[发明专利]一种基于实物忆阻器的联想记忆电路及方法

说明书

本发明提供了一种基于实物忆阻器的联想记忆电路及记忆方法，该电路包括突触单元和脉冲神经元单元；所述突触单元包括忆阻突触M1和忆阻突触M2；所述脉冲神经元单元包括突触前神经元A、突触前神经元B和突触后神经元C，突触前神经元A与突触前神经元B分别接收条件刺激信号和非条件刺激信号；突触单元与脉冲神经元单元组成一个基本联想记忆单元，若干个基本联想记忆单元可以组成生物神经网络。突触单元是基于实物忆阻器，改进了传统突触电路体积大、能耗高的缺点，提高了人工神经网络的集成度，为人工神经网络硬件电路模拟大规模生物神经网络提供了可能。

技术领域

本发明涉及联想记忆电路领域，尤其涉及一种基于实物忆阻器的联想记忆电路及方法。

背景技术

为了使计算机和机器更加智能，越来越多的研究人员致力于研究如何搭建神经形态电路来模拟生物神经网络。生物神经网络重要的功能之一就是联想记忆，联想记忆是人类生活中的一种自我学习方法，它使人类能够记住两个事件之间的关系。利用神经形态电路模拟联想记忆也是进一步研究利用神经形态电路进行各种信息处理的基础，因此在电路中实现联想记忆功能对神经形态电路的发展有着重要的意义。

忆阻器是除电阻、电感和电容外的第四个基本电路元件，忆阻器的电导可通过电压或电流脉冲可逆地调节到多级电导状态，并在停止电刺激后忆阻器的电导状态保持不变。忆阻器的这些特性与生物突触的可塑性变化极为类似，被认为是生物神经网络突触结构的理想选择之一。由忆阻突触构成的神经形态电路可以达到神经元互联的效果，基于忆阻器的计算机将会变得更加智能化和人性化。忆阻器可以与生物神经网络结合来模拟生物联想记忆的功能。目前已经有许多忆阻联想记忆电路被提出，但大部分的联想记忆电路是基于模拟忆阻器设计的，所得出的仿真结果与实际电路的运行结果有较大出入。因此，使用实物忆阻器模型设计并模拟联想记忆电路是当前需要解决的问题之一。

神经元电路作为生物神经网络的重要组成部分之一，负责生物神经网络中信息的输入、整合并实现信息交换的作用。大部分的神经元电路采用方波信号模拟生物神经元的膜电位，这与真实的生物神经元的膜电位并不相似，因此需要一个与生物神经元膜电位特性更加相近的神经元电路。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于实物忆阻器的联想记忆电路，其特征在于，包括突触单元和脉冲神经元单元；所述突触单元包括忆阻突触M1和忆阻突触M2；所述脉冲神经元单元包括突触前神经元A、突触前神经元B和突触后神经元C，突触前神经元A与突触前神经元B分别接收条件刺激信号和非条件刺激信号；当突触前神经元接收到刺激信号时产生脉冲信号，脉冲信号通过突触单元传递到突触后神经元C，当突触单元两端电压大于阈值电压时，忆阻突触M1和忆阻突触M2的突触权重发生变化，突触权重在电压消失后保留，当突触单元两端电压小于阈值电压时，突触权重不发生变化，突触后神经元C根据突触权重的大小判断是否产生脉冲信号；

突触单元的电路组成为：忆阻突触M1的输入端分别连接突触前神经元A的输出2端和常开开关的输出端，忆阻突触M1的输出端连接突触后神经元C的输入2端，减法器的同向输入端和反向输入端分别连接至突触前神经元A的输出1端和突触后神经元C的输出1端，减法器的输出端连接钳位电路的输入端，忆阻突触M2的输入端和输出端分别连接至突触前神经元B的输出1端和突触后神经元C的输入1端；

脉冲神经元单元的突触前神经元A、突触前神经元B和突触后神经元C的电路组成相同，其中，各脉冲神经元的电路组成为：运算放大器的同向输入端接收刺激信号，运算放大器的输出端连接至电压比较器的同向输入端，电压比较器的输出端与或门连接，或门输出端与电压比较器的同相输入端连接，电压比较器的输出端连接二级反相器的输入端，二级反相器的输出端经RC电路分别连接至两个电压跟随器的同向输入端。