[发明专利]一种面向时间编码的神经元电路

说明书

本发明公开了一种面向时间编码的神经元电路，包括电阻R1、电容C1、电容C2、忆阻器IMT，电阻R1和电容C1组成充电回路，记为CL回路；电容C1和忆阻器IMT组成DL回路；当脉冲输入进来时，先经过所述CL回路，进入充电环节；在产生电流尖峰的环节，当所述CL回路使2点的电位大于忆阻器的阈值电压V_th时，流经电容C2的电流突然增大，从而会出现一个电流尖峰；每一个脉冲强度对应一个电流尖峰时间，每一个电流尖峰时间对应一个模拟量，通过对各电流尖峰时间进行编码，实现时间编码功能。该电路能够基于忆阻器开关的阈值转变特性和开关作用来实现时间编码功能，充分利用了忆阻器器件的本身特性，极大的简化了电路设计。

技术领域

本发明涉及集成电路及神经网络技术领域，尤其涉及一种面向时间编码的神经元电路。

背景技术

脑科学和人工智能研究正处于相互促进中迎来快速的发展，脉冲神经网络(Spiking Neural Network，SNN)的研究正处于类脑智能研究的核心，通过强调高度类脑的结构基础和功能优化方法，尝试用计算的方式加速对生物智能本质的理解，为形成新一代的类人水平的人工智能模型奠定理论基础。常见的神经网络编码方式有频率编码(Frequency Coding)，时间编码(Temporal Coding)等。时间编码是将信息用神经元首次脉冲的发放时间来表示，假设神经元只产生一个脉冲，产生脉冲后神经元处于抑制状态直到下个刺激到来，产生脉冲的时刻与模拟量的值成正比，这表明在接收到刺激后产生的第一个脉冲的时间包含了刺激的所有信息。

如图1所示为现有技术中时间编码的一种实现电路结构，该电路结构是通过传输门和D触发器来控制电路只产生一次电流尖峰，但该方案的电路设计较为复杂，包含的元件较多，无法有效模拟生物神经元随机激发的特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向时间编码的神经元电路，该电路能够基于忆阻器开关的阈值转变特性和开关作用来实现时间编码功能，充分利用了忆阻器器件的本身特性，极大的简化了电路设计，能够更好的模拟生物神经元随机激发的特性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种面向时间编码的神经元电路，所述电路包括前置电阻R1、前置电容C1、后置电容C2以及阈值转变忆阻器TS，其中：

前置电阻R1和前置电容C1串联组成CL回路，用于对前置电容C1充电，提高阈值转变忆阻器TS的前端电位；

阈值转变忆阻器TS与前置电容C1串联组成DL回路，实现对前置电容C1的放电；

在阈值转变忆阻器TS打开期间，对后置电容C2进行充电，提升所述阈值转变忆阻器TS另一端的电位，从而保证TS只会打开一次；

在充电环节，当脉冲从输入信号接入点，即节点1输入进来时，先经过所述CL回路，进入充电环节，此时阈值转变忆阻器TS处于关闭状态，阻值很大，其阻值记为R_HRS，也就是说这时候的忆阻器相当于一个打开的开关，只有很小的电流过，可以忽略不计，且后置电容C2没有电流流过；当所述CL回路使所述前置电阻R1右侧的节点，即节点2的电位大于阈值转变忆阻器TS的阈值电压V_th时，充电环节结束；

在产生电流尖峰的环节，当所述CL回路使节点2的电位大于阈值转变忆阻器TS的阈值电压V_th时，忆阻器打开，阻值变小，其阻值记为R_LRS，由于忆阻器的状态转变，从高阻态R_HRS转变为低阻态R_LRS，相当于开关闭合，并且忆阻器转变的过程很快，流经后置电容C2的电流突然增大，从而会出现一个电流尖峰，在产生并发射一个电流尖峰后，忆阻器会再次关闭；