[发明专利]利用混合CMOS-忆阻器模糊逻辑门电路及其设计方法

说明书

本发明属于一般编码、译码或代码转换技术领域，公开了利用混合CMOS‑忆阻器模糊逻辑门电路及其设计方法，包括基于墨滴扩散的模糊逻辑的建立过程、忆阻器的选型设计及仿真、逻辑门电路的设计、逻辑门电路的仿真。本发明利用自旋忆阻器纳米级尺寸、比HP忆阻器更快的响应速度、极低的硬件实现成本，构建基于自旋忆阻器的交叉阵列电路，采用墨滴扩散式模糊推理方法，结合CMOS元件设计了可以在模糊系统领域应用的模糊逻辑“与”、“或”、“非”、“与非”、“异或”门电路；本发明验证了所设计门电路的正确性和可行性，填补了模糊逻辑硬件电路无可以简单实现并可以扩展的门电路的空缺，为模糊系统及模糊神经网络大研究奠定了基础。

技术领域

本发明属于一般编码、译码或代码转换技术领域，尤其涉及利用混合CMOS- 忆阻器模糊逻辑门电路及其设计方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：模糊逻辑是Zadeh教授在1965年提出的。他是传统明确集合理论的扩展，该理论能够通过隶属函数来处理语言信息，也被认为是最接近人脑的智能系统。目前，模糊理论广泛应用于自动控制和专家系统中，且模糊系统的应用领域也在不断扩展，因此研究者们都热衷于找到一种可行的方法来实现一套能够实时运行的完整高速有效的模糊系统。文献An implementation of fuzzy logic controller onthe reconfigurable FPGAsystem 中利用利用可重构的现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)，其中用到了用于超大规模集成电路(VLSI)的微型控制器和计算辅助工具。Yamakawa和Miki用基于电流模式的模拟CMOS实现了模糊推理系统。Huertas等在文献Building Blocks forCurrent-Mode Implementation of VLSI Fuzzy Microcontrollers中集合模拟和数字技术设计了一种模糊微控制器，并提供了一个同外部相连接的电压接口。以上文献中的实现方法耗费大量的硬件资源且运算速度较低。传统的模糊系统将语言信息在数字系统中进行处理，隶属函数在表示语言变量时需要转化为二值编码，随着对数据精度越来越高的要求，数据编码的位数也越来越大，势必会损失一定的计算速度。数字系统在解决精度和速度这两个相对矛盾的问题上显得尤为乏力，人们自然而然的想到使用计算速度更快的模拟电路来解决以上矛盾。取极大(maximum)和极小(minimum)函数是模糊逻辑里面最重要的部分，因为模糊推理里面的取极大和极小函数在模糊控制里面意义重大。而为了实现模糊推理中的极大极小函数，这就需要建立起求多输入信号的极大极小电路。模拟VLSI电路因其更容易用来实现算数运算更适合用来构建模糊推理系统。而在模拟电路的设计理论里有基于电流和电压模式可以用来直接实现模糊算子里面的算术运算。电压模式和电流的区别在于输入和输出值是电压或者电流。文献Design and analysis of novel fuzzifer circuitsin CMOS current mode approach设计和分析了一种模糊电路可以将输入信号进行模糊化输入如高斯隶属函数。文献Fuzzy multiple-input maximum and minimum circuits incurrent mode and their analyses using bounded-difference equations设计了一种基于电流的求极大和极小电路模型，文中主要采用COMS原件，但电路复杂度较高，应用范围较小。忆阻器是一种具有可变电阻的无源元件，忆阻器可以用于存储，神经形态计算和模拟电路设计等。已有文献文利用基于HP模型忆阻器的阈值特性和高低阻态的开关特性，用忆阻器设计了一种逻辑运算电路，但该电路不能存储运算的结果。文献‘Memristive’switches enable‘stateful’logic operations via material implication设计了一种基于忆阻器的蕴含逻辑门实现了异或逻辑和全加器电路是对其它布尔逻辑的补充。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)随着对计算精度的要求越来越高，硬件规模越来越大，导致系统可靠性降低，且功耗增加；