[发明专利]一种应用于图像识别领域的忆阻器感存算一体电路结构

说明书

本发明属于半导体器件与集成电路技术领域，提供一种应用于图像识别领域的忆阻器感存算一体电路结构，旨在利用具有光电特性和存储特性的忆阻器与CMOS集成电路进行单片集成，进而实现图像信息传感、存储及运算的完整过程。本发明充分利用了忆阻器的光电特性和存储特性，将忆阻器器件作为图像信息传感器件和存储单元，并结合相应的运算电路模块，实现了在单片上同时集成传感、存储与运算的电路功能模块；同时，本发明还结合二极管和MOS晶体管进行电路结构的优化。综上，本发明中应用于图像识别领域的忆阻器感存算一体电路结构能够用于图像传感、图像识别等应用领域，且具有体积小、速度快、功耗低、集成度高、成本低、抗干扰能力强的特点。

技术领域

本发明属于半导体器件与集成电路技术领域，尤其涉及利用具有光电特性和存储特性的忆阻器与CMOS集成电路进行单片集成的电路结构，具体提供一种应用于图像识别领域的忆阻器感存算一体电路结构。

背景技术

当前，人工智能技术的发展态势十分迅猛，基于人工智能技术的图像识别也得到了长足的发展。图像识别技术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，这一技术目前已应用于多个领域，例如自动驾驶、人脸识别、数字识别等；由此可见，图像识别技术作为重要的可发展性研究项目，体现出多方面的价值，研究图像识别技术在应用中出现的问题，推动图像识别技术的进一步发展，有利于将图像识别技术应用于更多的领域。

目前，常见的图像识别技术为CMOS图像传感器技术，主要包括CMOS图像传感器芯片、运算单元及存储单元；而图像识别过程主要为三个阶段：图像采集、图像处理、图像识别；其中，图像采集主要利用CMOS图像传感器芯片进行，图像处理和图像识别的过程则主要是通过计算机软件层面来对CMOS图像传感器采集到的图像信息进行运算和处理、即运算单元，而存储单元用于CMOS图像传感器芯片与运算单元之间的图像信息存储。虽然，目前CMOS图像传感器技术发展已经较为成熟；但是，CMOS图像传感器芯片、运算单元、存储单元均为独立电路模块，这种冯诺依曼结构将导致其运算速度低下，并产生较大功耗、且电路集成度低。

发明内容

本发明的目次在于提供一种应用于图像识别领域的忆阻器感存算一体电路结构，充分利用了忆阻器的光电特性和存储特性，将忆阻器器件作为图像信息传感器件和存储单元，并结合相应的运算电路模块，实现了在单片上同时集成传感、存储与运算的电路功能模块；并且，进一步结合二极管和MOS晶体管进行电路结构的优化。所述忆阻器感存算一体电路结构能够用于图像传感、图像识别等应用领域，且具有体积小、速度快、功耗低、集成度高、成本低、抗干扰能力强的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种应用于图像识别领域的忆阻器感存算一体电路结构，包括忆阻器阵列模块、外部擦写电路模块与运算电路模块；其特征在于，

所述忆阻器阵列模块包括正权值忆阻器阵列模块与负权值忆阻器阵列模块，所述正权值忆阻器阵列模块与负权值忆阻器阵列模块结构相同、均包括呈阵列分布的M×N个忆阻器；所述正权值忆阻器阵列模块中，忆阻器的第一端连接于输入行线RL_m上、第二端连接于输出列线上；所述负权值忆阻器阵列模块中，忆阻器的第一端连接于输入行线RL_m上、第二端连接于输出列线上；所述忆阻器与忆阻器对应设置、共同构成一组忆阻器组；所述输入行线RL_m连接输入电压V_in,m，n＝1,2,...,N，m＝1,2,...,M；

所述外部擦写电路模块耦接到忆阻器阵列模块中的每一个忆阻器的两端；

所述运算电路模块包括：N个运算单元，每个运算单元由第一电流转电压电路模块、第二电流转电压电路模块与减法电路模块构成；其中，针对第n个运算单元，第一电流转电压电路模块的输入端连接输出列线第二电流转电压电路模块的输入端连接输出列线第一电流转电压电路模块与第二电流转电压电路模块的输出分别输入减法电路模块，减法电路模块的输出端作为忆阻器感存算一体电路结构的输出端，共N个输出端。