Rbf神經(jīng)元電路及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種RBF神經(jīng)元電路及其工作方法，該電路包括第一Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器、開平方根電路、電阻及類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路；第一Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器的電流輸出端分別連接開平方根電路的輸入端；開平方根電路的輸出端分別連接電阻的一端及類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路的電流輸入端；電阻的另一端接地。通過給定適當(dāng)?shù)耐饨缙秒妷?，可產(chǎn)生一個中心可變、形狀可變的二維類高斯函數(shù)。本發(fā)明可集成為專用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片，具有體積小、便攜帶、可嵌入等優(yōu)點，可以實現(xiàn)高度的并行計算，克服了軟件實現(xiàn)RBF神經(jīng)元電路模塊的體積大、不易攜帶、不易嵌入、運算速度慢的缺陷。
【專利說明】
RBF神經(jīng)元電路及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種神經(jīng)元電路及其工作方法，具體設(shè)及一種RB巧巾經(jīng)元電路及其工 作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] RBF(徑向基函數(shù)，Radial Basic Function)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論模型在模式分類、函 數(shù)逼近等人工智能領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但目前還主要集中在傳統(tǒng)的計算機的軟件模擬 實現(xiàn)上。RB巧巾經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在軟件上的實現(xiàn)都是采用通用CPU處理器，不方便嵌入到別的應(yīng)用系 統(tǒng)中去，并且依靠體積巨大的通用計算機系統(tǒng)完成學(xué)習(xí)運算，不具備便攜性。在運算過程 中，CPU往往是要等到RBF的神經(jīng)元一個接一個地計算完之后，再計算總的結(jié)果，采用的是串 行計算方式，速度較慢。因此，RB巧巾經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟件實現(xiàn)難W滿足其在人工智能應(yīng)用領(lǐng)域高 速、便攜、可嵌入等方面的要求。
[0003] RB巧巾經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件實現(xiàn)，可W集成為專用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)忍片，具有體積小、攜帶方 便的特點，容易嵌入到其它系統(tǒng)中實現(xiàn)專用功能。此外，它還可W實現(xiàn)高度的并行計算，克 服了在軟件上實現(xiàn)RB巧巾經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺陷。因此，RB巧巾經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件實現(xiàn)研究具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種RB巧申經(jīng)元的電路及其工作方法，通過給定適當(dāng)?shù)耐饨缙秒?壓，可產(chǎn)生一個中屯、可變、形狀可變的二維類高斯函數(shù)。
[0005] 本發(fā)明通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種RB巧巾經(jīng)元電路，其特征在于：包括第一 GHbed乘法器、第二Gi化ert乘法器、開平方根電路、電阻及類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路;所述第 一 Gi化ert乘法器、第二Gi化ert乘法器的電流輸出端分別連接開平方根電路的輸入端;開 平方根電路的輸出端分別連接電阻的一端及類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路的電流輸入端；電阻的另 一端接地;所述第一 GUbert乘法器第一輸入端為神經(jīng)元電路的第一輸入端Vx，所述第二 GHbed乘法器第一輸入端為神經(jīng)元電路的第二輸入端Vy，所述第一 Gi化ert乘法器第二輸 入端為神經(jīng)元電路的第一控制端Vxo,所述第二Gi化ert乘法器第二輸入端為神經(jīng)元電路的 第二控制端VyO,類高斯函數(shù)的第一輸入端為神經(jīng)元電路的第Ξ控制端VI，類高斯函數(shù)的第 二輸入端為神經(jīng)元電路的第四控制端V2,類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路為神經(jīng)元電路的輸出Inut，其 中Vx0、Vy0用來控制類高斯函數(shù)的中屯、，Vl和V2用來控制類高斯函數(shù)的形狀，通過在四個控制 端加載適當(dāng)?shù)钠秒妷?，產(chǎn)生一個中屯、可變、形狀可變的二維類高斯函數(shù)，二維平面上的點 的坐標(biāo)由Vx，Vy輸入，對應(yīng)的類高斯函數(shù)值由I DUt輸出。在本發(fā)明一實施例中，所述第一 GHbed乘法器、第二Gi化ert乘法器均包括第一至第十屯晶體管化~化7;第一晶體管至第 六晶體管Ml~Ms的發(fā)射極連接在一起接高電平；第一晶體管Ml的基極接第二晶體管M2的基 極;第一晶體管Ml的集電極接分別接第九晶體管M9的發(fā)射極及第十晶體管Mio的發(fā)射極;第 二晶體管M2的基極接第二晶體管的集電極;第二晶體管M2的集電極接第屯晶體的管的集 電極;第Ξ晶體管M3的基極接第四晶體管M4的基極;第Ξ晶體管M3的基極接第Ξ晶體管M3的 集電極;第Ξ晶體管M3的集電極接第八晶體管Ms的集電極;第四晶體管M4的集電極極分別接 第十一晶體管化1的發(fā)射極及第十二晶體管化2的發(fā)射極;第五晶體管Ms的基極接第六晶體管 Ms的基極;第五晶體管Ms的基極接第五晶體管Ms的集電極;第五晶體管Ms的集電極接第十四 晶體管Mi4的集電極;第六晶體管M6的集電極分別接第十屯晶體管化7的集電極及輸出loutl; 第屯晶體管的基極接Vwi;第屯晶體管的發(fā)射極分別接第八晶體管的發(fā)射極及第十Ξ晶 體管化3的集電極;第八晶體管Ms的基極接Vw2;第九晶體管M9的基極接第十二晶體管化2的基 極;第九晶體管M9的集電極分別接第十一晶體管Mil的集電極及第十五晶體管化5的集電極； 第十晶體管Mio的基極接第十一晶體管Mil的基極;第十晶體管Mio的集電極分別接第十二晶 體管Mi2的集電極及第十六晶體管Mi6的集電極;第九晶體管M9和第十晶體管MlO的基極分別 接Vin的正負(fù)極;第十Ξ晶體管化3的基極接化ias ;第十四晶體管化4的基極第十五晶體管化5的 基極;第十五晶體管Mi5的基極接其集電極;第十六晶體管化6的基極接第十屯管Mi7基極;第 十六晶體管化6的基極接其集電極;第十Ξ至第十屯晶體管的發(fā)射極連接一起接地。
[0006] 在本發(fā)明一實施例中，所述開平方根電路包括第十八至第二十六晶體管化8~M26; 所述第十八晶體管Mi8集電極及第十九晶體管Mi9基極連接作為開平方根電路輸入端Iin;第 十八晶體管Mi8基極分別接第二十六晶體管M26基極、第十九晶體管Mi9發(fā)射極及第二十四晶 體管M24集電極;第十九晶體管Ml邁極接第二十一晶體管M2盛極;第二十晶體管M2遽極接其 集電極;第二十一晶體管M21發(fā)射極接第二十晶體管M20集電極;第二十一晶體管M21集電極接 第二十二晶體管M22集電極;第二十二晶體管M22基極接第二十Ξ晶體管基極;第十九晶體管 化9集電極、第二十二晶體管M22發(fā)射極及第二十Ξ晶體管M23發(fā)射極連接在一起接高電平;第 二十Ξ晶體管M23集電極分別接第二十五晶體管Μ化集電極及輸出I〇ut2;第二十四晶體管M24 基極分別接第二十五晶體管M2盛極與輸出端Vb;第二十六晶體管M26集電極接輸出Icmt2;第 十八晶體管化8集電極及第二十四第二十六晶體管M24~M26發(fā)射極連接在一起接地。
[0007] 在本發(fā)明一實施例中，所述類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路包括第二十屯至第五十二晶體管 M27~M52;第二十屯晶體管M27發(fā)射極、第二十八晶體管M28發(fā)射極及第Ξ十五至第第四十二晶 體管M35~M42發(fā)射極連接在一起接高電平;所述第二十屯晶體管M27基極分別接第二十屯晶 體管M27的集電極及第二十八晶體管M28基極;第二十屯晶體管M27的集電極接第二十九晶體 管M29的發(fā)射極;第二十八晶體管M28集電極接第Ξ十晶體管M30發(fā)射極;第二十九晶體管M29基 極分別接第二十九晶體管M29集電極接第Ξ十晶體管M30基極;第二十九晶體管M29集電極接 第Ξ十一晶體管M31集電極;第Ξ十晶體管M30集電極接第四十屯晶體管M47集電極;第Ξ十一 晶體管M31集電極接其基極;第Ξ十一晶體管M31基極分別接第Ξ十一晶體管M31集電極及第 立十二晶體管132基極;第Ξ^^ -晶體管M31發(fā)射極接第Ξ十ΞΜ33集電極;第Ξ十二晶體管M32 集電極接第Ξ十五M35集電極;第Ξ十二晶體管M32發(fā)射極接第Ξ十四晶體管M34集電極;第Ξ 十Ξ晶體管M33基極分別接第Ξ十Ξ晶體管M33集電極及第Ξ十四晶體管M34基極;第Ξ十Ξ 晶體管M33發(fā)射極、第Ξ十四晶體管M34發(fā)射極、第五十至第五十二晶體管發(fā)射極連接在一起 接地;第Ξ十五晶體管M35基極分別連接第Ξ十五晶體管M35集電極、第Ξ十六晶體管M36基 極、第四十一晶體管M"基極及第四十二晶體管M42基極;第Ξ十六晶體管M36集電極接第Ξ十 屯晶體管M37基極;第Ξ十屯晶體管M37集電極分別接第四十Ξ晶體管M43集電極及接第四十 五晶體管M45集電極;第Ξ十屯晶體管M37基極接第Ξ十八晶體管M38基極;第Ξ十八晶體管M38 基極、第Ξ十九晶體管M39集電極、第四十二晶體管M42集電極連接在一起接輸出Iout3;第Ξ十 九晶體管M39基極分別接第四十晶體管M40基極及第四十一晶體管Μ"集電極;第四十晶體管 Μ40集電極分別接第四十四晶體管Μ44集電極及第四十六晶體管Μ46集電極;第四十Ξ晶體管 Μ4溢極與第四十六晶體管Μ46基極一起接輸入Vin，第四十S晶體管Μ43發(fā)射極分別接第四十 四晶體管M44發(fā)射極及第四十八晶體管M48集電極;第四十四晶體管M44基極接Vl;第四十五晶 體管M45基極接V2;第四十五晶體管M45發(fā)射極分別接第四十六晶體管M46發(fā)射極及第四十九 晶體管M49集電極;第四十屯晶體管M47基極分別第四十屯晶體管M47集電極、第四十八晶體管 M4遙極、第四十九晶體管M49基極;第四十屯晶體管M47發(fā)射極接第五十晶體管MSO集電極;第 四十八晶體管M48集電極接第五十一晶體管MSI集電極;第四十九晶體管M49發(fā)射極接第五十 二晶體管M52集電極;第五十晶體管Mso基極分別接第五十晶體管Mso集電極、第五十一晶體管 Msi基極、第五十二晶體管M52基極。
[000引本發(fā)明還提供一種基于權(quán)利要求1所述的RB巧申經(jīng)元電路的工作方法，其特征在 于:輸入端Vx，Vy將二維平面上的點的坐標(biāo)輸入該RB巧巾經(jīng)元電路;經(jīng)過兩個Gi化er t乘法器， 分別得到兩路信號為I。utl = ko(Vχ-Vxo)哺I。utl'=ko(Vy-Vyo)2;ko為一系數(shù);兩個電流信號相 加后通過開平方根電路，得到
最后通過類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路，得 到逼近I。ut = bexp(-((Vχ-Vx日)2+(Vy-Vy日)2)/d)的類高斯函數(shù)形式，b和d為常數(shù)。
[0009] 在本發(fā)明一實施例中，GUbed乘法器包括第一至第十屯晶體管化~化7,其中第屯 晶體管M?和第八晶體管Ms具有相同的寬長比，第九晶體管M9、第十晶體管Mio、第十一晶體管 化1和第十二化2具有相同的寬長比，用W表示晶體管溝道寬度，L表示晶體管溝道長度，Cox表 示晶體管單位面積柵氧電容，μρ和μη分別表示空穴和電子的溝道遷移率，則該電路的輸出電 流為
將Vwl與Vin的正端相連，用Vx表示，將Vw2與 Vin的負(fù)端相連，用VxO表示，貝柯得到：
[0010]
[00川在本發(fā)明一實施例中，所述開平方根電路對輸入電流開平方根/。,,,:=^，即
[0012] 在本發(fā)明一實施例中，所述類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路包括第二十屯至第五十二晶體管 M27~M52,假設(shè)第Ξ十六至第第四十一晶體管M36~M"具有相同的寬長比，且是第Ξ十五晶體 管M35的a倍，第四十二晶體管M42的寬長比是第Ξ十五晶體管M35的C倍，第四十八晶體管M48、 第四十九晶體管M49、第五十一晶體管MSI、第五十為晶體管M52具有相同的寬長比，并且是第 四十屯晶體管M47、第五十晶體管Mso的a倍，得到輸出電流為：
[0013]
[0014] 其^
Cdx為晶體管單位面積柵氧電容，μ為 溝道遷移率，W為晶體管溝道寬度，L為晶體管溝道長度，通過調(diào)整兩個差分對的輸入電壓Vi 和V2,調(diào)整Vinw。和Vw，從而調(diào)整該電路輸出的類高斯函數(shù)的形狀;所需的特定高斯函數(shù)為 4,4=6巧>(-巧/斗取一些離散的點，通過CADENCE軟件仿真，在公式（2)的指導(dǎo)下調(diào)整電路參 數(shù)，從而使類高斯函數(shù)對應(yīng)的點逼近運些離散的點，最終獲得逼近的類高斯函1。。* = 66邱(- ((Vx-VxO)2+(Vy-Vy〇)2)/d)。
[0015] 本發(fā)明提出了一種RB巧申經(jīng)元的模擬電路實現(xiàn)方案。通過給定適當(dāng)?shù)耐饨缙秒?壓，可產(chǎn)生一個中屯、可變、形狀可變的二維類高斯函數(shù)。該RB巧巾經(jīng)元電路模塊是RB巧巾經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)電路系統(tǒng)中最重要的基本單元，可用來搭建模式分類器、函數(shù)逼近器等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路。本 發(fā)明可集成為專用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)忍片，具有體積小、方便攜帶、可嵌入等優(yōu)點，可W實現(xiàn)高度 的并行計算，克服了軟件實現(xiàn)RB巧巾經(jīng)元電路模塊的體積大、不易攜帶、不易嵌入、運算速度 慢的缺陷。本發(fā)明還可W通過增加 Gi化ert乘法器數(shù)目來產(chǎn)生更高維的類高斯函數(shù)，使其用 來搭建更復(fù)雜的模式分類器、函數(shù)逼近器等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路系統(tǒng)，具有較強的可拓展性。本發(fā) 明憑借其可嵌入性、便攜性、高速性、可擴(kuò)展等優(yōu)點，有望在模式分類和函數(shù)逼近等人工智 能領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0016] 圖1為RB巧巾經(jīng)元電路模塊的示意圖。
[0017] 圖2為R邸神經(jīng)元電路模塊的原理圖。
[0018] 圖3為Gi化ert乘法器的晶體管級電路圖。
[0019] 圖4為開平方根電路的晶體管級電路圖。
[0020] 圖5類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路的晶體管級電路圖。
[0021 ]圖6類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路的仿真圖。
[0022]圖7類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路的仿真波形與理想高斯函數(shù)對比圖。
【具體實施方式】
[0023 ]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0024] 本發(fā)明提出了一種RB巧申經(jīng)元的模擬電路實現(xiàn)方案，通過給定適當(dāng)?shù)耐饨缙秒?壓，可產(chǎn)生一個中屯、可變、形狀可變的二維類高斯函數(shù)。該RB巧巾經(jīng)元電路模塊是RB巧巾經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)電路系統(tǒng)中最重要的基本單元，可用來搭建模式分類器、函數(shù)逼近器等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路。本 發(fā)明可W集成為專用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)忍片，其體積小，攜帶方便，容易嵌入到其它系統(tǒng)中。此外， 它還可W實現(xiàn)高度的并行計算，克服了軟件實現(xiàn)RB巧巾經(jīng)元電路模塊的體積大、不易攜帶、 不易嵌入、運算速度慢等缺陷。
[0025] 本發(fā)明利用Gi化ert乘法器，開平方根電路和類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路運些基本電路 單元設(shè)計了一個RB巧巾經(jīng)元電路模塊。如圖1所示，該RB巧巾經(jīng)元電路模塊有兩個輸入端(Vx， Vy)，一個輸出端(lDUt)，W及四個控制端(其中(Vx0，Vy0)用來控制類高斯函數(shù)的中屯、，Vi和V2 用來控制類高斯函數(shù)的形狀）。通過在控制端加載適當(dāng)?shù)钠秒妷?，便可產(chǎn)生一個中屯、可 變、形狀可變的二維類高斯函數(shù)。二維平面上的點的坐標(biāo)由(Vx，Vy)輸入，對應(yīng)的類高斯函數(shù) 值由lout輸出。
[0026] 本發(fā)明的原理圖如圖2所示，RBF神經(jīng)元電路包括第一 Gilbed乘法器、第二 GHbed乘法器、開平方根電路、電阻及類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路;所述第一 GUbert乘法器、第 二Gilbert乘法器的電流輸出端分別連接開平方根電路的輸入端;開平方根電路的輸出端 分別連接電阻的一端及類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路的電流輸入端；電阻的另一端接地；輸入端 (Vx，Vy)將二維平面上的點的坐標(biāo)輸入該RB巧巾經(jīng)元電路模塊;經(jīng)過兩個Gi化ert乘法器，分 別得到兩路信號為Ii = k(Vx-Vx〇)2和l2 = k〇(Vy-Vy〇)2;兩個電流信號相加后通過開平方根電 路，得到
：最后通過類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路，得到逼近lDut = Aexp (-((Vx-Vx〇)2+(Vy-Vy〇)2)/D)(A和D為常數(shù))的類高斯函數(shù)形式。
[0027]圖3為Gi化ert乘法器的晶體管級電路圖，它在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中被廣泛用于實現(xiàn)大規(guī)模 處理Σ的功能。折疊式Gi化ert乘法器的動態(tài)范圍大、乘法運算的精度高。所述第一Gi化ert 乘法器、第二Gi化ert乘法器均包括第一至第十屯晶體管化~化7;第一晶體管至第六晶體管 化~Ms的發(fā)射極連接在一起接高電平;第一晶體管Ml的基極接第二晶體管M2的基極;第一晶 體管Ml的集電極接分別接第九晶體管M9的發(fā)射極及第十晶體管Mio的發(fā)射極;第二晶體管M2 的基極接第二晶體管的集電極;第二晶體管M2的集電極接第屯晶體的管的集電極;第Ξ晶 體管M3的基極接第四晶體管M4的基極;第Ξ晶體管M3的基極接第Ξ晶體管M3的集電極;第Ξ 晶體管M3的集電極接第八晶體管Ms的集電極;第四晶體管M4的集電極極分別接第十一晶體 管Mil的發(fā)射極及第十二晶體管化2的發(fā)射極;第五晶體管Ms的基極接第六晶體管Ms的基極； 第五晶體管Ms的基極接第五晶體管Ms的集電極;第五晶體管Ms的集電極接第十四晶體管Mi4 的集電極;第六晶體管Ms的集電極分別接第十屯晶體管Mi7的集電極及輸出loutl;第屯晶體 管M?的基極接Vwi;第屯晶體管M?的發(fā)射極分別接第八晶體管的發(fā)射極及第十Ξ晶體管Mi3的 集電極;第八晶體管Ms的基極接Vw2 ;第九晶體管M9的基極接第十二晶體管化2的基極;第九晶 體管M9的集電極分別接第十一晶體管化1的集電極及第十五晶體管化5的集電極;第十晶體管 化0的基極接第十一晶體管Mil的基極;第十晶體管Mio的集電極分別接第十二晶體管化2的集 電極及第十六晶體管Mi6的集電極;第九晶體管M9和第十晶體管MlO的基極分別接Vin的正負(fù) 極;第十Ξ晶體管化3的基極接化las(因為是外接電壓因此圖中未標(biāo)出）；第十四晶體管Mi4的 基極第十五晶體管化5的基極;第十五晶體管化5的基極接其集電極;第十六晶體管化6的基極 接第十屯管化7基極;第十六晶體管Mi6的基極接其集電極;第十Ξ至第十屯晶體管的發(fā)射極 連接一起接地。
[002引開平方根電路的晶體管級電路圖如圖4所示，其核屯、部分是由化8，Mi9，M2擬及M21構(gòu) 成的translinear結(jié)構(gòu)，M2日管和M21管的寬長比是化8管和化9管的寬長比的4倍，該電路可實現(xiàn) 對電流開平方根。具體的在本發(fā)明一實施例中，所述開平方根電路包括第十八至第二十六 晶體管Mi8~M26;所述第十八晶體管Mi8集電極及第十九晶體管Ml邁極連接作為開平方根電 路輸入端Iin;第十八晶體管化8基極分別接第二十六晶體管M26基極、第十九晶體管化9發(fā)射極 及第二十四晶體管M24集電極;第十九晶體管化9基極接第二十一晶體管M21基極;第二十晶體 管M20基極接其集電極;第二十一晶體管M21發(fā)射極接第二十晶體管M20集電極;第二十一晶體 管M21集電極接第二十二晶體管M22集電極;第二十二晶體管M22基極接第二十Ξ晶體管基極； 第十九晶體管Mi9集電極、第二十二晶體管M22發(fā)射極及第二十Ξ晶體管M23發(fā)射極連接在一 起接高電平;第二十S晶體管M23集電極分別接第二十五晶體管M25集電極及輸出Iout2;第二 十四晶體管M24基極分別接第二十五晶體管M25基極與輸出端Vb;第二十六晶體管M26集電極 接輸出I0ut2;第十八晶體管Mi8集電極及第二十四第二十六晶體管M24~M26發(fā)射極連接在一 起接地。
[0029] 類高斯函數(shù)電路的晶體管級電路圖如圖5所示，由于CMOS電路難W用來產(chǎn)生精確 的高斯函數(shù)波形，因此根據(jù)差分輸入對管的大信號特性同時產(chǎn)生能夠逐漸增大和逐漸減小 的電流，并利用電流的相加得到一種結(jié)構(gòu)簡單、波形可調(diào)的類高斯函數(shù)電路。所述類高斯函 數(shù)產(chǎn)生電路包括第二十屯至第五十二晶體管M27~M52;第二十屯晶體管M27發(fā)射極、第二十八 晶體管M28發(fā)射極及第Ξ十五至第第四十二晶體管M35~M42發(fā)射極連接在一起接高電平;所 述第二十屯晶體管M27基極分別接第二十屯晶體管M27的集電極及第二十八晶體管M28基極； 第二十屯晶體管M27的集電極接第二十九晶體管M29的發(fā)射極;第二十八晶體管M28集電極接 第Ξ十晶體管M30發(fā)射極;第二十九晶體管M29基極分別接第二十九晶體管M29集電極接第Ξ 十晶體管M30基極;第二十九晶體管M29集電極接第Ξ十一晶體管M31集電極;第Ξ十晶體管M30 集電極接第四十屯晶體管M47集電極;第Ξ十一晶體管M31集電極接其基極;第Ξ十一晶體管 M3盛極分別接第S十一晶體管M31集電極及第S十二晶體管M32基極;第；十一晶體管M31發(fā) 射極接第Ξ十ΞΜ33集電極;第Ξ十二晶體管M32集電極接第Ξ十五M35集電極;第Ξ十二晶體 管M32發(fā)射極接第Ξ十四晶體管M34集電極;第Ξ十Ξ晶體管M33基極分別接第Ξ十Ξ晶體管 M33集電極及第Ξ十四晶體管M34基極;第Ξ十Ξ晶體管M33發(fā)射極、第Ξ十四晶體管M34發(fā)射 極、第五十至第五十二晶體管發(fā)射極連接在一起接地;第Ξ十五晶體管M35基極分別連接第 Ξ十五晶體管M35集電極、第Ξ十六晶體管M36基極、第四十一晶體管M"基極及第四十二晶 體管M42基極;第Ξ十六晶體管M36集電極接第Ξ十屯晶體管M37基極;第Ξ十屯晶體管M37集電 極分別接第四十Ξ晶體管M43集電極及接第四十五晶體管M45集電極;第Ξ十屯晶體管M37基 極接第Ξ十八晶體管M38基極;第Ξ十八晶體管M38基極、第Ξ十九晶體管M39集電極、第四十 二晶體管M42集電極連接在一起接輸出Iout3;第Ξ十九晶體管M39基極分別接第四十晶體管 M40基極及第四十一晶體管M"集電極;第四十晶體管M40集電極分別接第四十四晶體管M44集 電極及第四十六晶體管M46集電極;第四十Ξ晶體管M43基極與第四十六晶體管M46基極一起 接輸入Vin，第四十Ξ晶體管M43發(fā)射極分別接第四十四晶體管M44發(fā)射極及第四十八晶體管 M48集電極;第四十四晶體管M44基極接Vl ;第四十五晶體管M45基極接V2 ;第四十五晶體管M45 發(fā)射極分別接第四十六晶體管M46發(fā)射極及第四十九晶體管M49集電極;第四十屯晶體管M47 基極分別第四十屯晶體管M47集電極、第四十八晶體管M48基極、第四十九晶體管M49基極;第 四十屯晶體管M47發(fā)射極接第五十晶體管Mso集電極;第四十八晶體管M48集電極接第五十一 晶體管Msi集電極;第四十九晶體管M49發(fā)射極接第五十二晶體管M52集電極;第五十晶體管Mso 基極分別接第五十晶體管Mso集電極、第五十一晶體管Msi基極、第五十二晶體管M52基極。
[0030] 該電路的工作方法為:輸入端Vx，Vy將二維平面上的點的坐標(biāo)輸入該RB巧巾經(jīng)元電 路;經(jīng)過兩個GUbed乘法器，分別得到兩路信號為Icmtl = k〇(Vx-VxO)哺Icmtl'=k〇(Vy-VyO)2; 兩個電流信號相加后通過開平方根電路，得到
：最后通過類高 斯函數(shù)產(chǎn)生電路，得到逼近I。ut = be邱(-((Vχ-Vx日)2+(V廣Vy日)2)/d)的類高斯函數(shù)形式，b和d 為常數(shù)。
[0031] 在本發(fā)明一實施例中，GUbed乘法器包括第一至第十屯晶體管化~化7,其中第屯 晶體管M?和第八晶體管Ms具有相同的寬長比，第九晶體管M9、第十晶體管Mio、第十一晶體管 化1和第十二化2具有相同的寬長比，用W表示晶體管溝道寬度，L表示晶體管溝道長度，Cox表 示晶體管單位面積柵氧電容，μρ和μη分別表示空穴和電子的溝道遷移率，則該電路的輸出電 流為：
I尋Vwl與Vin的正端相連，用Vx表示，將Vw2與 Vin的負(fù)端相連，用VxO表示，貝柯得到：
[0032]
GUbed乘法器晶體管尺寸參見表1。
[0033] 表 1 「nm/il
[0035] 在本發(fā)明一實施例中，所述開平方根電路的M20管和M21管的寬長比是化8管和Mi9管 的寬長比的4倍，對輸入電流開平方根/。"。=衣:，印
f平方根電 路的晶體管尺寸參見表2。
[0036] 表2
[0037] _
[0038] 在本發(fā)明一實施例中，所述類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路包括第二十屯至第五十二晶體管 M27~M52,假設(shè)第Ξ十六至第第四十一晶體管M36~M"具有相同的寬長比，且是第Ξ十五晶體 管M35的a倍，第四十二晶體管M42的寬長比是第Ξ十五晶體管M35的C倍，第四十八晶體管M48、 第四十九晶體管M49、第五十一晶體管Msi、第五十為晶體管M52具有相同的寬長比，并且是第 四十屯晶體管M47、第五十晶體管Mso的a倍，得到輸出電流為：
[00391
[0040] 其中
Cdx為晶體管單位面積柵氧電容，μ為 溝道遷移率，W為晶體管溝道寬度，L為晶體管溝道長度，通過調(diào)整兩個差分對的輸入電壓Vi 和V2,調(diào)整Vinw。和Vw，從而調(diào)整該電路輸出的類高斯函數(shù)的形狀;所需的特定高斯函數(shù)為 哀u,=々鄉(xiāng)培/馬，取一些離散的點，通過CADENCE軟件仿真，在公式（2)的指導(dǎo)下調(diào)整電路參 數(shù)，從而使類高斯函數(shù)對應(yīng)的點逼近運些離散的點，最終獲得逼近的類高斯函1。。* = 66邱(- ((Vx-VxO)2+(Vy-Vy〇)2)/d)。
[0041 ] 通過調(diào)整兩個差分對的輸入電壓Vl和V2,可W調(diào)整Vinwc和Vw，從而調(diào)整該電路輸出 的類高斯函數(shù)的形狀，如圖6所示。圖7為b = 40，d = 0.02時的理想高斯函數(shù)和調(diào)整得到的類 高斯函數(shù)，在-0.4~0.4范圍內(nèi)W0.01為步長，對兩條曲線取相同的離散點，分別構(gòu)成向量A 和B，在MTLAB軟件中利用R2 = (A地)2/A2*B2可計算得到擬合優(yōu)度為R2 = 0.99775，因此，該電 路仿真波形與理想高斯函數(shù)能夠進(jìn)行很好的擬合。對于所需的特定高斯函數(shù)4t = &exp(-C/叫 (b和d為常數(shù)），我們可W取一些離散的點，通過CADENCE軟件仿真，在公式(2)的指導(dǎo)下調(diào)整 電路參數(shù)，從而使類高斯函數(shù)對應(yīng)的點逼近運些離散的點，最終獲得逼近的類高斯函數(shù)。例 如，在圖7中b = 40，d = 0.02,通過仿真可得類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路參數(shù)為Vi = -0.13V，V2 = 0.13V，電路晶體管尺寸如表3所示。由W上的基本電路模塊構(gòu)成的RB巧巾經(jīng)元電路模塊，可 W用來產(chǎn)生逼近I。ut = bexp(-((Vχ-Vx日)2+(Vy-Vy日)2)/d)(b和d為常數(shù)）的類高斯函數(shù)。固定Vl 和V2，改變VxO和VyO的值，可W產(chǎn)生形狀固定，中屯、可變(為(VxO，VyO)的類高斯函數(shù);固定VxO和 Vyo,改變Vl和V2的值，可W產(chǎn)生中屯個定(為(Vx0，Vy0)，形狀可變的類高斯函數(shù)。
[0042] 表 3
[0043]
[0044] W上是本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作 用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種RBF神經(jīng)元電路，其特征在于：包括第一 Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器、開 平方根電路、電阻及類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路;所述第一 Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器的 電流輸出端分別連接開平方根電路的輸入端;開平方根電路的輸出端分別連接電阻的一端 及類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路的電流輸入端；電阻的另一端接地;所述第一Gilbert乘法器第一輸 入端為神經(jīng)元電路的第一輸入端V x，所述第二Gilbert乘法器第一輸入端為神經(jīng)元電路的 第二輸入端Vy，所述第一 Gilbert乘法器第二輸入端為神經(jīng)元電路的第一控制端VxQ，所述第 二Gilbert乘法器第二輸入端為神經(jīng)元電路的第二控制端V yQ，類高斯函數(shù)的第一輸入端為 神經(jīng)元電路的第三控制端h，類高斯函數(shù)的第二輸入端為神經(jīng)元電路的第四控制端V 2，類高 斯函數(shù)產(chǎn)生電路為神經(jīng)元電路的輸出1_，其中VxQ、VyQ用來控制類高斯函數(shù)的中心，V^V 2 用來控制類高斯函數(shù)的形狀，通過在四個控制端加載適當(dāng)?shù)钠秒妷?，產(chǎn)生一個中心可變、 形狀可變的二維類高斯函數(shù)，二維平面上的點的坐標(biāo)由V x，Vy輸入，對應(yīng)的類高斯函數(shù)值由 lout輸出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RBF神經(jīng)元電路，其特征在于:所述第一 Gilbert乘法器、第二 Gilbert乘法器均包括第一至第十七晶體管施~施7;第一晶體管至第六晶體管施~施的發(fā)射 極連接在一起接高電平;第一晶體管施的基極接第二晶體管此的基極;第一晶體管施的集電 極接分別接第九晶體管M 9的發(fā)射極及第十晶體管M1Q的發(fā)射極;第二晶體管M2的基極接第二 晶體管的集電極;第二晶體管M 2的集電極接第七晶體的管M?的集電極;第三晶體管M3的基極 接第四晶體管M4的基極;第三晶體管M 3的基極接第三晶體管M3的集電極;第三晶體管M3的集 電極接第八晶體管Ms的集電極;第四晶體管M 4的集電極極分別接第十一晶體管Μη的發(fā)射極 及第十二晶體管Μ?2的發(fā)射極;第五晶體管Μ5的基極接第六晶體管Μ 6的基極;第五晶體管Μ5的 基極接第五晶體管Μ5的集電極;第五晶體管Μ5的集電極接第十四晶體管Mm的集電極;第六 晶體管M 6的集電極分別接第十七晶體管此7的集電極及輸出Icmti;第七晶體管M7的基極接 Vwl;第七晶體管M7的發(fā)射極分別接第八晶體管的發(fā)射極及第十三晶體管M 13的集電極;第八 晶體管Ms的基極接￥^;第九晶體管M9的基極接第十二晶體管M12的基極;第九晶體管M 9的集 電極分別接第十一晶體管Μη的集電極及第十五晶體管Mis的集電極;第十晶體管Μιο的基極 接第十一晶體管Μη的基極;第十晶體管M 1Q的集電極分別接第十二晶體管M12的集電極及第 十六晶體管M16的集電極;第九晶體管M 9和第十晶體管M1Q的基極分別接Vin的正負(fù)極;第十三 晶體管Ml3的基極接偏置電壓Vbias ;第十四晶體管Ml4的基極第十五晶體管Ml5的基極;第十五 晶體管M15的基極接其集電極;第十六晶體管M 16的基極接第十七管Μπ基極;第十六晶體管M16 的基極接其集電極;第十三至第十七晶體管的發(fā)射極連接一起接地。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RBF神經(jīng)元電路，其特征在于:所述開平方根電路包括第十八 至第二十六晶體管M18~M 26;所述第十八晶體管M18集電極及第十九晶體管M19基極連接作為 開平方根電路輸入端Ι ιη;第十八晶體管M18基極分別接第二十六晶體管M26基極、第十九晶體 管M 19發(fā)射極及第二十四晶體管M24集電極;第十九晶體管M19基極接第二^^一晶體管M 21基極； 第二十晶體管M2Q基極接其集電極;第二十一晶體管M21發(fā)射極接第二十晶體管M 2Q集電極;第 二十一晶體管m21集電極接第二十二晶體管m22集電極;第二十二晶體管m 22基極接第二十三 晶體管基極;第十九晶體管M19集電極、第二十二晶體管M22發(fā)射極及第二十三晶體管M 23發(fā)射 極連接在一起接高電平；第二十三晶體管M23集電極分別接第二十五晶體管M25集電極及輸 出Icm t2;第二十四晶體管M24基極分別接第二十五晶體管M25基極與輸出端Vb;第二十六晶體 管M26集電極接輸出1。此;第十八晶體管M18集電極及第二十四第二十六晶體管M24~M 26發(fā)射 極連接在一起接地。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RBF神經(jīng)元電路，其特征在于:所述類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路包括 第二十七至第五十二晶體管M27~M52;第二十七晶體管M27發(fā)射極、第二十八晶體管M28發(fā)射極 及第三十五至第第四十二晶體管M 35~M42發(fā)射極連接在一起接高電平;所述第二十七晶體 管M27基極分別接第二十七晶體管M27的集電極及第二十八晶體管M28基極;第二十七晶體管 M27的集電極接第二十九晶體管M29的發(fā)射極;第二十八晶體管M28集電極接第三十晶體管M 30 發(fā)射極;第二十九晶體管M29基極分別接第二十九晶體管m29集電極接第三十晶體管m3Q基極； 第二十九晶體管M 29集電極接第三^^一晶體管M31集電極;第三十晶體管M3Q集電極接第四十 七晶體管M47集電極;第三十一晶體管M 31集電極接其基極;第三^^一晶體管M31基極分別接第 三十一晶體管M31集電極及第三十二晶體管M 32基極;第三^^一晶體管M31發(fā)射極接第三十三 M33集電極;第三十二晶體管M 32集電極接第三十五M35集電極;第三十二晶體管M32發(fā)射極接第 三十四晶體管M34集電極;第三十三晶體管M 33基極分別接第三十三晶體管M33集電極及第三 十四晶體管M34基極;第三十三晶體管M 33發(fā)射極、第三十四晶體管M34發(fā)射極、第五十至第五 十二晶體管發(fā)射極連接在一起接地;第三十五晶體管M 35基極分別連接第三十五晶體管M35 集電極、第三十六晶體管M36基極、第四^^一晶體管M4^極及第四十二晶體管M42基極;第三 十六晶體管M 36集電極接第三十七晶體管M37基極;第三十七晶體管M37集電極分別接第四十 三晶體管M43集電極及接第四十五晶體管M45集電極;第三十七晶體管M37基極接第三十八晶 體管M 38基極;第三十八晶體管M38基極、第三十九晶體管M39集電極、第四十二晶體管M42集電 極連接在一起接輸出Icmt3 ;第三十九晶體管M39基極分別接第四十晶體管M40基極及第四十一 晶體管M41集電極;第四十晶體管M 4Q集電極分別接第四十四晶體管M44集電極及第四十六晶 體管M46集電極;第四十三晶體管M43基極與第四十六晶體管M46基極一起接輸入V in，第四十三 晶體管M43發(fā)射極分別接第四十四晶體管M44發(fā)射極及第四十八晶體管M 48集電極;第四十四 晶體管M44基極接V1;第四十五晶體管M 45基極接V2;第四十五晶體管M45發(fā)射極分別接第四十 六晶體管M 46發(fā)射極及第四十九晶體管M49集電極;第四十七晶體管M47基極分別第四十七晶 體管M47集電極、第四十八晶體管M48基極、第四十九晶體管M49基極;第四十七晶體管M47發(fā)射 極接第五十晶體管M 5Q集電極;第四十八晶體管M48集電極接第五十一晶體管M51集電極;第四 十九晶體管M 49發(fā)射極接第五十二晶體管M52集電極;第五十晶體管M5Q基極分別接第五十晶 體管M5Q集電極、第五^^一晶體管M51基極、第五十二晶體管M52基極。5. -種基于權(quán)利要求1所述的RBF神經(jīng)元電路的工作方法，其特征在于:輸入端Vx，Vy將 二維平面上的點的坐標(biāo)輸入該RBF神經(jīng)元電路;經(jīng)過兩個Gilbert乘法器，分別得到兩路信 號為Imjtl = k()(Vx-Vx())2和Imjtl' =kQ(Vy-VyQ)2;k()為一系數(shù);兩個電流信號相加后通過開平方 根電路，得到;最后通過類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路，得到逼近ι_= beXp(-((Vx-VxQ)2+(V y-Vy())2)/d)的類高斯函數(shù)形式，b和d為常數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的RBF神經(jīng)元電路的工作方法，其特征在于:Gilbert乘法器包括 第一至第十七晶體管施~施7,其中第七晶體管M7和第八晶體管Ms具有相同的寬長比，第九晶 體管M 9、第十晶體管Μιο、第^^一晶體管Μη和第十二Mi2具有相同的寬長比，用W表示晶體管溝 道寬度，L表示晶體管溝道長度，表示晶體管單位面積柵氧電容，心和以"分別表示空穴和 公式（IX電子的溝道迀移率，則該電路的輸出電流為： 將Vw@Vin的正端相連，用Vx表示，將Vw2與Vin的負(fù)端相連，用V xQ表示，則可得到：艮 Pl〇uti = k0(Vx-Vx0)2,其中7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的RBF神經(jīng)元電路的工作方法，其特征在于:所述開平方根電路 對輸入電流開平方根4,=1，即& (2 =扣κ〇2+κΚ)2。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的RBF神經(jīng)元電路的工作方法，其特征在于:所述類高斯函數(shù)產(chǎn) 生電路包括第二十七至第五十二晶體管M27~M 52，假設(shè)第三十六至第第四十一晶體管M36~ M?具有相同的寬長比，且是第三十五晶體管M 35的a倍，第四十二晶體管M42的寬長比是第三 十五晶體管M35的C倍，第四十八晶體管M48、第四十九晶體管M49、第五^^一晶體管M51、第五十 為晶體管M 52具有相同的寬長比，并且是第四十七晶體管M47、第五十晶體管M5Q的a倍，得到輸 出電流為：公式（2)， 其中（^為晶體管單位面積柵氧電容，μ為溝道 迀移率，W為晶體管溝道寬度，L為晶體管溝道長度，通過調(diào)整兩個差分對的輸入電壓VjPV2， 調(diào)整Vinw。和Vw，從而調(diào)整該電路輸出的類高斯函數(shù)的形狀；所需的特定高斯函數(shù)為 /_ 4=/><^(-拉〃)，取一些離散的點；通過CADENCE軟件仿真，在公式（2)的指導(dǎo)下調(diào)整電路參 數(shù)，從而使類高斯函數(shù)對應(yīng)的點逼近這些離散的點，最終獲得逼近的類高斯函1_ =以邱(_ ((Vx_VxO ) 2+ ( Vy_VyO ) 2 ) /d ) 〇
【文檔編號】G06N3/06GK106067063SQ201610390709
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月3日 公開號201610390709.6, CN 106067063 A, CN 106067063A, CN 201610390709, CN-A-106067063, CN106067063 A, CN106067063A, CN201610390709, CN201610390709.6
【發(fā)明人】魏榕山, 姚詩暉, 劉戀, 陳林城
【申請人】福州大學(xué)