[发明专利]跨导运算放大电路及细胞神经网络

说明书

技术领域

本申请涉及集成电路与细胞神经网络领域，具体涉及一种跨导运算放大电路及细胞神经网络。

背景技术

细胞神经网络(CellularNeural Network，CNN)由Chua和Yang于1988年提出。它的基本电路单元称作一个细胞Cell，由线性与非线性电路元件组成。典型元件有线性电容、线性电阻、线性与非线性受控电源及独立电源。一个规模为M×N的细胞神经网络共有M×N个细胞排列成M行，N列。细胞神经网络是一种局部互连、双值输出的非线性信号模拟处理器，具有能够高速并行运算、连续实时、适用于超大规模集成电路实现等特点。这些优越性能使得细胞神经网络在图像处理、模式识别、生物医学、自动控制、保密通信等方面有广泛的应用。

CNN电路的理论设计和硬件实现是根据人脑生物神经网络对信号处理机制的简化模型，与生物神经元不同，CNN细胞神经元之间的联系主要由权值模板控制，所有细胞的输入输出关系都是非线性单调上升函数。这就需要给每一个细胞电路加上一个线性—非线性转换模块电路，这将一定程度的加大集成电路的面积。

因此，现有的细胞神经网络电路结构复杂，整体电路的集成面积大，功耗较高。

发明内容

本申请提供一种跨导运算放大电路及细胞神经网络，降低了电路结构的复杂度，减小了整体电路的集成面积，并且降低了功耗。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种跨导运算放大电路，其包括：

接地端；

电源电压端，用于输入电源电压VDD；

处理模块，处理模块包括第一输入端、第二输入端及电流输出端，第一输入端用于输入可调配的固定电压Vi1，第二输入端用于输入电压Vi2，电流输出端用于输出放大的电流Io1，其中处理模块用于根据固定电压Vi1及电压Vi2的差值决定电流Io1；

电流偏置模块，连接于电源电压端及接地端，并与处理模块连接于第一内部节点，用于向处理模块提供偏置电流；

镜像模块，连接于电源电压端及接地端，与处理模块连接于第二内部节点，并与电流偏置模块连接于第三内部节点，用于根据电流Io1，输出镜像电流Io2；

其中，电流偏置模块、处理模块及镜像模块由隧穿场效应晶体管构成。

本申请的跨导运算放大电路中，隧穿场效应晶体管为砷化铟同质结隧穿场效应晶体管。

本申请的跨导运算放大电路中，电流偏置模块包括隧穿场效应晶体管M1、隧穿场效应晶体管M2、隧穿场效应晶体管M12及隧穿场效应晶体管M10；

其中，隧穿场效应晶体管M1的栅极与隧穿场效应晶体管M2的栅极连接，隧穿场效应晶体管M1的漏极与隧穿场效应晶体管M12的源极连接，隧穿场效应晶体管M1的源极接电源电压端；

隧穿场效应晶体管M12的漏极与隧穿场效应晶体管M10的漏极连接，隧穿场效应晶体管M12的栅极接一偏置电压Vp；

隧穿场效应晶体管M10的栅极与漏极连接于第三内部节点，隧穿场效应晶体管M10的源极与接地端连接；

隧穿场效应晶体管M2的源极接电源电压端，隧穿场效应晶体管M2的栅极与漏极连接于第一内部节点。

本申请的跨导运算放大电路中，处理模块包括：

电流输出模块，包括第一极、第二极与控制极，第二极为电流输出端，控制极为第二输入端，电流输出模块用于根据第一极和控制极的压差输出放大的电流Io1；

电压拉低模块，连接第一内部节点及第一极，用于根据固定电压Vi1拉低第一极的电压。

本申请的跨导运算放大电路中，电流输出模块包括隧穿场效应晶体管M5，其源极为第一极，其漏极为第二极，其栅极为控制极。

本申请的跨导运算放大电路中，电压拉低模块包括隧穿场效应晶体管M6、隧穿场效应晶体管M7、隧穿场效应晶体管M8及隧穿场效应晶体管M11；

隧穿场效应晶体管M6的栅极接第一输入端，其源极连接隧穿场效应晶体管M8的漏极，其漏极连接第一内部节点，用于接收偏置电流；

隧穿场效应晶体管M11连接于隧穿场效应晶体管M5的源极和隧穿场效应晶体管M7的漏极，隧穿场效应晶体管M11的栅极接一偏置电压Vg；

隧穿场效应晶体管M8的源极与接地端连接，其衬底连接隧穿场效应晶体管M7的栅极；

隧穿场效应晶体管M7的源极与接地端连接。