Transimpedance amplifiers (TIA) play a crucial role in various electronic systems, especially in optical signal acquisition. However, their performance is often hampered by saturation issues due to high input currents, leading to prolonged recovery times. This paper addresses this challenge by introducing a novel approach utilizing a memristive automatic gain control (AGC) to adjust the TIA's gain and enhance its dynamic range. We replace the typical feedback resistor of a TIA with a valence-change mechanism (VCM) memristor. This substitution enables the TIA to adapt to a broader range of input signals, leveraging the substantial OFF/ON resistance ratio of the memristor. This paper also presents the reading and resetting sub-circuits essential for monitoring and controling the memristor's state. The proposed circuit is evaluated through SPICE simulations. Furthermore, we extend our evaluation to practical testing using a printed circuit board (PCB) integrating the TIA and memristor. We show a remarkable 40 dB increase in the dynamic range of our TIA memristor circuit compared to traditional resistor-based TIAs.


翻译:跨阻放大器(TIA)在各种电子系统中,特别是在光信号采集领域,扮演着至关重要的角色。然而,其性能常因高输入电流导致的饱和问题而受限,造成恢复时间延长。本文引入一种利用忆阻自动增益控制(AGC)来调节TIA增益并增强其动态范围的新颖方法,以应对这一挑战。我们用价变机制(VCM)忆阻器替代了TIA中典型的反馈电阻。这一替换利用忆阻器显著的关/开电阻比,使TIA能够适应更广泛的输入信号范围。本文还介绍了用于监测和控制忆阻器状态所必需的读取和复位子电路。通过SPICE仿真对所提出的电路进行了评估。此外,我们将评估扩展到使用集成TIA和忆阻器的印刷电路板(PCB)进行实际测试。结果表明,与传统的基于电阻的TIA相比,我们的TIA忆阻器电路的动态范围提高了40 dB。

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