神经突触电路和脉冲神经网络电路制造技术

本实用新型专利技术属于仿生电路技术领域，提供一种神经突触电路和脉冲神经网络电路。脉冲神经网络电路包括多个输出兴奋性突触电流的神经突触电路、多个输出抑制性突触电流的神经突触电路和多个神经元仿生电路；神经元仿生电路包括充放电模块、钠通道模块和钾通道模块；钠通道模块输出钠通道电流，钾通道模块输出钾通道电流；充放电模块还根据突触电流和钠通道电流进行充电，以及根据钾通道电流进行放电，输出神经仿生脉冲，突触电流为兴奋性突触电流或抑制性突触电流。本实用新型专利技术的电路成本小、功耗低，模拟两种不同功能的神经突触，还模拟生物神经突触和神经元的动力学特性，产生的神经仿生脉冲更接近真实的生物神经系统输出神经脉冲的动态特性。

Neurosynaptic Circuit and Pulse Neural Network Circuit

【技术实现步骤摘要】
神经突触电路和脉冲神经网络电路
本技术属于仿生电路
，更具体地说，是涉及一种神经突触电路和脉冲神经网络电路。
技术介绍
近几年来，脉冲神经网络正日益成为计算智能领域中的一个研究热点，受到了广泛的关注，并被称为第三代神经网络，该神经网络是直接利用脉冲发放时间对数据进行处理，处理能力和处理效率有较大的提升。在当前蓬勃发展的网联网产业中，神经网络技术也得到了广泛应用，很多复杂的数据信息，如视频与图像信息等需要在现场进行实时处理，此时若用软件实现脉冲神经网络算法来处理数据，不仅速度慢，并行程度也低，难以满足对大数据信息的实时处理要求，这就使得将脉冲神经网络实现到大规模集成电路上，变得十分必要。但是，传统的脉冲神经网络电路实现成本高，功耗高，而且模拟的神经脉冲不符合生物神经系统输出神经脉冲的动态特性。
技术实现思路
鉴于此，本技术提供一种神经突触电路和脉冲神经网络电路，旨在现有技术中神经仿生电路成本高、功耗高，输出的仿生脉冲不符合生物神经系统输出神经脉冲的动态特性。本技术实施例的第一方面提供了一种神经突触电路，包括：输入端、导通模块、兴奋性突触模块、电流控制模块和输出端；所述导通模块，分别与所述输入端和所述兴奋性突触模块连接，用于接收外部脉冲，在所述外部脉冲的电压大于第一预设电压时输出第一电流；所述兴奋性突触模块，与所述电流控制模块连接，用于根据所述第一电流输出导通电压，在所述导通电压大于第二预设电压时输出兴奋性突触电流；所述电流控制模块，与所述输出端连接，用于根据用户输入调整所述兴奋性突触电流的大小并输出。可选的，所述导通模块包括：第一端、第二端、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管和第一电源；所述导通模块的第一端与所述输入端连接；所述第一电阻的第一端与所述导通模块的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一三极管的基极连接；所述第一三极管的集电极和所述第二三极管的集电极均与所述第一电源的正极连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的基极连接；所述第一电源的负极接地；所述第二三极管的发射极与所述第二电阻的第一端连接；所述第二电阻的第二端与所述导通模块的第二端连接；所述导通模块的第二端与所述兴奋性突触模块连接。可选的，所述兴奋性突触模块包括：第一端、第二端、光耦合器、第三电阻、第三三极管和第二电源；所述兴奋性突触模块的第一端与所述导通模块连接；所述光耦合器的原边输入端与所述兴奋性突触模块的第一端连接，所述光耦合器的原边输出端接地，所述光耦合器的副边输入端与所述第三三极管的基极连接，所述光耦合器的副边输出端与所述第三电阻的第一端连接；所述第三三极管的发射极与所述第二电源的正极连接，所述第三三极管的集电极与所述兴奋性突触模块的第二端连接；所述第三电阻的第二端和所述第二电源的负极均接地；所述兴奋性突触模块的第二端与所述电流控制模块连接。本技术实施例的第二方面提供了另一种神经突触电路，包括：输入端、导通模块、抑制性突触模块、电流控制模块和输出端；所述导通模块，分别与所述输入端和所述抑制性突触模块连接，用于接收外部脉冲，在所述外部脉冲的电压大于第一预设电压时输出第一电流；所述抑制性突触模块，与所述电流控制模块连接，用于根据所述第一电流输出抑制性突触电流；所述电流控制模块，与所述输出端连接，用于根据用户输入调整所述抑制性突触电流的大小并输出。可选的，所述导通模块包括：第一端、第二端、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管和第一电源；所述导通模块的第一端与所述输入端连接；所述第一电阻的第一端与所述导通模块的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一三极管的基极连接；所述第一三极管的集电极和所述第二三极管的集电极均与所述第一电源的正极连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的基极连接；所述第一电源的负极接地；所述第二三极管的发射极与所述第二电阻的第一端连接；所述第二电阻的第二端与所述导通模块的第二端连接；所述导通模块的第二端与所述兴奋性突触模块连接。可选的，所述抑制性突触模块包括：第一端、第二端、光耦合器和第二电源；所述抑制性突触模块的第一端与所述导通模块连接；所述光耦合器的原边输入端与所述抑制性突触模块的第一端连接，所述光耦合器的原边输出端接地，所述光耦合器的副边输入端与所述抑制性突触模块的第二端连接，所述光耦合器的副边输出端与所述第二电源的负极连接；所述第二电源的正极均接地；所述抑制性突触模块的第二端与所述电流控制模块连接。本技术实施例的第三方面提供了一种脉冲神经网络电路，包括多个神经元仿生电路，还包括与所述多个神经元仿生电路连接的多个如本技术实施例第一方面所述的神经突触电路，和/或多个如本技术实施例第二方面所述的神经突触电路；其中，所述神经元仿生电路包括：充放电模块、钠通道模块和钾通道模块；所述充放电模块，分别与所述钠通道模块和所述钾通道模块并联，用于根据所述神经突触电路输出的突触电流进行充电并形成膜电压，所述突触电流为输入到所述神经元仿生电路的兴奋性突触电流和/或抑制性突触电流之和；所述钠通道模块，用于在所述膜电压大于第一预设电压时输出钠通道电流；所述钾通道模块，用于根据所述突触电流和所述钠通道电流充电，在充电电压大于第二预设电压时输出钾通道电流；所述充放电模块还根据所述突触电流和所述钠通道电流进行充电，根据所述钾通道电流进行放电，并输出神经仿生脉冲。可选的，所述充放电模块包括：第一端、第二端、第一电容和泄放电阻；所述充放电模块的第一端分别与多个所述兴奋性突触电路和/或多个所述抑制性突触电路多个所述兴奋性突触电路和/或多个所述抑制性突触电路和所述钠通道模块的第一端连接，所述充放电模块的第二端与所述钠通道模块的第二端连接；所述第一电容的第一端分别与所述充放电模块的第一端和所述泄放电阻的第一端连接，所述第一电容的第二端分别与所述充放电模块的第二端和所述泄放电阻的第二端连接，所述泄放电阻的第二端接地。可选的，所述钠通道模块包括：第一端、第二端、第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻和模拟钠通道平衡电压的电压源；所述钠通道模块的第一端与所述钾通道模块的第一端连接，所述钠通道模块的第二端与所述钾通道模块的第二端连接；所述第一三极管的基极与所述钠通道模块的第一端和所述第二三极管的集电极连接，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极通过所述第一电阻分别与所述模拟钠通道平衡电压的电压源的第二端、所述钠通道模块的第二端和地端连接；所述第二三极管的集电极还与所述钠通道模块的第一端连接，所述第二三极管的发射极通过所述第二电阻与所述模拟钠通道平衡电压的电压源的第一端连接。可选的，所述钾通道模块包括：第一端、第二端、第三电阻、第四电阻、第三三极管、第二电容和模拟钾通道平衡电压的电压源；所述钾通道模块的第一端与所述钠通道模块的第一端连接，所述钾通道模块的第二端与所述钠通道模块的第二端连接；所述第三电阻的第一端分别与所述钾通道模块的第一端和所述第四电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第三三极管的集电极连接；所述第三三极管的基极分别与所述第四电阻的第二端和所述第二电容的第一端连接，所述第三三极管的发射极通过所述模拟钾通道平衡电压的电压源与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种神经突触电路，其特征在于，包括：输入端、导通模块、兴奋性突触模块、电流控制模块和输出端；所述导通模块，分别与所述输入端和所述兴奋性突触模块连接，用于接收外部脉冲，在所述外部脉冲的电压大于第一预设电压时输出第一电流；所述兴奋性突触模块，与所述电流控制模块连接，用于根据所述第一电流输出导通电压，在所述导通电压大于第二预设电压时输出兴奋性突触电流；所述电流控制模块，与所述输出端连接，用于根据用户输入调整所述兴奋性突触电流的大小并输出。

【技术特征摘要】
1.一种神经突触电路，其特征在于，包括：输入端、导通模块、兴奋性突触模块、电流控制模块和输出端；所述导通模块，分别与所述输入端和所述兴奋性突触模块连接，用于接收外部脉冲，在所述外部脉冲的电压大于第一预设电压时输出第一电流；所述兴奋性突触模块，与所述电流控制模块连接，用于根据所述第一电流输出导通电压，在所述导通电压大于第二预设电压时输出兴奋性突触电流；所述电流控制模块，与所述输出端连接，用于根据用户输入调整所述兴奋性突触电流的大小并输出。2.如权利要求1所述的神经突触电路，其特征在于，所述导通模块包括：第一端、第二端、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管和第一电源；所述导通模块的第一端与所述输入端连接；所述第一电阻的第一端与所述导通模块的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一三极管的基极连接；所述第一三极管的集电极和所述第二三极管的集电极均与所述第一电源的正极连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的基极连接；所述第一电源的负极接地；所述第二三极管的发射极与所述第二电阻的第一端连接；所述第二电阻的第二端与所述导通模块的第二端连接；所述导通模块的第二端与所述兴奋性突触模块连接。3.如权利要求1或2所述的神经突触电路，其特征在于，所述兴奋性突触模块包括：第一端、第二端、光耦合器、第三电阻、第三三极管和第二电源；所述兴奋性突触模块的第一端与所述导通模块连接；所述光耦合器的原边输入端与所述兴奋性突触模块的第一端连接，所述光耦合器的原边输出端接地，所述光耦合器的副边输入端与所述第三三极管的基极连接，所述光耦合器的副边输出端与所述第三电阻的第一端连接；所述第三三极管的发射极与所述第二电源的正极连接，所述第三三极管的集电极与所述兴奋性突触模块的第二端连接；所述第三电阻的第二端和所述第二电源的负极均接地；所述兴奋性突触模块的第二端与所述电流控制模块连接。4.一种神经突触电路，其特征在于，包括：输入端、导通模块、抑制性突触模块、电流控制模块和输出端；所述导通模块，分别与所述输入端和所述抑制性突触模块连接，用于接收外部脉冲，在所述外部脉冲的电压大于第一预设电压时输出第一电流；所述抑制性突触模块，与所述电流控制模块连接，用于根据所述第一电流输出抑制性突触电流；所述电流控制模块，与所述输出端连接，用于根据用户输入调整所述抑制性突触电流的大小并输出。5.如权利要求4所述的神经突触电路，其特征在于，所述导通模块包括：第一端、第二端、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管和第一电源；所述导通模块的第一端与所述输入端连接；所述第一电阻的第一端与所述导通模块的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一三极管的基极连接；所述第一三极管的集电极和所述第二三极管的集电极均与所述第一电源的正极连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的基极连接；所述第一电源的负极接地；所述第二三极管的发射极与所述第二电阻的第一端连接；所述第二电阻的第二端与所述导通模块的第二端连接；所述导通模块的第二端与所述兴奋性突触模块连接。6.如权利要求4或5所述的神经突触电路，其特征在于，所述抑制性突触模块包括：第一端、第二端、光耦合器和第二电源；所述抑制性突触模块的第一端与所述导通模块连...

【专利技术属性】
技术研发人员：满梦华，马贵蕾，张明亮，武翠霞，刘尚合，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：新型
国别省市：河北,13