[发明专利]一种基于忆阻器与传感器的感存算一体电路结构

说明书

本发明属于图像传感技术与集成电路技术领域，具体涉及一种基于忆阻器与传感器的感存算一体电路结构。本发明充分利用了忆阻器的存储特性和功能，在实现存储的同时与运算电路结合，参与运算过程，同时将其与作为传感器件的二极管或MOS晶体管相结合，将感存算的功能集成在一个电路结构中。该电路结构可应用于图像识别、图像传感等领域，与传统的存算一体电路相比，该电路将传感、存储和运算三种功能模块集成在单片上，提高了集成度和速度，降低了成本和功耗。

技术领域

本发明属于图像传感技术与集成电路技术领域，具体涉及一种基于忆阻器与传感器的感存算一体电路结构。

背景技术

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，目前图像识别技术已经应用于很多个领域，如人脸识别、物品识别等。随着技术的发展，图像识别也将逐渐在更多领域得到应用，因此，对图像识别的研究是比较有价值的。

传统的图像识别主要分为以下三个步骤：图像采集、图像处理和图像识别。其中在图像采集过程中，主要采用CCD成像技术和CMOS图像传感器芯片。相比之下，CMOS图像传感器具有成品率高、集成度高、功耗低、成本低等优点，目前已取代CCD成为主流的数字成像技术。在采集完成后的图像处理和图像识别过程，主要是通过算法对采集到的信息进行处理和计算，从而得到图像识别的最终结果。由此可见，图像处理和识别工作主要通过软件完成，硬件部分只进行了图像采集这一个步骤，而没有参与到后续的图像处理和识别的过程中。同时目前主要使用的CMOS图像传感器也存在像素单元占地较大的问题，因此本发明针对以上问题对应用于图像识别的硬件进行改进。

二极管和MOS场效应晶体管都具有一定的光电效应，其中光电二极管工作在反偏电压下，在无光照时，只有极其微弱的反向电流，在有光照时这个反向电流则会增大至几十微安，这个电流被称为光电流，且光电流会随光强的增大而增加。通过对MOS场效应晶体管输出特性的测试也发现器件的源漏电流会随光强增加而增大。因此这两种器件都可以在图像传感中作为感光器件使用。

忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻，通过改变施加在器件两端的电压可改变其阻值，忆阻器有至少高低两种阻态，因此其可以实现存储数据的功能。在实现存储功能的同时，忆阻器也可以与其他电路相结合，参与相关的计算过程，这样就可以提高运行效率，降低功耗。因此，可以将忆阻器与二极管或场效应晶体管相结合，使用硬件完成从图像采集到图像识别的完整过程。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于忆阻器与传感器的感存算一体电路结构。

本发明采用的技术方案是：

一种基于忆阻器与传感器的感存算一体电路结构，其特征在于，包括由忆阻器与传感器构成的阵列模块、外部写入电路模块、外部复位电路模块和运算电路模块；所述阵列模块由2个结构完全相同的m×m阵列构成，每个阵列单元包括一个用于存储权值的忆阻器和一个用于感光并进行光电转换的传感器，感存算一体电路结构用于对m×m像素大小的图像进行传感与识别；

所述阵列模块的2个结构完全相同的m×m阵列，分别用于存储外部输入的正权值和负权值，分别定义为正权值阵列模块和负权值阵列模块；若外部输入权值为正，则将该权值存入正权值阵列模块的忆阻器中，同时对应的负权值阵列模块中的忆阻器中存入0；若外部输入权值为负，则将该权值存入负权值阵列模块的忆阻器中，同时对应的正权值阵列模块中的忆阻器中存入0；若外部输入权值为0，则对应的正、负权值阵列模块的忆阻器中均存0；每个忆阻器可以存储n位权值，若权值为0，则忆阻器维持高阻态Z，若权值不为0，则忆阻器为低阻态R0；所述正权值阵列模块中，每个忆阻器的一端与输入行线IL相连，另一端与输出列线OL相连；因此在所述正权值阵列模块中，同一根输入行线IL用于同时对该行的m个忆阻器进行驱动，同一根输出列线OL用于收集该列的m个忆阻器上的电流，负权值阵列模块的结构同理；