RBF神经元电路及其工作方法技术

本发明专利技术提供一种RBF神经元电路及其工作方法，该电路包括第一Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器、开平方根电路、电阻及类高斯函数产生电路；第一Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器的电流输出端分别连接开平方根电路的输入端；开平方根电路的输出端分别连接电阻的一端及类高斯函数产生电路的电流输入端；电阻的另一端接地。通过给定适当的外界偏置电压，可产生一个中心可变、形状可变的二维类高斯函数。本发明专利技术可集成为专用的神经网络芯片，具有体积小、便携带、可嵌入等优点，可以实现高度的并行计算，克服了软件实现RBF神经元电路模块的体积大、不易携带、不易嵌入、运算速度慢的缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种神经元电路及其工作方法，具体涉及一种RBF神经元电路及其工作方法。
技术介绍
RBF(径向基函数，Radial Basic Function)神经网络的理论模型在模式分类、函数逼近等人工智能领域得到了广泛的应用，但目前还主要集中在传统的计算机的软件模拟实现上。RBF神经网络在软件上的实现都是采用通用CPU处理器，不方便嵌入到别的应用系统中去，并且依靠体积巨大的通用计算机系统完成学习运算，不具备便携性。在运算过程中，CPU往往是要等到RBF的神经元一个接一个地计算完之后，再计算总的结果，采用的是串行计算方式，速度较慢。因此，RBF神经网络的软件实现难以满足其在人工智能应用领域高速、便携、可嵌入等方面的要求。RBF神经网络的硬件实现，可以集成为专用的神经网络芯片，具有体积小、携带方便的特点，容易嵌入到其它系统中实现专用功能。此外，它还可以实现高度的并行计算，克服了在软件上实现RBF神经网络的缺陷。因此，RBF神经网络的硬件实现研究具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术提出了一种RBF神经元的电路及其工作方法，通过给定适当的外界偏置电压，可产生一个中心可变、形状可变的二维类高斯函数。本专利技术通过以下技术方案实现：一种RBF神经元电路，其特征在于：包括第一Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器、开平方根电路、电阻及类高斯函数产生电路；所述第一Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器的电流输出端分别连接开平方根电路的输入端；开平方根电路的输出端分别连接电阻的一端及类高斯函数产生电路的电流输入端；电阻的另一端接地；所述第一Gilbert乘法器第一输入端为神经元电路的第一输入端Vx，所述第二Gilbert乘法器第一输入端为神经元电路的第二输入端Vy，所述第一Gilbert乘法器第二输入端为神经元电路的第一控制端Vx0，所述第二Gilbert乘法器第二输入端为神经元电路的第二控制端Vy0，类高斯函数的第一输入端为神经元电路的第三控制端V1，类高斯函数的第二输入端为神经元电路的第四控制端V2，类高斯函数产生电路为神经元电路的输出Iout，其中Vx0、Vy0用来控制类高斯函数的中心，V1和V2用来控制类高斯函数的形状，通过在四个控制端加载适当的偏置电压，产生一个中心可变、形状可变的二维类高斯函数，二维平面上的点的坐标由Vx，Vy输入，对应的类高斯函数值由Iout输出。在本专利技术一实施例中，所述第一Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器均包括第一至第十七晶体管M1～M17；第一晶体管至第六晶体管M1～M6的发射极连接在一起接高电平；第一晶体管M1的基极接第二晶体管M2的基极；第一晶体管M1的集电极接分别接第九晶体管M9的发射极及第十晶体管M10的发射极；第二晶体管M2的基极接第二晶体管的集电极；第二晶体管M2的集电极接第七晶体的管M7的集电极；第三晶体管M3的基极接第四晶体管M4的基极；第三晶体管M3的基极接第三晶体管M3的集电极；第三晶体管M3的集电极接第八晶体管M8的集电极；第四晶体管M4的集电极极分别接第十一晶体管M11的发射极及第十二晶体管M12的发射极；第五晶体管M5的基极接第六晶体管M6的基极；第五晶体管M5的基极接第五晶体管M5的集电极；第五晶体管M5的集电极接第十四晶体管M14的集电极；第六晶体管M6的集电极分别接第十七晶体管M17的集电极及输出Iout1；第七晶体管M7的基极接Vw1；第七晶体管M7的发射极分别接第八晶体管的发射极及第十三晶体管M13的集电极；第八晶体管M8的基极接Vw2；第九晶体管M9的基极接第十二晶体管M12的基极；第九晶体管M9的集电极分别接第十一晶体管M11的集电极及第十五晶体管M15的集电极；第十晶体管M10的基极接第十一晶体管M11的基极；第十晶体管M10的集电极分别接第十二晶体管M12的集电极及第十六晶体管M16的集电极；第九晶体管M9和第十晶体管M10的基极分别接Vin的正负极；第十三晶体管M13的基极接Vbias；第十四晶体管M14的基极第十五晶体管M15的基极；第十五晶体管M15的基极接其集电极；第十六晶体管M16的基极接第十七管M17基极；第十六晶体管M16的基极接其集电极；第十三至第十七晶体管的发射极连接一起接地。在本专利技术一实施例中，所述开平方根电路包括第十八至第二十六晶体管M18～M26；所述第十八晶体管M18集电极及第十九晶体管M19基极连接作为开平方根电路输入端Iin；第十八晶体管M18基极分别接第二十六晶体管M26基极、第十九晶体管M19发射极及第二十四晶体管M24集电极；第十九晶体管M19基极接第二十一晶体管M21基极；第二十晶体管M20基极接其集电极；第二十一晶体管M21发射极接第二十晶体管M20集电极；第二十一晶体管M21集电极接第二十二晶体管M22集电极；第二十二晶体管M22基极接第二十三晶体管基极；第十九晶体管M19集电极、第二十二晶体管M22发射极及第二十三晶体管M23发射极连接在一起接高电平；第二十三晶体管M23集电极分别接第二十五晶体管M25集电极及输出Iout2；第二十四晶体管M24基极分别接第二十五晶体管M25基极与输出端Vb；第二十六晶体管M26集电极接输出Iout2；第十八晶体管M18集电极及第二十四第二十六晶体管M24～M26发射极连接在一起接地。在本专利技术一实施例中，所述类高斯函数产生电路包括第二十七至第五十二晶体管M27～M52；第二十七晶体管M27发射极、第二十八晶体管M28发射极及第三十五至第第四十二晶体管M35～M42发射极连接在一起接高电平；所述第二十七晶体管M27基极分别接第二十七晶体管M27的集电极及第二十八晶体管M28基极；第二十七晶体管M27的集电极接第二十九晶体管M29的发射极；第二十八晶体管M28集电极接第三十晶体管M30发射极；第二十九晶体管M29基极分别接第二十九晶体管M29集电极接第三十晶体管M30基极；第二十九晶体管M29集电极接第三十一晶体管M31集电极；第三十晶体管M30集电极接第四十七晶体管M47集电极；第三十一晶体管M31集电极接其基极；第三十一晶体管M31基极分别接第三十一晶体管M31集电极及第三十二晶体管M32基极；第三十一晶体管M31发射极接第三十三M33集电极；第三十二晶体管M32集电极接第三十五M35集电极；第三十二晶体管M32发射极接第三十四晶体管M34集电极；第三十三晶体管M33基极分别接第三十三晶体管M33集电极及第三十四晶体管M34基极；第三十三晶体管M33发射极、第三十四晶体管M34发射极、第五十至第五十二晶体管发射极连接在一起接地；第三十五晶体管M35基极分别连接第三十五晶体管M35集电极、第三十六晶体管M36基极、第四十一晶体管M41基极及第四十二晶体管M42基极；第三十六晶体管M36集电极接第三十七晶体管M37基极；第三十七晶体管M37集电极分别接第四十三晶体管M43集电极及接第四十五晶体管M45集电极；第三十七晶体管M37基极接第三十八晶体管M38基极；第三十八晶体管M38基极、第三十九晶体管M39集电极、第四十二晶体管M42集电极连接在一起接输出Iout3；第三十九晶体管M39基极分别接第四十晶体管M40基极及第四十一晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种RBF神经元电路，其特征在于：包括第一Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器、开平方根电路、电阻及类高斯函数产生电路；所述第一Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器的电流输出端分别连接开平方根电路的输入端；开平方根电路的输出端分别连接电阻的一端及类高斯函数产生电路的电流输入端；电阻的另一端接地；所述第一Gilbert乘法器第一输入端为神经元电路的第一输入端Vx，所述第二Gilbert乘法器第一输入端为神经元电路的第二输入端Vy，所述第一Gilbert乘法器第二输入端为神经元电路的第一控制端Vx0，所述第二Gilbert乘法器第二输入端为神经元电路的第二控制端Vy0，类高斯函数的第一输入端为神经元电路的第三控制端V1，类高斯函数的第二输入端为神经元电路的第四控制端V2，类高斯函数产生电路为神经元电路的输出Iout，其中Vx0、Vy0用来控制类高斯函数的中心，V1和V2用来控制类高斯函数的形状，通过在四个控制端加载适当的偏置电压，产生一个中心可变、形状可变的二维类高斯函数，二维平面上的点的坐标由Vx，Vy输入，对应的类高斯函数值由Iout输出。

【技术特征摘要】
1.一种RBF神经元电路，其特征在于：包括第一Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器、开平方根电路、电阻及类高斯函数产生电路；所述第一Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器的电流输出端分别连接开平方根电路的输入端；开平方根电路的输出端分别连接电阻的一端及类高斯函数产生电路的电流输入端；电阻的另一端接地；所述第一Gilbert乘法器第一输入端为神经元电路的第一输入端Vx，所述第二Gilbert乘法器第一输入端为神经元电路的第二输入端Vy，所述第一Gilbert乘法器第二输入端为神经元电路的第一控制端Vx0，所述第二Gilbert乘法器第二输入端为神经元电路的第二控制端Vy0，类高斯函数的第一输入端为神经元电路的第三控制端V1，类高斯函数的第二输入端为神经元电路的第四控制端V2，类高斯函数产生电路为神经元电路的输出Iout，其中Vx0、Vy0用来控制类高斯函数的中心，V1和V2用来控制类高斯函数的形状，通过在四个控制端加载适当的偏置电压，产生一个中心可变、形状可变的二维类高斯函数，二维平面上的点的坐标由Vx，Vy输入，对应的类高斯函数值由Iout输出。2.根据权利要求1所述的RBF神经元电路，其特征在于：所述第一Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器均包括第一至第十七晶体管M1～M17；第一晶体管至第六晶体管M1～M6的发射极连接在一起接高电平；第一晶体管M1的基极接第二晶体管M2的基极；第一晶体管M1的集电极接分别接第九晶体管M9的发射极及第十晶体管M10的发射极；第二晶体管M2的基极接第二晶体管的集电极；第二晶体管M2的集电极接第七晶体的管M7的集电极；第三晶体管M3的基极接第四晶体管M4的基极；第三晶体管M3的基极接第三晶体管M3的集电极；第三晶体管M3的集电极接第八晶体管M8的集电极；第四晶体管M4的集电极极分别接第十一晶体管M11的发射极及第十二晶体管M12的发射极；第五晶体管M5的基极接第六晶体管M6的基极；第五晶体管M5的基极接第五晶体管M5的集电极；第五晶体管M5的集电极接第十四晶体管M14的集电极；第六晶体管M6的集电极分别接第十七晶体管M17的集电极及输出Iout1；第七晶体管M7的基极接Vw1；第七晶体管M7的发射极分别接第八晶体管的发射极及第十三晶体管M13的集电极；第八晶体管M8的基极接Vw2；第九晶体管M9的基极接第十二晶体管M12的基极；第九晶体管M9的集电极分别接第十一晶体管M11的集电极及第十五晶体管M15的集电极；第十晶体管M10的基极接第十一晶体管M11的基极；第十晶体管M10的集电极分别接第十二晶体管M12的集电极及第十六晶体管M16的集电极；第九晶体管M9和第十晶体管M10的基极分别接Vin的正负极；第十三晶体管M13的基极接偏置电压Vbias；第十四晶体管M14的基极第十五晶体管M15的基极；第十五晶体管M15的基极接其集电极；第十六晶体管M16的基极接第十七管M17基极；第十六晶体管M16的基极接其集电极；第十三至第十七晶体管的发射极连接一起接地。3.根据权利要求1所述的RBF神经元电路，其特征在于：所述开平方根电路包括第十八至第二十六晶体管M18～M26；所述第十八晶体管M18集电极及第十九晶体管M19基极连接作为开平方根电路输入端Iin；第十八晶体管M18基极分别接第二十六晶体管M26基极、第十九晶体管M19发射极及第二十四晶体管M24集电极；第十九晶体管M19基极接第二十一晶体管M21基极；第二十晶体管M20基极接其集电极；第二十一晶体管M21发射极接第二十晶体管M20集电极；第二十一晶体管M21集电极接第二十二晶体管M22集电极；第二十二晶体管M22基极接第二十三晶体管基极；第十九晶体管M19集电极、第二十二晶体管M22发射极及第二十三晶体管M23发射极连接在一起接高电平；第二十三晶体管M23集电极分别接第二十五晶体管M25集电极及输出Iout2；第二十四晶体管M24基极分别接第二十五晶体管M25基极与输出端Vb；第二十六晶体管M26集电极接输出Iout2；第十八晶体管M18集电极及第二十四第二十六晶体管M24～M26发射极连接在一起接地。4.根据权利要求1所述的RBF神经元电路，其特征在于：所述类高斯函数产生电路包括第二十七至第五十二晶体管M27～M52；第二十七晶体管M27发射极、第二十八晶体管M28发射极及第三十五至第第四十二晶体管M35～M42发射极连接在一起接高电平；所述第二十七晶体管M27基极分别接第二十七晶体管M27的集电极及第二十八晶体管M28基极；第二十七晶体管M27的集电极接第二十九晶体管M29的发射极；第二十八晶体管M28集电极接第三十晶体管M30发射极；第二十九...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏榕山，姚诗晖，刘恋，陈林城，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35