忆阻器单器件反向写操作测试电路与方法

本发明属于微纳电子测试，具体涉及一种忆阻器单器件反向写操作测试电路与方法。

背景技术：

1、忆阻器阵列又称rram(resistive?random?access?memory)阵列，是一种利用非易失的忆阻器和开关器件组成的交叉阵列，可以同时进行存储和计算，有望打破“存储墙”瓶颈。由于忆阻器阵列具有非易失、面积小并与cmos工艺兼容等优势，可高速低功耗地实现乘累加操作，因此被广泛用于神经网络推理计算的加速应用。而由于忆阻器阵列的自身结构特点，使得忆阻器阵列的功能测试是一项高强度的工作，传统的忆阻器阵列的功能测试方式是专门针对所需测试的功能，例如读或者写功能搭建专用的测试模具，但是这样的测试方式中，在测试忆阻器单器件反向写操作时仍然面临着显著的干扰问题，导致测试效果较差，因此急需一种抗干扰能力较强的测试手段来解决忆阻器阵列的这一技术问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种忆阻器单器件反向写操作测试电路以及一种忆阻器读写测试方法，能够有效消除单器件反向写操作测试时的干扰问题。

2、为了实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

3、一方面，提供一种忆阻器单器件反向写操作测试电路，包括脉冲发生卡、阵列卡和信号采集卡，阵列卡包括行选通开关矩阵、列选通开关矩阵和栅选通开关矩阵，行选通开关矩阵用于将信号采集卡连接至被测的忆阻器阵列中被选中忆阻器的位线以及将脉冲发生卡连接至忆阻器阵列中未选中忆阻器的位线，列选通开关矩阵用于将脉冲发生卡连接至忆阻器阵列中被选中忆阻器的源线，栅选通开关矩阵用于将脉冲发生卡连接至忆阻器阵列中被选中忆阻器的字线；

4、脉冲发生卡在上位机的触发下向忆阻器阵列中被选中忆阻器的源线输入写脉冲信号、向忆阻器阵列中未选中忆阻器的位线输入写脉冲信号以及向忆阻器阵列中被选中忆阻器的字线输入栅压控制脉冲，信号采集卡用于从忆阻器阵列中被选中忆阻器的位线接入adc采集信号并通过总线传输至上位机；忆阻器阵列中未选中忆阻器的源线保持浮空状态，adc采集信号用于执行对忆阻器阵列的单器件反向写操作测试。

5、在其中一个实施例中，信号采集卡包括模数转换器、单端转差分放大电路和电流采集电路，adc采集信号为忆阻器阵列的位线输出电流信号；

6、电流采集电路的用于采集忆阻器阵列中被选中忆阻器的位线输出电流信号并转为输出电压信号，单端转差分放大电路将输出电压信号放大，模数转换器采集放大后的输出电压信号并转换为数字电压信号后传输至上位机。

7、在其中一个实施例中，电流采集电路包括多路选择器和可变采样电阻单元，可变采样电阻单元包括并联的多个电阻，各电阻的一端分别与多路选择器的各输出端一一对应连接，各电阻的另一端均接地，多路选择器的输入端连接单端转差分放大电路的输入端并用于接入忆阻器阵列中被选中忆阻器的位线输出电流信号；

8、当模数转换器监控到位线输出电流信号的电流值大于设定的电流阈值时，多路选择器用于将可变采样电阻单元的接入电阻值调高。

9、在其中一个实施例中，脉冲发生卡的输出波形包括脉冲波、pwm波、阶梯波、三角波和自定义波中的至少一种。

10、另一方面，还提供一种忆阻器单器件反向写操作测试方法，应用于一种忆阻器单器件反向写操作测试电路，忆阻器单器件反向写操作测试电路包括脉冲发生卡、阵列卡和信号采集卡，阵列卡包括行选通开关矩阵、列选通开关矩阵和栅选通开关矩阵，行选通开关矩阵用于将信号采集卡连接至被测的忆阻器阵列中被选中忆阻器的位线以及将脉冲发生卡连接至忆阻器阵列中未选中忆阻器的位线，列选通开关矩阵用于将脉冲发生卡连接至忆阻器阵列中被选中忆阻器的源线，栅选通开关矩阵用于将脉冲发生卡连接至忆阻器阵列中被选中忆阻器的字线；

11、忆阻器单器件反向写操作测试方法包括：

12、通过上位机的触发脉冲发生卡向忆阻器阵列中被选中忆阻器的源线输入写脉冲信号、向忆阻器阵列中未选中忆阻器的位线输入写脉冲信号以及向忆阻器阵列中被选中忆阻器的字线输入栅压控制脉冲；

13、通过信号采集卡从忆阻器阵列中被选中忆阻器的位线接入adc采集信号并通过总线传输至上位机；忆阻器阵列中未选中忆阻器的源线保持浮空状态；

14、利用adc采集信号执行对忆阻器阵列的单器件反向写操作测试的结果处理与显示。

15、在其中一个实施例中，信号采集卡包括模数转换器、单端转差分放大电路和电流采集电路，adc采集信号为忆阻器阵列的位线输出电流信号；

16、电流采集电路的用于采集忆阻器阵列中被选中忆阻器的位线输出电流信号并转为输出电压信号，单端转差分放大电路将输出电压信号放大，模数转换器采集放大后的输出电压信号并转换为数字电压信号后传输至上位机。

17、在其中一个实施例中，电流采集电路包括多路选择器和可变采样电阻单元，可变采样电阻单元包括并联的多个电阻，各电阻的一端分别与多路选择器的各输出端一一对应连接，各电阻的另一端均接地，多路选择器的输入端连接单端转差分放大电路的输入端并用于接入忆阻器阵列中被选中忆阻器的位线输出电流信号；

18、当模数转换器监控到位线输出电流信号的电流值大于设定的电流阈值时，多路选择器用于将可变采样电阻单元的接入电阻值调高。

19、在其中一个实施例中，脉冲发生卡的输出波形包括脉冲波、pwm波、阶梯波、三角波和自定义波中的至少一种。

20、上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

21、上述忆阻器单器件反向写操作测试电路与方法，通过采用上述脉冲发生卡、阵列卡和信号采集卡构成的测试电路，可以由阵列卡来直接实现不同被测的忆阻器阵列的搭载，以用于进行快捷测试。在对被测的忆阻器阵列进行单器件反向写测试时，可以首先配置好脉冲发生卡的写脉冲信号参数、栅压控制脉冲参数，然后配置好阵列卡的各开关矩阵，以使选中的源线接写脉冲信号，未选中的列处于浮空状态，选中的位线接信号采集卡的adc采集信号采集端，其它的未选中的位线也接写脉冲信号。这样未选中的忆阻器件上的行列两端均接了写脉冲信号，使得这些器件上的脉冲可以相互抵消，而选中的行列两端分别接写脉冲信号和adc采集信号采集，可以正常的进行反方向写操作，最终解决了反向写操作的过程中相互串扰影响权值的问题，有效提高忆阻器单器件反向写操作的测试效果。

技术特征：

1.一种忆阻器单器件反向写操作测试电路，其特征在于，包括脉冲发生卡、阵列卡和信号采集卡，所述阵列卡包括行选通开关矩阵、列选通开关矩阵和栅选通开关矩阵，所述行选通开关矩阵用于将所述信号采集卡连接至被测的忆阻器阵列中被选中忆阻器的位线以及将所述脉冲发生卡连接至所述忆阻器阵列中未选中忆阻器的位线，所述列选通开关矩阵用于将所述脉冲发生卡连接至所述忆阻器阵列中被选中忆阻器的源线，所述栅选通开关矩阵用于将所述脉冲发生卡连接至所述忆阻器阵列中被选中忆阻器的字线；

2.根据权利要求1所述的忆阻器单器件反向写操作测试电路，其特征在于，所述信号采集卡包括模数转换器、单端转差分放大电路和电流采集电路，所述adc采集信号为所述忆阻器阵列的位线输出电流信号；

3.根据权利要求2所述的忆阻器单器件反向写操作测试电路，其特征在于，所述电流采集电路包括多路选择器和可变采样电阻单元，所述可变采样电阻单元包括并联的多个电阻，各电阻的一端分别与所述多路选择器的各输出端一一对应连接，各电阻的另一端均接地，所述多路选择器的输入端连接所述单端转差分放大电路的输入端并用于接入所述忆阻器阵列中被选中忆阻器的位线输出电流信号；

4.根据权利要求1至3任一项所述的忆阻器单器件反向写操作测试电路，其特征在于，所述脉冲发生卡的输出波形包括脉冲波、pwm波、阶梯波、三角波和自定义波中的至少一种。

5.一种忆阻器单器件反向写操作测试方法，其特征在于，应用于一种忆阻器单器件反向写操作测试电路，所述忆阻器单器件反向写操作测试电路包括脉冲发生卡、阵列卡和信号采集卡，所述阵列卡包括行选通开关矩阵、列选通开关矩阵和栅选通开关矩阵，所述行选通开关矩阵用于将所述信号采集卡连接至被测的忆阻器阵列中被选中忆阻器的位线以及将所述脉冲发生卡连接至所述忆阻器阵列中未选中忆阻器的位线，所述列选通开关矩阵用于将所述脉冲发生卡连接至所述忆阻器阵列中被选中忆阻器的源线，所述栅选通开关矩阵用于将所述脉冲发生卡连接至所述忆阻器阵列中被选中忆阻器的字线；

6.根据权利要求5所述的忆阻器单器件反向写操作测试方法，其特征在于，所述信号采集卡包括模数转换器、单端转差分放大电路和电流采集电路，所述adc采集信号为所述忆阻器阵列的位线输出电流信号；

7.根据权利要求6所述的忆阻器单器件反向写操作测试方法，其特征在于，所述电流采集电路包括多路选择器和可变采样电阻单元，所述可变采样电阻单元包括并联的多个电阻，各电阻的一端分别与所述多路选择器的各输出端一一对应连接，各电阻的另一端均接地，所述多路选择器的输入端连接所述单端转差分放大电路的输入端并用于接入所述忆阻器阵列中被选中忆阻器的位线输出电流信号；

8.根据权利要求5至7任一项所述的忆阻器单器件反向写操作测试方法，其特征在于，所述脉冲发生卡的输出波形包括脉冲波、pwm波、阶梯波、三角波和自定义波中的至少一种。

技术总结
本申请涉及忆阻器单器件反向写操作测试电路与方法，通过采用上述脉冲发生卡、阵列卡和信号采集卡构成的测试电路，在对被测的忆阻器阵列进行单器件反向写测试时，可以首先配置好脉冲发生卡的写脉冲信号参数、栅压控制脉冲参数，然后配置好阵列卡的各开关矩阵，以使选中的源线接写脉冲信号，未选中的列处于浮空状态，选中的位线接信号采集卡的ADC采集信号采集端，其它的未选中的位线也接写脉冲信号。解决了反向写操作的过程中相互串扰影响权值的问题，有效提高忆阻器单器件反向写操作的测试效果。

技术研发人员：王义楠,李清江,徐晖,刘桂青,李智炜,刘森,宋兵,陈长林,刘海军,王伟,刁节涛,于红旗,王玺,曹荣荣,步凯,孙毅,孙振源,朱城和,于新军
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8