【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于忆阻器的智能信息器件设计领域，特别涉及一种基于生物情景记忆产生机理的忆阻器自识别电路。
技术介绍
1、随着人工智能的日渐成熟，人工智能技术已逐渐被应用到各行各业中，其为社会生产力发展带来的推动力是显而易见的。目前软件实现仍是人工智能的主要方式，但随着数据爆炸式的增长，传统的冯诺依曼计算机架构严重限制了人工智能对信息的处理速度，人工智能自身的发展也相应受到制约。
2、作为当前最复杂且最精密的系统，生物大脑对信息的处理方式为研究人员打破当前人工智能瓶颈提供了一条可行之径。此外，由于电子元件之间一一对应的连接方式类似于生物神经网络中不同神经元间的连接，通过搭建物理模型模拟生物大脑的结构进而实现类脑计算也成为当前人工智能实现的新方式。
3、作为电路理论中第四种基本电子元件，具有阻值可塑性的忆阻器已成为类脑计算物理实现的核心元件。忆阻器的阻值可塑性是指当给忆阻器施加特定的外加电场时，忆阻器的阻值会发生变化；此外，忆阻器的阻值可塑性具有方向性，即方向相反的外加电场也会产生相反的阻值变化结果。忆阻器的这一性质很好地体现了生物突触权重的可塑性，因此忆阻器在类脑计算的硬件电路实现中将发挥举足轻重的作用。
4、除了具有类生物突触性质外，忆阻器还具有低功耗、纳米尺寸以及与cmos管兼容等优点，这些优点使得采用忆阻器搭建硬件电路来实现类脑计算的研究具有良好的发展前景。
5、情景记忆的产生是生物对自身独有经历进行学习及存储的过程。情景记忆的产生依赖于内侧颞叶中的回路，内侧颞叶中的回路包
6、随着忆阻器的发展，忆阻器电路已得到广泛研究，但目前研究人员对于将生物工作机理引入忆阻器电路的研究仍处于初级阶段，将生物工作机理与硬件电路相结合也具有一定的挑战性。基于此，本专利技术在忆阻器阻值可塑性的基础上，提出一种基于生物情景记忆产生机理的忆阻器自识别电路，该电路采用全硬件电路实现，它有助于改善以往研究中速度慢、功耗大等问题。基于生物情景记忆产生的原理，本专利技术提出的全硬件忆阻器电路能够基于电路输出信号的状态完成对输入信号类别的自动识别。特别注意的是，这里对输入信号类别的识别是通过对输入信号电压的幅值进行区间划分来实现的。
技术实现思路
1、情景记忆是生物对自身经历进行学习及存储的一种能力，也是与生物生存密不可分的机理。
2、基于生物情景记忆生成的原理，本专利技术提出了基于生物情景记忆产生的忆阻器自识别电路。以新型二端器件忆阻器的阻值可塑性来搭建忆阻器自识别电路，并将情景记忆生成的生物学原理与硬件电路进行结合，进而通过输出与输入之间的对应关系来实现基于电路输出状态对输入信号类别的自动识别。
3、本专利技术通过如下技术方案实现：一种基于生物情景记忆产生机理的忆阻器自识别电路，它由新皮质模块电路、海马旁模块电路和海马体模块电路联合构成；海马旁模块电路又包括中内嗅皮层区和后内嗅皮层区，即mea区和lea区，如图2所示。其中，在传感器输出的电信号激励下，双通道结构的新皮质模块电路将空间分量信号与非空间分量信号分别传输至海马旁模块电路的mea区和lea区进行处理；经处理的空间分量信号和非空间分量信号被海马体模块电路接收整合，在整合信号的激励下，海马体模块电路将产生与新皮质模块电路的输入信号相对应的输出信号。
4、新皮质模块电路由区域1和区域2构成，如图2所示。其中区域1由一个求和电路、一个反相电路、一个pmos控制门和一个时序脉冲控制信号vcn1构成。其中求和电路由运算放大器a8和电阻r17-r19构成，反相电路由运算放大器a9和电阻r20-r21构成，同时区域1与海马旁模块电路mea区间连接通路的导通由vcn1控制。区域2由双传输门开关s1-s2、忆阻器m11wa、m21wa、m12wa和m22wa、两个反相电路、两个求和电路和一个求差电路、脉冲电源vse1-vse2和两个时序控制脉冲vcn2构成。其中两个反相电路分别由运算放大器a1和电阻r1、r2构成，与运算放大器a2和电阻r3、r4构成；两个求和电路分别由运算放大器a3和电阻r5构成，与运算放大器a4和电阻r6构成；求差电路由运算放大器a5和电阻r7-r10构成；双传输门开关s1由传输门s11和s12构成，双传输门开关s2由传输门s21和s22构成，且两个双传输门开关的导通由vcn2控制。s11和s12中pmos管的源极与nmos管的源极相连作为s11和s12的输入端，s21和s22中pmos管的源极与nmos管的源极相连作为s21和s22的输入端。
5、在新皮质模块电路的区域1中，求和电路对vse1和vse2经电阻r18和r17转换得到的电流信号求和并在输出端输出反相的电压和信号，反向电路对电压和信号进行反相处理后得到在数值上等于vse1与vse2之和的电压信号，该电压信号也即区域一的输出信号。在新皮质模块电路的区域2中，外部信号vse1和vse2分别接入至s11与s21的输入端；与此同时，外部信号vse1和vse2接入至反相电路a1和a2输入端得到的反相信号vse1'和vse2'，再分别接入至s12与s22的输入端。s11、s12的输出端以并联的形式与m11wa的正极和m12wa的负极相连，s21、s22的输出端同样也以并联的形式与m21wa的正极和m22wa的负极相连。在vcn2的前半周期，s11与s21导通，vse1通过m11wa得到的电流信号与vse2通过m21wa得到的电流信号在运算放大器a3的反相输入端汇集，求和电路对电流信号进行求和并通过电阻r5将此信号转换为电压信号在输出端进行输出；同理，vse1通过m12wa得到的电流信号与vse2通过m22wa得到的电流信号在运算放大器a4的反相输入端汇集，求和电路对电流信号进行求和并通过电阻r6将此信号转换为电压信号在输出端进行输出。求差电路然后对两个电压信号进行求差处理并在输出端进行输出。在vcn2的后半周期，s12与s22导通，反相信号vse1'和vse2'同样按照上述过程分别接入后续电路并在求差电路运算放大器a5的输出端得到差值信号；差值信号也即区域二的输出信号。与vcn2前半周期不同的是，在后半周期作为区域2输入的vse1'和vse2'将忆阻器m11wa、m21wa、m12wa、m22wa的阻值恢复至前半周期初始阶段时的状态。
6、海马旁模块电路由mea区和lea区构成，如图2所示。mea区由四个结构相同的尖峰信号发生分支和一个求和电路构成，从上至下依次将四个分支记为分支一、分支二、分支三和分支四。分支一由电阻r22-r26、忆阻器m1we、nmos管n1和n2、pmo本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于生物情景记忆产生机理的忆阻器自识别电路，其特征在于，它由新皮质模块电路、海马旁模块电路和海马体模块电路联合构成，其中海马旁模块电路又包括中内嗅皮层区和后内嗅皮层区；当在传感器输出电信号的激励下，双通道结构的新皮质模块电路将空间分量信号与非空间分量信号分别传输至海马旁模块电路的中内嗅皮层区和后内嗅皮层区进行处理；经处理的空间分量信号和非空间分量信号被海马体模块电路接收整合，在整合信号的激励下，海马体模块电路将产生与新皮质模块电路的输入信号相对应的输出信号；基于海马体模块电路输出信号与新皮质模块电路输入信号之间存在的对应关系，所设计的电路能够依据海马体模块电路的输出信号实现对输入信号电压幅值所处区间的自动识别。
2.根据权利要求1所述的一种基于生物情景记忆产生机理的忆阻器自识别电路，其特征在于，新皮质模块电路由区域1和区域2构成；
3.根据权利要求1所述的一种基于生物情景记忆产生机理的忆阻器自识别电路，其特征在于，海马旁模块电路由MEA区和LEA区构成；
4.根据权利要求1所述的一种基于生物情景记忆产生机理的忆阻器自识别电路，其特征在于
...【技术特征摘要】
1.一种基于生物情景记忆产生机理的忆阻器自识别电路，其特征在于，它由新皮质模块电路、海马旁模块电路和海马体模块电路联合构成，其中海马旁模块电路又包括中内嗅皮层区和后内嗅皮层区；当在传感器输出电信号的激励下，双通道结构的新皮质模块电路将空间分量信号与非空间分量信号分别传输至海马旁模块电路的中内嗅皮层区和后内嗅皮层区进行处理；经处理的空间分量信号和非空间分量信号被海马体模块电路接收整合，在整合信号的激励下，海马体模块电路将产生与新皮质模块电路的输入信号相对应的输出信号；基于海马体模块电路输出信号与新皮质模块电路输入信号之间存在的对应关系，所设计的电路能够依据海马体模块电路的输出信号实现对输入信号电压幅值所处区间的自动识别。
2.根据权利要求1所述的一种基于生物情景记忆产生机理的忆阻器自识别电路，其特征在于，新皮质模块电路由区域1和区域2构成；
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【专利技术属性】
技术研发人员：万求真，刘炯，秦鹏，孙坤亮，翁敏俐，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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