2026年5月14日，人工智能学院青年科研二组在知新楼302召开例行学术会议，由胡佳老师担任主讲人，全体成员参会，围绕丁志霞等人于2022年发表在《International Journal of Circuit Theory and Applications》上的论文《基于忆阻器的连续可调直流电压源电路设计》展开专题学习与讨论，旨在探索忆阻器在电源电路中的创新应用路径。现将会议纪要整理如下。
胡佳老师首先介绍了忆阻器的基本原理与数学模型。忆阻器的核心特征在于其忆阻值（Memristance）随流经器件的电荷量发生变化，且具有非易失性——即使没有电流流过，忆阻值也会保持不变。论文采用带阈值的HP忆阻器模型，该模型定义了忆阻值的变化范围为[R_ON,R_OFF]，其中R_ON为最小忆阻值，R_OFF为最大忆阻值。当流经忆阻器的电流绝对值大于阈值电流时，忆阻值发生变化；当电流绝对值小于阈值电流时，忆阻值保持不变。在边界条件处采用非线性掺杂漂移模型（Biolek模型），有效模拟了忆阻器在边界附近的窗口效应。
图为例会讨论现场
胡佳老师重点讲解了论文提出的整体电路架构，该电路由两个模块级联组成。第一个模块为忆阻值调节电路（Memristance Adjustment Circuit），其核心原理是：通过施加控制信号VC1（+5V或-5V），驱动晶体管T1或T2导通，使电流流过忆阻器R_M，从而连续调节R_M的忆阻值。当VC1为+5V时，电流从高电位流向低电位，忆阻值减小；当VC1为-5V时，电流方向反转，忆阻值增大。忆阻值与控制信号持续时间的数学关系为：
R_M(t)=sqrt((r+R_s)^2∓2k·R_off·f(|V_C1|)·|V_C1|·t/q-r_0)其中r为初始忆阻值，R_s为串联电阻，k和q为模型参数，f(|V_C1|)为与控制信号幅值相关的函数。用户可通过设定VC1的持续时间和极性来精确控制忆阻值的大小。
第二个模块为基于忆阻器的稳压电路（Memristor-based Regulator Circuit），采用MIC4680 PWM开关稳压器芯片作为核心。MIC4680的工作频率固定为200kHz，输入电压范围为4V至34V，可持续输出1.3A电流，具有过热关断和限流保护功能。在稳压电路中，忆阻器R_M与固定电阻R1、R2构成反馈分压网络，输出电压V_OUT的数学表达式为：
V_OUT=V_ref×(1+R1/(R_M + R2))，
其中V_ref为MIC4680内部带隙基准电压（1.28V）。当R1和R2的阻值固定时，输出电压仅由忆阻器R_M的忆阻值决定，实现了通过模拟信号连续调节直流输出电压的目标。
两个模块通过开关S1至S4进行时序控制。第一阶段，S1和S2导通、S3和S4断开，忆阻值调节电路工作，电流仅流过R_M，精确调整忆阻值；第二阶段，S1和S2断开、S3和S4导通，稳压电路开始工作，将输入电压（12V）转换为标准稳定直流输出电压。当忆阻值在[1KΩ,100KΩ]范围内变化时，输出电压可在[1.69V,3.25V]区间内连续调节。论文在PSPICE环境下进行了仿真验证，选取1.69V、2.00V、2.50V、3.00V、3.25V五个预设电压进行测试，结果表明输出电压相对误差均小于0.7%，验证了电路设计的有效性和理论分析的准确性。
与会成员围绕以下几个方面展开了深入讨论。首先，关于忆阻器在电压源设计中的创新性，大家认为该论文首次将忆阻器应用于直流电压源设计，利用忆阻值的连续可调特性实现了输出电压的连续调节，相比传统数字控制电压源只能实现离散调节，该方案具有明显优势。同时，有老师指出该电路的输出电压范围[1.69V, 3.25V]相对较窄，主要受限于忆阻值的变化范围和反馈电阻网络的设计，未来可通过优化电阻参数或采用多级级联的方式拓宽输出电压范围。其次，关于忆阻器模型的工程化问题，讨论了当前忆阻器模型（如HP模型、Biolek窗口函数等）与实际物理器件之间的差异，实际器件中存在器件间变异性、温度漂移和循环疲劳等问题，如何在电路设计中考虑这些非理想因素以提高鲁棒性是需要进一步研究的课题。第三，关于PWM与PFM调制方式的比较，论文中采用PWM调制，在全负载时效率较高，但在轻负载条件下效率有待提升。有老师建议未来可采用PWM-PFM多模式共调制方案，在轻负载时切换到PFM模式以降低静态功耗，从而实现全负载范围内的高效调节。胡佳老师对此表示赞同，并指出该电路结构简洁、数学模型明确，便于后续修改和芯片集成，具有较好的工程应用潜力。
胡佳老师对本次例会进行了总结。该论文提出的基于忆阻器的连续可调直流电压源电路设计，是忆阻器在模拟功能电路应用方面的一次有益探索。从电路设计角度看，关键要点包括：（1）利用忆阻值的非易失性和连续可调特性，通过控制信号的持续时间和极性精确调节忆阻值；（2）采用忆阻器与固定电阻构成反馈分压网络，将忆阻值的变化线性映射为输出电压的变化；（3）通过开关时序控制实现忆阻值调节和稳压输出两个阶段的有序切换，避免了模块间的相互干扰；（4）数学模型推导完整，仿真结果与理论分析吻合度较高，输出电压相对误差小于0.7%。胡佳老师建议小组成员关注忆阻器在更多电路设计领域的应用潜力，如滤波器、振荡器、模数转换器等，探索忆阻器与传统电路元件的协同设计方案。同时鼓励大家思考如何将忆阻器的存算一体特性与通信系统中的信号处理需求相结合，寻找跨学科的研究切入点。下次例会将继续由下一位老师分享相关研究进展。
