接电压时锁存器将会丧失保持电平信号的能力，即锁存器作为挥发性存储器需要外接稳定电源，这影响了其适用范围。

发明内容

本发明提供一种非挥发性锁存器，用以解决现有技术中锁存器需要外接稳定电源的缺陷，实现非挥发性存储。

本发明提供一种非挥发性锁存器，包括：

控制电路，所述控制电路的第一端用于接入工作电源，且包括串联的第一开关和第二开关；

忆阻器，所述忆阻器的第一极与位于所述第一开关与所述第二开关之间的接入节点相连；

反相器，所述反相器的输入端与所述接入节点相连，所述反相器的输出端与所述忆阻器的第二极相连。

根据本发明实施例的非挥发性锁存器，不依赖稳定的外接电源，可以同时实现锁存和非挥发性存储，并可适用于部分供电不稳定的场合。

根据本发明提供的一种非挥发性锁存器，还包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述接入节点相连，所述第一电阻的第二端与所述忆阻器的第一极相连。

根据本发明提供的一种非挥发性锁存器，还包括：

串联的输出电源和第三开关，所述输出电源和所述第三开关组成的串联电路连接在所述忆阻器的第二极与所述第一电阻的第一端之间。

根据本发明提供的一种非挥发性锁存器，所述非挥发性锁存器的输出端连接于所述接入节点。

根据本发明提供的一种非挥发性锁存器，所述控制电路还包括第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述第二开关相连，所述第二电阻的第二端用于接地。

根据本发明提供的一种非挥发性锁存器，所述第一开关和所述第二开关均为选通管。

根据本发明提供的一种非挥发性锁存器，所述反相器包括第一反相器，所述第一反相器的输入端与所述接入节点相连，所述第一反相器的输出端与所述忆阻器的第二极相连。

根据本发明提供的一种非挥发性锁存器，所述反相器包括第一反相器和第二反相器，所述第一反相器的输入端与所述接入节点相连，所述第一反相器的输出端与所述忆阻器的第二极以及所述第二反相器的输入端相连，所述第二反相器的输出端与所述接入节点相连。

根据本发明提供的一种非挥发性锁存器，所述反相器包括非门。

根据本发明提供的一种非挥发性锁存器，所述反相器包括反向三极管。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的非挥发性锁存器的结构示意图之一；

图2是本发明提供的非挥发性锁存器的结构示意图之二；

图3是本发明提供的非挥发性锁存器的结构示意图之三；

图4是本发明提供的非挥发性锁存器的结构示意图之四；

图5是本发明提供的非挥发性锁存器的结构示意图之五。

附图标记：

第一开关K1，第二开关K2，接入节点N1；

忆阻器M1，第一反相器P1，第二反相器P2；

第一电阻R1，第二电阻R2；

输出电源Vcc，第三开关K3。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图5描述本发明实施例提供的非挥发性锁存器。

如图1-图5所示，本发明实施例的非挥发性锁存器包括：控制电路、忆阻器M1和反相器。

其中，控制电路用于接入触发信号及工作电源，如图1-图5所示，控制电路的第一端(图1和图5中的左端，图中未标示左)用于接入工作电源，控制电路的第一端可接入工作电源V

控制电路包括串联的第一开关K1和第二开关K2，第一开关K1与第二开关K2串联连接，第一开关K1的第一端与工作电源V

本发明实施例中所说的电连接、连接和相连可以为通过线缆的有线连接，或通过引脚的焊接，或通过无线收发器的无线连接。

控制电路接入的触发信号为要存储的电平信号，该触发信号可以控制第一开关K1和第二开关K2，比如第一开关K1收到的触发信号为高电平信号时，第一开关K1闭合；第一开关K1收到的触发信号为低电平信号时，第一开关K1断开；第二开关K2收到的触发信号为高电平信号时，第二开关K2闭合；第二开关K2收到的触发信号为低电平信号时，第二开关K2断开。

在第一开关K1闭合，第二开关K2断开时，接入节点N1为高电平；在第一开关K1断开，第二开关K2闭合时，接入节点N1为低电平；在第一开关K1断开，第二开关K2断开时，接入节点N1保持原有电平。

控制电路设置为基于接收到的触发信号在接入节点N1处提供高电平信号或低电平信号。

忆阻器M1的第一极与位于第一开关K1与第二开关K2之间的接入节点N1相连，忆阻器M1的第一极可以为图1-图5中下部的底电极，忆阻器M1的第二极可以为图1-图5中上部的顶电极。

忆阻器M1全称记忆电阻器(Memristor)，为表示磁通与电荷关系的电路器件，忆阻器M1的阻值在多个(至少两个)稳定阻态之间变化且在外电场撤去后依旧保持。

忆阻器M1的阻态变化包含Forming、SET和RESET三个过程。其中，由阻值较高的高阻态转变到低阻值的低阻态的过程称为SET过程，由低阻态转变到高阻态被称为RESET过程。在刚制备完成时，忆阻器M1会呈现出阻值高于高阻态阻值的初始态，在这种情况下施加较大电压将新的阻变材料从初始态转换到低阻态的过程称为Forming过程。

如图1-图5所示，反相器的输入端与接入节点N1相连，反相器的输出端与忆阻器M1的第二极相连。反相器可以将输入信号的相位反转180度。反相器的输入端为高电平，反相器的输出端为低电平；反相器的输入端为低电平，反相器的输出端为高电平。

本发明实施例的非挥发性锁存器可以实现置1操作、置0操作和保持操作。

置1操作：在第一开关K1收到的触发信号为高电平信号，第二开关K2收到的触发信号为低电平信号时，在第一开关K1闭合，第二开关K2断开，接入节点N1为高电平，反相器的输入端和忆阻器M1的第一极为高电平，反相器的输出端和忆阻器M1的第二极为低电平，则忆阻器M1由低阻态进行RESET过程转变到高阻态，上述触发信号被存储到忆阻器M1。

置0操作：在第一开关K1收到的触发信号为低电平信号，第二开关K2收到的触发信号为高电平信号时，在第一开关K1断开，第二开关K2闭合，接入节点N1为低电平，反相器的输入端和忆阻器M1的第一极为低电平，反相器的输出端和忆阻器M1的第二极为高电平，则忆阻器M1由高阻态进行SET过程转变到低阻态，上述触发信号被存储到忆阻器M1。

保持操作：在第一开关K1收到的触发信号为低电平信号，第二开关K2收到的触发信号为低电平信号时，在第一开关K1断开，第二开关K2断开，接入节点N1保持原有电平，反相器的输入端和忆阻器M1的第一极保持原有电平，反相器的输出端和忆阻器M1的第二极保持原有电平，则忆阻器M1的阻态维持原有状态，从而使得前一次的触发信号被锁存。

在保持操作时，可读取置1操作和置0操作中存储的电平信号。

根据本发明实施例的非挥发性锁存器，不依赖稳定的外接电源，可以同时实现锁存和非挥发性存储，并可适用于部分供电不稳定的场合。

在一些实施例中，如图1-图5所示，控制电路还包括第二电阻R2，第二电阻R2的第一端(图中的上端)与第二开关K2相连，第二电阻R2的第二端(图中的下端)用于接地。第二电阻R2起到安全防护的作用。

下面从锁存信号的输出，反相器的数目和类型，第一开关K1和第二开关K2的类型等方面，介绍本发明实施例的非挥发性锁存器。

一、锁存信号的输出

其一，从接入节点N1采集锁存信号。

在该实施例方式中，非挥发性锁存器的输出端连接于接入节点N1。

换言之，如图1和图5所示，在需要采集非挥发性锁存器锁存的电平信号时，采集接入节点N1处的电平信号Q即可。

通过前述的该非挥发性锁存器可以实现置1操作、置0操作和保持操作可知，接入节点N1处的电平信号与忆阻器M1的阻态对应。

在置1操作中，第一开关K1收到的触发信号为高电平信号，第二开关K2收到的触发信号为低电平信号，忆阻器M1由低阻态进行RESET过程转变到高阻态，接入节点N1处的电平信号Q为高电平。

在置0操作中，第一开关K1收到的触发信号为低电平信号，第二开关K2收到的触发信号为高电平信号，忆阻器M1由高阻态进行SET过程转变到低阻态，接入节点N1处的电平信号Q为低电平。

在该实施例方式，也可以引入第一电阻R1，第一电阻R1的第一端与接入节点N1相连，第一电阻R1的第二端与忆阻器M1的第一极相连。忆阻器M1的第一极通过第一电阻R1与接入节点N1相连，第一电阻R1可以通过分压起到保护忆阻器M1的作用。

其二，采集忆阻器M1的分压。

在该实施例方式中，非挥发性锁存器还可以包括第一电阻R1、输出电源Vcc和第三开关K3。

如图3和图4所示，第一电阻R1的第一端与接入节点N1相连，第一电阻R1的第二端与忆阻器M1的第一极相连。忆阻器M1的第一极通过第一电阻R1与接入节点N1相连，输出电源Vcc和第三开关K3串联连接，第三开关K3用于控制输出电源Vcc，

串联的输出电源Vcc和第三开关K3，输出电源Vcc和第三开关K3组成的串联电路连接在忆阻器M1的第二极与第一电阻R1的第一端之间。

在置1操作或置0操作时，第三开关K3断开，输出电源Vcc被切断；在需要读取该非挥发性锁存器的锁存信号时，第三开关K3闭合，忆阻器M1或第一电阻R1的分压用于表征忆阻器M1的阻态。

如图3所示，通过采集忆阻器M1的电压U1，通过分压公式

U1＝M1*Vcc/(M1+R1)，即可求得M1的电阻，从而确定锁存信号。

如图4所示，通过采集第一电阻R1的电压U2，通过分压公式U2＝R1*Vcc/(M1+R1)，即可求得M1的电阻，从而确定锁存信号。

二、反相器的数目

其一，反相器为单个。

在该实施方式中，反相器包括第一反相器P1，第一反相器P1的输入端与接入节点N1相连，第一反相器P1的输出端与忆阻器M1的第二极相连。

如图1、图3和图5所示，反相器均为单个，单个反相器能实现相位反转，且整个非挥发性锁存器的结构简单，成本低。

其二，反相器为多个。

在该实施方式中，反相器包括第一反相器P1和第二反相器P2，第一反相器P1的输入端与接入节点N1相连，第一反相器P1的输出端与忆阻器M1的第二极以及第二反相器P2的输入端相连，第二反相器P2的输出端与接入节点N1相连。

如图2和图4所示，两个反相器的输入端与输出端交叉相连，形成双稳态电路，这样可以提高忆阻器M1存储信号时的稳定性，更好地应对一些供电不稳定的场合。

三、反相器的类型

其一，反相器包括非门。

如图1-图4所示，反相器包括非门，非门的输入端为高电平(逻辑1)时输出端为低电平(逻辑0)，当其输入端为低电平时输出端为高电平。

其二，反相器包括反向三极管。

如图5所示，该反向三极管可以为NPN型。

当然，反相器还可以为其他可实现相位反转的器件。

四、第一开关K1和第二开关K2的类型

其一，第一开关K1和第二开关K2均为选通管。

如图2和图4所示，第一开关K1和第二开关K2均为选通管，第一开关K1的S端接收到高电平信号时，该选通管打开，第一开关K1的S端接收到低电平信号时，该选通管关闭；第二开关K2的R端接收到高电平信号时，该选通管打开，第二开关K2的R端接收到低电平信号时，该选通管关闭。

其二，第一开关K1和第二开关K2可以为继电器。

当然，第一开关K1和第二开关K2的类型也可以不同，比如一个为选通管，一个为继电器。

需要说明的是，上述四个方面(锁存信号的输出，反相器的数目和类型，第一开关K1和第二开关K2的类型)组合，形成更多个实施例。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。