Rbf神经元电路及其工作方法

Rbf神经元电路及其工作方法
【专利摘要】本发明提供一种RBF神经元电路及其工作方法，该电路包括第一Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器、开平方根电路、电阻及类高斯函数产生电路；第一Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器的电流输出端分别连接开平方根电路的输入端；开平方根电路的输出端分别连接电阻的一端及类高斯函数产生电路的电流输入端；电阻的另一端接地。通过给定适当的外界偏置电压，可产生一个中心可变、形状可变的二维类高斯函数。本发明可集成为专用的神经网络芯片，具有体积小、便携带、可嵌入等优点，可以实现高度的并行计算，克服了软件实现RBF神经元电路模块的体积大、不易携带、不易嵌入、运算速度慢的缺陷。
【专利说明】
RBF神经元电路及其工作方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种神经元电路及其工作方法，具体设及一种RB巧巾经元电路及其工 作方法。
【背景技术】
[0002] RBF(径向基函数，Radial Basic Function)神经网络的理论模型在模式分类、函 数逼近等人工智能领域得到了广泛的应用，但目前还主要集中在传统的计算机的软件模拟 实现上。RB巧巾经网络在软件上的实现都是采用通用CPU处理器，不方便嵌入到别的应用系 统中去，并且依靠体积巨大的通用计算机系统完成学习运算，不具备便携性。在运算过程 中，CPU往往是要等到RBF的神经元一个接一个地计算完之后，再计算总的结果，采用的是串 行计算方式，速度较慢。因此，RB巧巾经网络的软件实现难W满足其在人工智能应用领域高 速、便携、可嵌入等方面的要求。
[0003] RB巧巾经网络的硬件实现，可W集成为专用的神经网络忍片，具有体积小、携带方 便的特点，容易嵌入到其它系统中实现专用功能。此外，它还可W实现高度的并行计算，克 服了在软件上实现RB巧巾经网络的缺陷。因此，RB巧巾经网络的硬件实现研究具有重要意义。

【发明内容】

[0004] 本发明提出了一种RB巧申经元的电路及其工作方法，通过给定适当的外界偏置电 压，可产生一个中屯、可变、形状可变的二维类高斯函数。
[0005] 本发明通过W下技术方案实现：一种RB巧巾经元电路，其特征在于：包括第一 GHbed乘法器、第二Gi化ert乘法器、开平方根电路、电阻及类高斯函数产生电路;所述第 一 Gi化ert乘法器、第二Gi化ert乘法器的电流输出端分别连接开平方根电路的输入端;开 平方根电路的输出端分别连接电阻的一端及类高斯函数产生电路的电流输入端；电阻的另 一端接地;所述第一 GUbert乘法器第一输入端为神经元电路的第一输入端Vx，所述第二 GHbed乘法器第一输入端为神经元电路的第二输入端Vy，所述第一 Gi化ert乘法器第二输 入端为神经元电路的第一控制端Vxo,所述第二Gi化ert乘法器第二输入端为神经元电路的 第二控制端VyO,类高斯函数的第一输入端为神经元电路的第Ξ控制端VI，类高斯函数的第 二输入端为神经元电路的第四控制端V2,类高斯函数产生电路为神经元电路的输出Inut，其 中Vx0、Vy0用来控制类高斯函数的中屯、，Vl和V2用来控制类高斯函数的形状，通过在四个控制 端加载适当的偏置电压，产生一个中屯、可变、形状可变的二维类高斯函数，二维平面上的点 的坐标由Vx，Vy输入，对应的类高斯函数值由I DUt输出。在本发明一实施例中，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体管化~化7;第一晶体管至第 六晶体管Ml~Ms的发射极连接在一起接高电平；第一晶体管Ml的基极接第二晶体管M2的基 极;第一晶体管Ml的集电极接分别接第九晶体管M9的发射极及第十晶体管Mio的发射极;第 二晶体管M2的基极接第二晶体管的集电极;第二晶体管M2的集电极接第屯晶体的管的集 电极;第Ξ晶体管M3的基极接第四晶体管M4的基极;第Ξ晶体管M3的基极接第Ξ晶体管M3的 集电极;第Ξ晶体管M3的集电极接第八晶体管Ms的集电极;第四晶体管M4的集电极极分别接 第十一晶体管化1的发射极及第十二晶体管化2的发射极;第五晶体管Ms的基极接第六晶体管 Ms的基极;第五晶体管Ms的基极接第五晶体管Ms的集电极;第五晶体管Ms的集电极接第十四 晶体管Mi4的集电极;第六晶体管M6的集电极分别接第十屯晶体管化7的集电极及输出loutl; 第屯晶体管的基极接Vwi;第屯晶体管的发射极分别接第八晶体管的发射极及第十Ξ晶 体管化3的集电极;第八晶体管Ms的基极接Vw2;第九晶体管M9的基极接第十二晶体管化2的基 极;第九晶体管M9的集电极分别接第十一晶体管Mil的集电极及第十五晶体管化5的集电极； 第十晶体管Mio的基极接第十一晶体管Mil的基极;第十晶体管Mio的集电极分别接第十二晶 体管Mi2的集电极及第十六晶体管Mi6的集电极;第九晶体管M9和第十晶体管MlO的基极分别 接Vin的正负极;第十Ξ晶体管化3的基极接化ias ;第十四晶体管化4的基极第十五晶体管化5的 基极;第十五晶体管Mi5的基极接其集电极;第十六晶体管化6的基极接第十屯管Mi7基极;第 十六晶体管化6的基极接其集电极;第十Ξ至第十屯晶体管的发射极连接一起接地。
[0006] 在本发明一实施例中，所述开平方根电路包括第十八至第二十六晶体管化8~M26; 所述第十八晶体管Mi8集电极及第十九晶体管Mi9基极连接作为开平方根电路输入端Iin;第 十八晶体管Mi8基极分别接第二十六晶体管M26基极、第十九晶体管Mi9发射极及第二十四晶 体管M24集电极;第十九晶体管Ml邁极接第二十一晶体管M2盛极;第二十晶体管M2遽极接其 集电极;第二十一晶体管M21发射极接第二十晶体管M20集电极;第二十一晶体管M21集电极接 第二十二晶体管M22集电极;第二十二晶体管M22基极接第二十Ξ晶体管基极;第十九晶体管 化9集电极、第二十二晶体管M22发射极及第二十Ξ晶体管M23发射极连接在一起接高电平;第 二十Ξ晶体管M23集电极分别接第二十五晶体管Μ化集电极及输出I〇ut2;第二十四晶体管M24 基极分别接第二十五晶体管M2盛极与输出端Vb;第二十六晶体管M26集电极接输出Icmt2;第 十八晶体管化8集电极及第二十四第二十六晶体管M24~M26发射极连接在一起接地。
[0007] 在本发明一实施例中，所述类高斯函数产生电路包括第二十屯至第五十二晶体管 M27~M52;第二十屯晶体管M27发射极、第二十八晶体管M28发射极及第Ξ十五至第第四十二晶 体管M35~M42发射极连接在一起接高电平;所述第二十屯晶体管M27基极分别接第二十屯晶 体管M27的集电极及第二十八晶体管M28基极;第二十屯晶体管M27的集电极接第二十九晶体 管M29的发射极;第二十八晶体管M28集电极接第Ξ十晶体管M30发射极;第二十九晶体管M29基 极分别接第二十九晶体管M29集电极接第Ξ十晶体管M30基极;第二十九晶体管M29集电极接 第Ξ十一晶体管M31集电极;第Ξ十晶体管M30集电极接第四十屯晶体管M47集电极;第Ξ十一 晶体管M31集电极接其基极;第Ξ十一晶体管M31基极分别接第Ξ十一晶体管M31集电极及第 立十二晶体管132基极;第Ξ^^ -晶体管M31发射极接第Ξ十ΞΜ33集电极;第Ξ十二晶体管M32 集电极接第Ξ十五M35集电极;第Ξ十二晶体管M32发射极接第Ξ十四晶体管M34集电极;第Ξ 十Ξ晶体管M33基极分别接第Ξ十Ξ晶体管M33集电极及第Ξ十四晶体管M34基极;第Ξ十Ξ 晶体管M33发射极、第Ξ十四晶体管M34发射极、第五十至第五十二晶体管发射极连接在一起 接地;第Ξ十五晶体管M35基极分别连接第Ξ十五晶体管M35集电极、第Ξ十六晶体管M36基 极、第四十一晶体管M"基极及第四十二晶体管M42基极;第Ξ十六晶体管M36集电极接第Ξ十 屯晶体管M37基极;第Ξ十屯晶体管M37集电极分别接第四十Ξ晶体管M43集电极及接第四十 五晶体管M45集电极;第Ξ十屯晶体管M37基极接第Ξ十八晶体管M38基极;第Ξ十八晶体管M38 基极、第Ξ十九晶体管M39集电极、第四十二晶体管M42集电极连接在一起接输出Iout3;第Ξ十 九晶体管M39基极分别接第四十晶体管M40基极及第四十一晶体管Μ"集电极;第四十晶体管 Μ40集电极分别接第四十四晶体管Μ44集电极及第四十六晶体管Μ46集电极;第四十Ξ晶体管 Μ4溢极与第四十六晶体管Μ46基极一起接输入Vin，第四十S晶体管Μ43发射极分别接第四十 四晶体管M44发射极及第四十八晶体管M48集电极;第四十四晶体管M44基极接Vl;第四十五晶 体管M45基极接V2;第四十五晶体管M45发射极分别接第四十六晶体管M46发射极及第四十九 晶体管M49集电极;第四十屯晶体管M47基极分别第四十屯晶体管M47集电极、第四十八晶体管 M4遥极、第四十九晶体管M49基极;第四十屯晶体管M47发射极接第五十晶体管MSO集电极;第 四十八晶体管M48集电极接第五十一晶体管MSI集电极;第四十九晶体管M49发射极接第五十 二晶体管M52集电极;第五十晶体管Mso基极分别接第五十晶体管Mso集电极、第五十一晶体管 Msi基极、第五十二晶体管M52基极。
[000引本发明还提供一种基于权利要求1所述的RB巧申经元电路的工作方法，其特征在 于:输入端Vx，Vy将二维平面上的点的坐标输入该RB巧巾经元电路;经过两个Gi化er t乘法器， 分别得到两路信号为I。utl = ko(Vχ-Vxo)哺I。utl'=ko(Vy-Vyo)2;ko为一系数;两个电流信号相 加后通过开平方根电路，得到
最后通过类高斯函数产生电路，得 到逼近I。ut = bexp(-((Vχ-Vx日)2+(Vy-Vy日)2)/d)的类高斯函数形式，b和d为常数。
[0009] 在本发明一实施例中，GUbed乘法器包括第一至第十屯晶体管化~化7,其中第屯 晶体管M?和第八晶体管Ms具有相同的宽长比，第九晶体管M9、第十晶体管Mio、第十一晶体管 化1和第十二化2具有相同的宽长比，用W表示晶体管沟道宽度，L表示晶体管沟道长度，Cox表 示晶体管单位面积栅氧电容，μρ和μη分别表示空穴和电子的沟道迁移率，则该电路的输出电 流为
将Vwl与Vin的正端相连，用Vx表示，将Vw2与 Vin的负端相连，用VxO表示，贝柯得到：
[0010]
[00川在本发明一实施例中，所述开平方根电路对输入电流开平方根/。,,,:=^，即
[0012] 在本发明一实施例中，所述类高斯函数产生电路包括第二十屯至第五十二晶体管 M27~M52,假设第Ξ十六至第第四十一晶体管M36~M"具有相同的宽长比，且是第Ξ十五晶体 管M35的a倍，第四十二晶体管M42的宽长比是第Ξ十五晶体管M35的C倍，第四十八晶体管M48、 第四十九晶体管M49、第五十一晶体管MSI、第五十为晶体管M52具有相同的宽长比，并且是第 四十屯晶体管M47、第五十晶体管Mso的a倍，得到输出电流为：
[0013]
[0014] 其^
Cdx为晶体管单位面积栅氧电容，μ为 沟道迁移率，W为晶体管沟道宽度，L为晶体管沟道长度，通过调整两个差分对的输入电压Vi 和V2,调整Vinw。和Vw，从而调整该电路输出的类高斯函数的形状;所需的特定高斯函数为 4,4=6巧>(-巧/斗取一些离散的点，通过CADENCE软件仿真，在公式（2)的指导下调整电路参 数，从而使类高斯函数对应的点逼近运些离散的点，最终获得逼近的类高斯函1。。* = 66邱(- ((Vx-VxO)2+(Vy-Vy〇)2)/d)。
[0015] 本发明提出了一种RB巧申经元的模拟电路实现方案。通过给定适当的外界偏置电 压，可产生一个中屯、可变、形状可变的二维类高斯函数。该RB巧巾经元电路模块是RB巧巾经网 络电路系统中最重要的基本单元，可用来搭建模式分类器、函数逼近器等神经网络电路。本 发明可集成为专用的神经网络忍片，具有体积小、方便携带、可嵌入等优点，可W实现高度 的并行计算，克服了软件实现RB巧巾经元电路模块的体积大、不易携带、不易嵌入、运算速度 慢的缺陷。本发明还可W通过增加 Gi化ert乘法器数目来产生更高维的类高斯函数，使其用 来搭建更复杂的模式分类器、函数逼近器等神经网络电路系统，具有较强的可拓展性。本发 明凭借其可嵌入性、便携性、高速性、可扩展等优点，有望在模式分类和函数逼近等人工智 能领域得到广泛的应用。
【附图说明】
[0016] 图1为RB巧巾经元电路模块的示意图。
[0017] 图2为R邸神经元电路模块的原理图。
[0018] 图3为Gi化ert乘法器的晶体管级电路图。
[0019] 图4为开平方根电路的晶体管级电路图。
[0020] 图5类高斯函数产生电路的晶体管级电路图。
[0021 ]图6类高斯函数产生电路的仿真图。
[0022]图7类高斯函数产生电路的仿真波形与理想高斯函数对比图。
【具体实施方式】
[0023 ]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0024] 本发明提出了一种RB巧申经元的模拟电路实现方案，通过给定适当的外界偏置电 压，可产生一个中屯、可变、形状可变的二维类高斯函数。该RB巧巾经元电路模块是RB巧巾经网 络电路系统中最重要的基本单元，可用来搭建模式分类器、函数逼近器等神经网络电路。本 发明可W集成为专用的神经网络忍片，其体积小，携带方便，容易嵌入到其它系统中。此外， 它还可W实现高度的并行计算，克服了软件实现RB巧巾经元电路模块的体积大、不易携带、 不易嵌入、运算速度慢等缺陷。
[0025] 本发明利用Gi化ert乘法器，开平方根电路和类高斯函数产生电路运些基本电路 单元设计了一个RB巧巾经元电路模块。如图1所示，该RB巧巾经元电路模块有两个输入端(Vx， Vy)，一个输出端(lDUt)，W及四个控制端(其中(Vx0，Vy0)用来控制类高斯函数的中屯、，Vi和V2 用来控制类高斯函数的形状）。通过在控制端加载适当的偏置电压，便可产生一个中屯、可 变、形状可变的二维类高斯函数。二维平面上的点的坐标由(Vx，Vy)输入，对应的类高斯函数 值由lout输出。
[0026] 本发明的原理图如图2所示，RBF神经元电路包括第一 Gilbed乘法器、第二 GHbed乘法器、开平方根电路、电阻及类高斯函数产生电路;所述第一 GUbert乘法器、第 二Gilbert乘法器的电流输出端分别连接开平方根电路的输入端;开平方根电路的输出端 分别连接电阻的一端及类高斯函数产生电路的电流输入端；电阻的另一端接地；输入端 (Vx，Vy)将二维平面上的点的坐标输入该RB巧巾经元电路模块;经过两个Gi化ert乘法器，分 别得到两路信号为Ii = k(Vx-Vx〇)2和l2 = k〇(Vy-Vy〇)2;两个电流信号相加后通过开平方根电 路，得到
：最后通过类高斯函数产生电路，得到逼近lDut = Aexp (-((Vx-Vx〇)2+(Vy-Vy〇)2)/D)(A和D为常数)的类高斯函数形式。
[0027]图3为Gi化ert乘法器的晶体管级电路图，它在神经网络中被广泛用于实现大规模 处理Σ的功能。折叠式Gi化ert乘法器的动态范围大、乘法运算的精度高。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体管化~化7;第一晶体管至第六晶体管 化~Ms的发射极连接在一起接高电平;第一晶体管Ml的基极接第二晶体管M2的基极;第一晶 体管Ml的集电极接分别接第九晶体管M9的发射极及第十晶体管Mio的发射极;第二晶体管M2 的基极接第二晶体管的集电极;第二晶体管M2的集电极接第屯晶体的管的集电极;第Ξ晶 体管M3的基极接第四晶体管M4的基极;第Ξ晶体管M3的基极接第Ξ晶体管M3的集电极;第Ξ 晶体管M3的集电极接第八晶体管Ms的集电极;第四晶体管M4的集电极极分别接第十一晶体 管Mil的发射极及第十二晶体管化2的发射极;第五晶体管Ms的基极接第六晶体管Ms的基极； 第五晶体管Ms的基极接第五晶体管Ms的集电极;第五晶体管Ms的集电极接第十四晶体管Mi4 的集电极;第六晶体管Ms的集电极分别接第十屯晶体管Mi7的集电极及输出loutl;第屯晶体 管M?的基极接Vwi;第屯晶体管M?的发射极分别接第八晶体管的发射极及第十Ξ晶体管Mi3的 集电极;第八晶体管Ms的基极接Vw2 ;第九晶体管M9的基极接第十二晶体管化2的基极;第九晶 体管M9的集电极分别接第十一晶体管化1的集电极及第十五晶体管化5的集电极;第十晶体管 化0的基极接第十一晶体管Mil的基极;第十晶体管Mio的集电极分别接第十二晶体管化2的集 电极及第十六晶体管Mi6的集电极;第九晶体管M9和第十晶体管MlO的基极分别接Vin的正负 极;第十Ξ晶体管化3的基极接化las(因为是外接电压因此图中未标出）；第十四晶体管Mi4的 基极第十五晶体管化5的基极;第十五晶体管化5的基极接其集电极;第十六晶体管化6的基极 接第十屯管化7基极;第十六晶体管Mi6的基极接其集电极;第十Ξ至第十屯晶体管的发射极 连接一起接地。
[002引开平方根电路的晶体管级电路图如图4所示，其核屯、部分是由化8，Mi9，M2拟及M21构 成的translinear结构，M2日管和M21管的宽长比是化8管和化9管的宽长比的4倍，该电路可实现 对电流开平方根。具体的在本发明一实施例中，所述开平方根电路包括第十八至第二十六 晶体管Mi8~M26;所述第十八晶体管Mi8集电极及第十九晶体管Ml邁极连接作为开平方根电 路输入端Iin;第十八晶体管化8基极分别接第二十六晶体管M26基极、第十九晶体管化9发射极 及第二十四晶体管M24集电极;第十九晶体管化9基极接第二十一晶体管M21基极;第二十晶体 管M20基极接其集电极;第二十一晶体管M21发射极接第二十晶体管M20集电极;第二十一晶体 管M21集电极接第二十二晶体管M22集电极;第二十二晶体管M22基极接第二十Ξ晶体管基极； 第十九晶体管Mi9集电极、第二十二晶体管M22发射极及第二十Ξ晶体管M23发射极连接在一 起接高电平;第二十S晶体管M23集电极分别接第二十五晶体管M25集电极及输出Iout2;第二 十四晶体管M24基极分别接第二十五晶体管M25基极与输出端Vb;第二十六晶体管M26集电极 接输出I0ut2;第十八晶体管Mi8集电极及第二十四第二十六晶体管M24~M26发射极连接在一 起接地。
[0029] 类高斯函数电路的晶体管级电路图如图5所示，由于CMOS电路难W用来产生精确 的高斯函数波形，因此根据差分输入对管的大信号特性同时产生能够逐渐增大和逐渐减小 的电流，并利用电流的相加得到一种结构简单、波形可调的类高斯函数电路。所述类高斯函 数产生电路包括第二十屯至第五十二晶体管M27~M52;第二十屯晶体管M27发射极、第二十八 晶体管M28发射极及第Ξ十五至第第四十二晶体管M35~M42发射极连接在一起接高电平;所 述第二十屯晶体管M27基极分别接第二十屯晶体管M27的集电极及第二十八晶体管M28基极； 第二十屯晶体管M27的集电极接第二十九晶体管M29的发射极;第二十八晶体管M28集电极接 第Ξ十晶体管M30发射极;第二十九晶体管M29基极分别接第二十九晶体管M29集电极接第Ξ 十晶体管M30基极;第二十九晶体管M29集电极接第Ξ十一晶体管M31集电极;第Ξ十晶体管M30 集电极接第四十屯晶体管M47集电极;第Ξ十一晶体管M31集电极接其基极;第Ξ十一晶体管 M3盛极分别接第S十一晶体管M31集电极及第S十二晶体管M32基极;第；十一晶体管M31发 射极接第Ξ十ΞΜ33集电极;第Ξ十二晶体管M32集电极接第Ξ十五M35集电极;第Ξ十二晶体 管M32发射极接第Ξ十四晶体管M34集电极;第Ξ十Ξ晶体管M33基极分别接第Ξ十Ξ晶体管 M33集电极及第Ξ十四晶体管M34基极;第Ξ十Ξ晶体管M33发射极、第Ξ十四晶体管M34发射 极、第五十至第五十二晶体管发射极连接在一起接地;第Ξ十五晶体管M35基极分别连接第 Ξ十五晶体管M35集电极、第Ξ十六晶体管M36基极、第四十一晶体管M"基极及第四十二晶 体管M42基极;第Ξ十六晶体管M36集电极接第Ξ十屯晶体管M37基极;第Ξ十屯晶体管M37集电 极分别接第四十Ξ晶体管M43集电极及接第四十五晶体管M45集电极;第Ξ十屯晶体管M37基 极接第Ξ十八晶体管M38基极;第Ξ十八晶体管M38基极、第Ξ十九晶体管M39集电极、第四十 二晶体管M42集电极连接在一起接输出Iout3;第Ξ十九晶体管M39基极分别接第四十晶体管 M40基极及第四十一晶体管M"集电极;第四十晶体管M40集电极分别接第四十四晶体管M44集 电极及第四十六晶体管M46集电极;第四十Ξ晶体管M43基极与第四十六晶体管M46基极一起 接输入Vin，第四十Ξ晶体管M43发射极分别接第四十四晶体管M44发射极及第四十八晶体管 M48集电极;第四十四晶体管M44基极接Vl ;第四十五晶体管M45基极接V2 ;第四十五晶体管M45 发射极分别接第四十六晶体管M46发射极及第四十九晶体管M49集电极;第四十屯晶体管M47 基极分别第四十屯晶体管M47集电极、第四十八晶体管M48基极、第四十九晶体管M49基极;第 四十屯晶体管M47发射极接第五十晶体管Mso集电极;第四十八晶体管M48集电极接第五十一 晶体管Msi集电极;第四十九晶体管M49发射极接第五十二晶体管M52集电极;第五十晶体管Mso 基极分别接第五十晶体管Mso集电极、第五十一晶体管Msi基极、第五十二晶体管M52基极。
[0030] 该电路的工作方法为:输入端Vx，Vy将二维平面上的点的坐标输入该RB巧巾经元电 路;经过两个GUbed乘法器，分别得到两路信号为Icmtl = k〇(Vx-VxO)哺Icmtl'=k〇(Vy-VyO)2; 两个电流信号相加后通过开平方根电路，得到
：最后通过类高 斯函数产生电路，得到逼近I。ut = be邱(-((Vχ-Vx日)2+(V广Vy日)2)/d)的类高斯函数形式，b和d 为常数。
[0031] 在本发明一实施例中，GUbed乘法器包括第一至第十屯晶体管化~化7,其中第屯 晶体管M?和第八晶体管Ms具有相同的宽长比，第九晶体管M9、第十晶体管Mio、第十一晶体管 化1和第十二化2具有相同的宽长比，用W表示晶体管沟道宽度，L表示晶体管沟道长度，Cox表 示晶体管单位面积栅氧电容，μρ和μη分别表示空穴和电子的沟道迁移率，则该电路的输出电 流为：
I尋Vwl与Vin的正端相连，用Vx表示，将Vw2与 Vin的负端相连，用VxO表示，贝柯得到：
[0032]
GUbed乘法器晶体管尺寸参见表1。
[0033] 表 1 「nm/il
[0035] 在本发明一实施例中，所述开平方根电路的M20管和M21管的宽长比是化8管和Mi9管 的宽长比的4倍，对输入电流开平方根/。"。=衣:，印
f平方根电 路的晶体管尺寸参见表2。
[0036] 表2
[0037] _
[0038] 在本发明一实施例中，所述类高斯函数产生电路包括第二十屯至第五十二晶体管 M27~M52,假设第Ξ十六至第第四十一晶体管M36~M"具有相同的宽长比，且是第Ξ十五晶体 管M35的a倍，第四十二晶体管M42的宽长比是第Ξ十五晶体管M35的C倍，第四十八晶体管M48、 第四十九晶体管M49、第五十一晶体管Msi、第五十为晶体管M52具有相同的宽长比，并且是第 四十屯晶体管M47、第五十晶体管Mso的a倍，得到输出电流为：
[00391
[0040] 其中
Cdx为晶体管单位面积栅氧电容，μ为 沟道迁移率，W为晶体管沟道宽度，L为晶体管沟道长度，通过调整两个差分对的输入电压Vi 和V2,调整Vinw。和Vw，从而调整该电路输出的类高斯函数的形状;所需的特定高斯函数为 哀u,=々鄉培/马，取一些离散的点，通过CADENCE软件仿真，在公式（2)的指导下调整电路参 数，从而使类高斯函数对应的点逼近运些离散的点，最终获得逼近的类高斯函1。。* = 66邱(- ((Vx-VxO)2+(Vy-Vy〇)2)/d)。
[0041 ] 通过调整两个差分对的输入电压Vl和V2,可W调整Vinwc和Vw，从而调整该电路输出 的类高斯函数的形状，如图6所示。图7为b = 40，d = 0.02时的理想高斯函数和调整得到的类 高斯函数，在-0.4~0.4范围内W0.01为步长，对两条曲线取相同的离散点，分别构成向量A 和B，在MTLAB软件中利用R2 = (A地)2/A2*B2可计算得到拟合优度为R2 = 0.99775，因此，该电 路仿真波形与理想高斯函数能够进行很好的拟合。对于所需的特定高斯函数4t = &exp(-C/叫 (b和d为常数），我们可W取一些离散的点，通过CADENCE软件仿真，在公式(2)的指导下调整 电路参数，从而使类高斯函数对应的点逼近运些离散的点，最终获得逼近的类高斯函数。例 如，在图7中b = 40，d = 0.02,通过仿真可得类高斯函数产生电路参数为Vi = -0.13V，V2 = 0.13V，电路晶体管尺寸如表3所示。由W上的基本电路模块构成的RB巧巾经元电路模块，可 W用来产生逼近I。ut = bexp(-((Vχ-Vx日)2+(Vy-Vy日)2)/d)(b和d为常数）的类高斯函数。固定Vl 和V2，改变VxO和VyO的值，可W产生形状固定，中屯、可变(为(VxO，VyO)的类高斯函数;固定VxO和 Vyo,改变Vl和V2的值，可W产生中屯個定(为(Vx0，Vy0)，形状可变的类高斯函数。
[0042] 表 3
[0043]
[0044] W上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作 用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种RBF神经元电路，其特征在于：包括第一 Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器、开 平方根电路、电阻及类高斯函数产生电路;所述第一 Gilbert乘法器、第二Gilbert乘法器的 电流输出端分别连接开平方根电路的输入端;开平方根电路的输出端分别连接电阻的一端 及类高斯函数产生电路的电流输入端；电阻的另一端接地;所述第一Gilbert乘法器第一输 入端为神经元电路的第一输入端V x，所述第二Gilbert乘法器第一输入端为神经元电路的 第二输入端Vy，所述第一 Gilbert乘法器第二输入端为神经元电路的第一控制端VxQ，所述第 二Gilbert乘法器第二输入端为神经元电路的第二控制端V yQ，类高斯函数的第一输入端为 神经元电路的第三控制端h，类高斯函数的第二输入端为神经元电路的第四控制端V 2，类高 斯函数产生电路为神经元电路的输出1_，其中VxQ、VyQ用来控制类高斯函数的中心，V^V 2 用来控制类高斯函数的形状，通过在四个控制端加载适当的偏置电压，产生一个中心可变、 形状可变的二维类高斯函数，二维平面上的点的坐标由V x，Vy输入，对应的类高斯函数值由 lout输出。2. 根据权利要求1所述的RBF神经元电路，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体管施~施7;第一晶体管至第六晶体管施~施的发射 极连接在一起接高电平;第一晶体管施的基极接第二晶体管此的基极;第一晶体管施的集电 极接分别接第九晶体管M 9的发射极及第十晶体管M1Q的发射极;第二晶体管M2的基极接第二 晶体管的集电极;第二晶体管M 2的集电极接第七晶体的管M?的集电极;第三晶体管M3的基极 接第四晶体管M4的基极;第三晶体管M 3的基极接第三晶体管M3的集电极;第三晶体管M3的集 电极接第八晶体管Ms的集电极;第四晶体管M 4的集电极极分别接第十一晶体管Μη的发射极 及第十二晶体管Μ?2的发射极;第五晶体管Μ5的基极接第六晶体管Μ 6的基极;第五晶体管Μ5的 基极接第五晶体管Μ5的集电极;第五晶体管Μ5的集电极接第十四晶体管Mm的集电极;第六 晶体管M 6的集电极分别接第十七晶体管此7的集电极及输出Icmti;第七晶体管M7的基极接 Vwl;第七晶体管M7的发射极分别接第八晶体管的发射极及第十三晶体管M 13的集电极;第八 晶体管Ms的基极接￥^;第九晶体管M9的基极接第十二晶体管M12的基极;第九晶体管M 9的集 电极分别接第十一晶体管Μη的集电极及第十五晶体管Mis的集电极;第十晶体管Μιο的基极 接第十一晶体管Μη的基极;第十晶体管M 1Q的集电极分别接第十二晶体管M12的集电极及第 十六晶体管M16的集电极;第九晶体管M 9和第十晶体管M1Q的基极分别接Vin的正负极;第十三 晶体管Ml3的基极接偏置电压Vbias ;第十四晶体管Ml4的基极第十五晶体管Ml5的基极;第十五 晶体管M15的基极接其集电极;第十六晶体管M 16的基极接第十七管Μπ基极;第十六晶体管M16 的基极接其集电极;第十三至第十七晶体管的发射极连接一起接地。3. 根据权利要求1所述的RBF神经元电路，其特征在于:所述开平方根电路包括第十八 至第二十六晶体管M18~M 26;所述第十八晶体管M18集电极及第十九晶体管M19基极连接作为 开平方根电路输入端Ι ιη;第十八晶体管M18基极分别接第二十六晶体管M26基极、第十九晶体 管M 19发射极及第二十四晶体管M24集电极;第十九晶体管M19基极接第二^^一晶体管M 21基极； 第二十晶体管M2Q基极接其集电极;第二十一晶体管M21发射极接第二十晶体管M 2Q集电极;第 二十一晶体管m21集电极接第二十二晶体管m22集电极;第二十二晶体管m 22基极接第二十三 晶体管基极;第十九晶体管M19集电极、第二十二晶体管M22发射极及第二十三晶体管M 23发射 极连接在一起接高电平；第二十三晶体管M23集电极分别接第二十五晶体管M25集电极及输 出Icm t2;第二十四晶体管M24基极分别接第二十五晶体管M25基极与输出端Vb;第二十六晶体 管M26集电极接输出1。此;第十八晶体管M18集电极及第二十四第二十六晶体管M24~M 26发射 极连接在一起接地。4. 根据权利要求1所述的RBF神经元电路，其特征在于:所述类高斯函数产生电路包括 第二十七至第五十二晶体管M27~M52;第二十七晶体管M27发射极、第二十八晶体管M28发射极 及第三十五至第第四十二晶体管M 35~M42发射极连接在一起接高电平;所述第二十七晶体 管M27基极分别接第二十七晶体管M27的集电极及第二十八晶体管M28基极;第二十七晶体管 M27的集电极接第二十九晶体管M29的发射极;第二十八晶体管M28集电极接第三十晶体管M 30 发射极;第二十九晶体管M29基极分别接第二十九晶体管m29集电极接第三十晶体管m3Q基极； 第二十九晶体管M 29集电极接第三^^一晶体管M31集电极;第三十晶体管M3Q集电极接第四十 七晶体管M47集电极;第三十一晶体管M 31集电极接其基极;第三^^一晶体管M31基极分别接第 三十一晶体管M31集电极及第三十二晶体管M 32基极;第三^^一晶体管M31发射极接第三十三 M33集电极;第三十二晶体管M 32集电极接第三十五M35集电极;第三十二晶体管M32发射极接第 三十四晶体管M34集电极;第三十三晶体管M 33基极分别接第三十三晶体管M33集电极及第三 十四晶体管M34基极;第三十三晶体管M 33发射极、第三十四晶体管M34发射极、第五十至第五 十二晶体管发射极连接在一起接地;第三十五晶体管M 35基极分别连接第三十五晶体管M35 集电极、第三十六晶体管M36基极、第四^^一晶体管M4^极及第四十二晶体管M42基极;第三 十六晶体管M 36集电极接第三十七晶体管M37基极;第三十七晶体管M37集电极分别接第四十 三晶体管M43集电极及接第四十五晶体管M45集电极;第三十七晶体管M37基极接第三十八晶 体管M 38基极;第三十八晶体管M38基极、第三十九晶体管M39集电极、第四十二晶体管M42集电 极连接在一起接输出Icmt3 ;第三十九晶体管M39基极分别接第四十晶体管M40基极及第四十一 晶体管M41集电极;第四十晶体管M 4Q集电极分别接第四十四晶体管M44集电极及第四十六晶 体管M46集电极;第四十三晶体管M43基极与第四十六晶体管M46基极一起接输入V in，第四十三 晶体管M43发射极分别接第四十四晶体管M44发射极及第四十八晶体管M 48集电极;第四十四 晶体管M44基极接V1;第四十五晶体管M 45基极接V2;第四十五晶体管M45发射极分别接第四十 六晶体管M 46发射极及第四十九晶体管M49集电极;第四十七晶体管M47基极分别第四十七晶 体管M47集电极、第四十八晶体管M48基极、第四十九晶体管M49基极;第四十七晶体管M47发射 极接第五十晶体管M 5Q集电极;第四十八晶体管M48集电极接第五十一晶体管M51集电极;第四 十九晶体管M 49发射极接第五十二晶体管M52集电极;第五十晶体管M5Q基极分别接第五十晶 体管M5Q集电极、第五^^一晶体管M51基极、第五十二晶体管M52基极。5. -种基于权利要求1所述的RBF神经元电路的工作方法，其特征在于:输入端Vx，Vy将 二维平面上的点的坐标输入该RBF神经元电路;经过两个Gilbert乘法器，分别得到两路信 号为Imjtl = k()(Vx-Vx())2和Imjtl' =kQ(Vy-VyQ)2;k()为一系数;两个电流信号相加后通过开平方 根电路，得到;最后通过类高斯函数产生电路，得到逼近ι_= beXp(-((Vx-VxQ)2+(V y-Vy())2)/d)的类高斯函数形式，b和d为常数。6. 根据权利要求5所述的RBF神经元电路的工作方法，其特征在于:Gilbert乘法器包括 第一至第十七晶体管施~施7,其中第七晶体管M7和第八晶体管Ms具有相同的宽长比，第九晶 体管M 9、第十晶体管Μιο、第^^一晶体管Μη和第十二Mi2具有相同的宽长比，用W表示晶体管沟 道宽度，L表示晶体管沟道长度，表示晶体管单位面积栅氧电容，心和以"分别表示空穴和 公式（IX电子的沟道迀移率，则该电路的输出电流为： 将Vw@Vin的正端相连，用Vx表示，将Vw2与Vin的负端相连，用V xQ表示，则可得到：艮 Pl〇uti = k0(Vx-Vx0)2,其中7. 根据权利要求6所述的RBF神经元电路的工作方法，其特征在于:所述开平方根电路 对输入电流开平方根4,=1，即& (2 =扣κ〇2+κΚ)2。8. 根据权利要求5所述的RBF神经元电路的工作方法，其特征在于:所述类高斯函数产 生电路包括第二十七至第五十二晶体管M27~M 52，假设第三十六至第第四十一晶体管M36~ M?具有相同的宽长比，且是第三十五晶体管M 35的a倍，第四十二晶体管M42的宽长比是第三 十五晶体管M35的C倍，第四十八晶体管M48、第四十九晶体管M49、第五^^一晶体管M51、第五十 为晶体管M 52具有相同的宽长比，并且是第四十七晶体管M47、第五十晶体管M5Q的a倍，得到输 出电流为：公式（2)， 其中（^为晶体管单位面积栅氧电容，μ为沟道 迀移率，W为晶体管沟道宽度，L为晶体管沟道长度，通过调整两个差分对的输入电压VjPV2， 调整Vinw。和Vw，从而调整该电路输出的类高斯函数的形状；所需的特定高斯函数为 /_ 4=/><^(-拉〃)，取一些离散的点；通过CADENCE软件仿真，在公式（2)的指导下调整电路参 数，从而使类高斯函数对应的点逼近这些离散的点，最终获得逼近的类高斯函1_ =以邱(_ ((Vx_VxO ) 2+ ( Vy_VyO ) 2 ) /d ) 〇
【文档编号】G06N3/06GK106067063SQ201610390709
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月3日 公开号201610390709.6, CN 106067063 A, CN 106067063A, CN 201610390709, CN-A-106067063, CN106067063 A, CN106067063A, CN201610390709, CN201610390709.6
【发明人】魏榕山, 姚诗晖, 刘恋, 陈林城
【申请人】福州大学