面向联想记忆和模式识别的忆阻神经网络电路设计
发布时间：2021-04-09 22:45
机器学习的不断发展、大数据技术和深度学习的快速兴起,对数据处理硬件的速度、体积、功耗提出越来越高的要求。但是受到摩尔定律逐渐失效和冯·诺依曼架构瓶颈的制约,现有的CMOS硬件平台已经渐渐不能满足海量数据处理的需求,这促使人们开始探索下一代的数据处理硬件。在新兴的数据处理硬件平台中,忆阻神经网络电路被认为是解决现有制约的最具潜力的硬件平台之一。因此,研究忆阻神经网络电路设计具有重要意义。模拟联想记忆、STDP、稳态可塑性等生物特征的忆阻神经网络电路设计,是实现仿生忆阻硬件平台的基础。现有的模拟联想记忆的忆阻神经网络电路只侧重于模拟联想记忆的功能,而电路运行过程中相关参数的变化未知,这不利于电路的扩展和应用。另一方面,忆阻神经网络电路可以实现计算加速,并经过神经网络算法训练后完成模式识别功能。现有的模式识别忆阻神经网络电路存在突触权重不能同步调整、电路结构与训练算法不匹配等不足之处。本文根据联想记忆和模式识别的特点,研究相应的忆阻神经网络电路设计,解决了现有研究中存在的相关不足,主要的研究内容如下:首先,本文提出由四个MOS管和一个忆阻器组成的忆阻值双向调节电路,并推导出控制信号作用时间与...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
本文内容的结构和相互关系
华中科技大学博士学位论文142.2.2忆阻值双向调节电路本章提出一种忆阻值双向调节电路，它只使用正电压就可以调节忆阻值。并且，它可以由数字逻辑信号直接控制，其原理图如2.1所示。忆阻值双向调节电路由两个p型MOS管a1T、a2T，两个n型MOS管a3T、a4T和一个忆阻器mR组成。a1T、a2T的参数相同，a3T、a4T的参数也相同，而且p型MOS管与n型MOS管的参数是对称的。1V、2V、3V、4V是数字逻辑信号，它们控制MOS管的导通与关断，逻辑1和逻辑0的电压分别设置为5V和0V。图2.1忆阻值双向调节电路如果3V=1，则a3T栅极和源极间的电压大于a3T的阈值电压，因此a3T导通。导通的MOS管工作在非饱和区，此时漏极电流可以近似地表示为[126],[127](())2DnGSTDSDSi=K2V-VV-V(2.7)其中nK表示a3T的电导常数，GSV代表栅极和源极间的电压，DSV代表漏极和源极间的电压，TV代表a3T的阈值电压。在非饱和区中，()2DSGSTDSV2V-VV，因此式(2.7)可以近似地表示为[126]()DnGSTDSi=2KV-VV(2.8)从而a3T的等效电阻表示为[126]
华中科技大学博士学位论文15()dsonGST12r=KV-V(2.9)a3T的参数nK、GSV、TV是常数，因此dsor等效为一个电阻。当3V=0时，a3T栅极和源极间的电压为0V，a3T关断。进而，可以得到a1T、a2T、a4T在导通时的等效阻值同样是dsor。如果12V=V=1，34V=V=0，忆阻值双向调节电路中的四个MOS管都处于关断状态，此时没有电流流过忆阻器，忆阻值保持不变。当14V=V=0，23V=V=1时，a1T、a3T导通，a2T、a4T关断。电流通过a1T、mR和a3T流入地端，使忆阻值增加。图2.2(a)和2.2(c)分别展示了这种状态下的电流通路和等效电路。当14V=V=1，23V=V=0时，a1T、a3T关断，a2T、a4T导通。电流以相反的方向流过忆阻器，因此忆阻值减小，此时的电流通路如图2.2(b)所示。当忆阻值增加或减小时，忆阻器两端的电压表示为()()()()()mddma1ma3RtVVt=Xt-Yt=R+Rt+R(2.10)式(2.5)对时间t的微分可以表示为图2.2(a)忆阻值增加时的电流通路。(b)忆阻值减少时的电流通路。(c)忆阻值增加时的等效电路，X(t)和Y(t)表示忆阻器两端的电压值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]忆阻器交叉阵列及在图像处理中的应用[J]. 胡小方,段书凯,王丽丹,廖晓峰. 中国科学:信息科学. 2011(04)
硕士论文
[1]基于4T1M突触的忆阻神经网络及其片上学习与逻辑应用研究[D]. 刘阳.华中科技大学 2016
本文编号：3128439
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
本文内容的结构和相互关系
华中科技大学博士学位论文142.2.2忆阻值双向调节电路本章提出一种忆阻值双向调节电路，它只使用正电压就可以调节忆阻值。并且，它可以由数字逻辑信号直接控制，其原理图如2.1所示。忆阻值双向调节电路由两个p型MOS管a1T、a2T，两个n型MOS管a3T、a4T和一个忆阻器mR组成。a1T、a2T的参数相同，a3T、a4T的参数也相同，而且p型MOS管与n型MOS管的参数是对称的。1V、2V、3V、4V是数字逻辑信号，它们控制MOS管的导通与关断，逻辑1和逻辑0的电压分别设置为5V和0V。图2.1忆阻值双向调节电路如果3V=1，则a3T栅极和源极间的电压大于a3T的阈值电压，因此a3T导通。导通的MOS管工作在非饱和区，此时漏极电流可以近似地表示为[126],[127](())2DnGSTDSDSi=K2V-VV-V(2.7)其中nK表示a3T的电导常数，GSV代表栅极和源极间的电压，DSV代表漏极和源极间的电压，TV代表a3T的阈值电压。在非饱和区中，()2DSGSTDSV2V-VV，因此式(2.7)可以近似地表示为[126]()DnGSTDSi=2KV-VV(2.8)从而a3T的等效电阻表示为[126]
华中科技大学博士学位论文15()dsonGST12r=KV-V(2.9)a3T的参数nK、GSV、TV是常数，因此dsor等效为一个电阻。当3V=0时，a3T栅极和源极间的电压为0V，a3T关断。进而，可以得到a1T、a2T、a4T在导通时的等效阻值同样是dsor。如果12V=V=1，34V=V=0，忆阻值双向调节电路中的四个MOS管都处于关断状态，此时没有电流流过忆阻器，忆阻值保持不变。当14V=V=0，23V=V=1时，a1T、a3T导通，a2T、a4T关断。电流通过a1T、mR和a3T流入地端，使忆阻值增加。图2.2(a)和2.2(c)分别展示了这种状态下的电流通路和等效电路。当14V=V=1，23V=V=0时，a1T、a3T关断，a2T、a4T导通。电流以相反的方向流过忆阻器，因此忆阻值减小，此时的电流通路如图2.2(b)所示。当忆阻值增加或减小时，忆阻器两端的电压表示为()()()()()mddma1ma3RtVVt=Xt-Yt=R+Rt+R(2.10)式(2.5)对时间t的微分可以表示为图2.2(a)忆阻值增加时的电流通路。(b)忆阻值减少时的电流通路。(c)忆阻值增加时的等效电路，X(t)和Y(t)表示忆阻器两端的电压值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]忆阻器交叉阵列及在图像处理中的应用[J]. 胡小方,段书凯,王丽丹,廖晓峰. 中国科学:信息科学. 2011(04)
硕士论文
[1]基于4T1M突触的忆阻神经网络及其片上学习与逻辑应用研究[D]. 刘阳.华中科技大学 2016
本文编号：3128439
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3128439.html
