一种基于石墨烯/硅电荷耦合器件的感存算一体电路结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯/硅电荷耦合器件的感存算一体电路结构，该电路结构包括阵列模块、栅压生成模块、权重电压生成模块、求和控制模块和求和运算模块；阵列模块为n

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯/硅电荷耦合器件的感存算一体电路结构


[0001]本专利技术属于图像传感技术与集成电路
，具体涉及一种基于石墨烯/硅电荷耦合器件的感存算一体电路结构。

技术介绍

[0002]图像识别是指利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对象的技术。目前图像识别技术一般分为人脸识别与商品识别，人脸识别主要应用于安全检查、身份核验与移动支付中；商品识别主要应用于商品流通过程中。图像识别技术在越来越多的领域发挥着重要作用，因此，针对图像识别技术的研究意义重大。
[0003]图像的传统识别流程分为四个步骤：图像采集、图像预处理、特征提取、图像识别。在图像采集过程中，主要采用功耗低、成本低、集成度高的CMOS图像传感器。采集完成后，进行图像处理和识别，在这个过程中，主要通过算法对采集到的信息进行计算和处理，最终得到图像识别的结果。
[0004]随着技术的发展，待处理的图像数据量快速增长，这对终端算力与传输带宽提出了挑战。而在传统的图像识别过程中，传感器只负责图像采集这一步骤，没有参与图像的处理和识别，不具备协助计算的功能。针对因待处理数据量大而产生的运算功耗高、传输延迟问题的现状，具有边缘计算功能的感存算一体图像传感器架构的潜力有待研究挖掘。而现有的感存算一体电路结构，是针对光电二极管设计的，还没有针对电导型光电器件的感存算一体电路结构。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的问题，本专利技术提供了一种基于石墨烯/硅电荷耦合器件的感存算一体电路结构。/>[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于石墨烯/硅电荷耦合器件的感存算一体电路结构，该电路结构包括阵列模块、栅压生成模块、权重电压生成模块、求和控制模块和求和运算模块；
[0007]所述阵列模块为n
×
n个阵列单元构成，每个阵列单元由一个石墨烯/硅电荷耦合器件和一个开关管组成；
[0008]所述石墨烯/硅电荷耦合器件为电导型光电器件，每个石墨烯/硅电荷耦合器件的源极均与权重电压生成模块连接，漏极与开关管连接，开关管的控制信号端均连接求和控制模块，求和控制模块控制开关管的开闭；开关管另一端连接求和运算模块，用于将所有流入的电流进行积分，转换为电压后输出；
[0009]所述栅压生成模块生成脉冲电压V
g
加在石墨烯/硅电荷耦合器件栅极。
[0010]进一步地，所述石墨烯/硅电荷耦合器件为三端电导型光电传感器，当栅极电压Vg为高电平时，传感器处于工作状态，当栅极电压Vg为低电平时，传感器处于复位状态；传感器漏极和源极之间为石墨烯沟道，当传感器处于工作状态时，若有光照进传感器，石墨烯的
电导率线性下降，电导率下降速度与光照强度成正比，光照消失时，石墨烯的电导率会停止下降并保持不变，用于存储光照强度信息。
[0011]进一步地，所述权重电压生成模块连接至石墨烯/硅电荷耦合器件的源极，根据外部输入的权值生成相应的权重电压，正权值时生成的电压小于V
ref
，负权值时生成的电压大于V
ref
，且权值越大，两个电压差值的绝对值越大，加在器件两端的电压越大；
[0012]进一步地，所述求和控制模块通过控制开关管的开闭来控制求和运算模块；求和控制模块用于控制阵列单元的开关管，当器件不需要进行加和运算，则将开关管断开，石墨烯/硅电荷耦合器件不工作，没有电流流入求和运算模块；若需要进行加和运算，就将开关管闭合，石墨烯/硅电荷耦合器件的电流就会流入求和运算模块，石墨烯/硅电荷耦合器件的漏极与求和运算模块连接，此时石墨烯/硅电荷耦合器件源极电压为权重电压，漏极电压为求和运算模块输入的参考电压，器件处于工作模式，石墨烯/硅电荷耦合器件流过的电流将输出到求和运算模块。
[0013]进一步地，所述求和运算模块包括一个运算放大器、一个电流转电压电路和一个采样开关；运算放大器的正相输入端连接到每个阵列单元开关管的一端，反相输入端接参考电压；当采样开关断开时，流入运算放大器正相输入端的电流在电容上积分，转换为电压并输出，当采样开关闭合时，运算放大器输出的电压为参考电压。
[0014]本专利技术的有益效果在于：本专利技术将石墨烯/硅电荷耦合器件与CMOS集成电路结合起来，实现了感存算一体电路。相比于传统的存内计算电路，该设计将光导传感与存内计算融为一体，能够极大地提高电路对传感数据的运算速度，且集成度高、结构简单、功耗低。
附图说明
[0015]图1为该基于石墨烯/硅电荷耦合器件的感存算一体电路结构示意图；
[0016]图2为石墨烯/硅电荷耦合器件阵列模块单元结构示意图；
[0017]图3为求和运算电路结构示意图；
[0018]图4为石墨烯/硅电荷耦合器件在不同光强下电导G随时间T变化示意图；
[0019]图5为基于石墨烯/硅电荷耦合器件的感存算一体电路工作时各部分波形示意图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]如图1所示，是一种基于石墨烯/硅电荷耦合器件的感存算一体电路整体结构示意图，包括权重电压生成模块、栅压生成模块、由石墨烯/硅电荷耦合器件构成的阵列模块、求和控制模块和求和运算模块；
[0022]所述权重电压生成模块根据外部输入的权重值生成不同的权重电压V
i
；
[0023]所述栅压生成模块生成脉冲电压V
g
加在石墨烯/硅电荷耦合器件栅极；
[0024]所述阵列模块为n
×
n阵列，每个阵列单元由一个石墨烯/硅电荷耦合器件和一个开关管组成，石墨烯/硅电荷耦合器件为电导型光电器件，当栅极加上偏压时，如果有光照
入器件，器件源漏之间石墨烯的电导率会线性下降，且下降速度与光照强度成正比，同时该器件还具有存储功能，当光照消失时，石墨烯的电导可以保持光照消失前的电导，因此能将光的信息存储下来；
[0025]所述求和控制电路用来控制阵列单元的开关管，当器件需要进行加和运算，就将开关管闭合，器件的电流就会流入求和运算模块，如果器件不需要进行加和运算，则将开关管断开；
[0026]所述求和运算模块将所有流入的电流进行积分，转换为电压后输出。
[0027]如图2所示，为石墨烯/硅电荷耦合器件阵列模块单元结构示意图，该单元由石墨烯/硅电荷耦合器件1、栅压生成模块2、权重电压生成模块3、开关4和求和控制模块5组成，栅压为高电平时器件处于工作状态，栅压为低电平时器件处于复位状态，权重电压生成模块根据外部输入的权重值产生相应的电压，开关由求和控制模块决定开闭，开关闭合时器件工作，流过器件的电流流入求和运算模块，开关打开时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯/硅电荷耦合器件的感存算一体电路结构，其特征在于，该电路结构包括阵列模块、栅压生成模块、权重电压生成模块、求和控制模块和求和运算模块；所述阵列模块为n
×
n个阵列单元构成，每个阵列单元由一个石墨烯/硅电荷耦合器件和一个开关管组成；所述石墨烯/硅电荷耦合器件为电导型光电器件，每个石墨烯/硅电荷耦合器件的源极均与权重电压生成模块连接，漏极与开关管连接，开关管的控制信号端均连接求和控制模块，求和控制模块控制开关管的开闭；开关管另一端连接求和运算模块，用于将所有流入的电流进行积分，转换为电压后输出；所述栅压生成模块生成脉冲电压V
g
加在石墨烯/硅电荷耦合器件栅极。2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯/硅电荷耦合器件的感存算一体电路结构，其特征在于，所述石墨烯/硅电荷耦合器件为三端电导型光电传感器，当栅极电压Vg为高电平时，传感器处于工作状态，当栅极电压Vg为低电平时，传感器处于复位状态；传感器漏极和源极之间为石墨烯沟道，当传感器处于工作状态时，若有光照进传感器，石墨烯的电导率线性下降，电导率下降速度与光照强度成正比，光照消失时，石墨烯的电导率会停止下降并保持不变，用于存储光照强度信息。3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯/硅电荷耦合器件的感存算一体电路结构，其特征在于，所述权重电压生成模块连接至石墨烯/硅电...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐杨，蔺江铭，田丰，汪晓晨，戴越，谢永亮，宁浩，俞滨，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：