数据处理电路和电子设备的制作方法

本申请涉及电子，尤其涉及一种数据处理电路和电子设备。

背景技术：

1、电子鼻是模仿人体嗅觉感知器官而发明的一种气体或气味检测装置，在食品安全、环境监控、医疗健康等多个领域有重要的应用场景，正朝着小型化、可穿戴化的方向发展。随着基于深度神经网络的人工智能（artificial intelligence，ai）算法在电子鼻领域的应用，使得电子鼻的检测性能越来越好，但随着ai算法的复杂度越来越高，小型电子鼻的功耗和算力无法满足要求。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种数据处理电路和电子设备，用于提高传感数据进行ai运算的处理速度并降低功耗。

2、为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，提供了一种数据处理电路，包括：存算一体处理器和算术运算单元；存算一体处理器包括多组存算阵列，存算阵列中的存算单元用于存储神经网络模型各层的网络参数；算术运算单元，用于实现神经网络模型的非线性运算；多组存算阵列，用于将来自传感器的传感数据与神经网络模型中各层的网络参数进行乘累加运算。

4、本申请实施例提供的数据处理电路，通过存算一体处理器来实现将来自传感器的传感数据与神经网络模型中各层的网络参数进行乘累加运算，通过算术运算单元实现神经网络模型的非线性运算。由于存算一体处理器的结构与神经网络模型高度适配，适用于神经网络模型的运算，可以减少数据在存储器与处理器之间来回搬运的时延并降低功耗，通过一次读取操作即可以完成海量的乘累加计算，所以可以提高传感数据进行ai运算的处理速度并降低功耗。

5、在一种可能的实施方式中，数据处理电路还包括多组模数转换器（analog todigital converter，adc）和多组移位加法电路；每组存算阵列的多条位线分别耦合至一组模数转换器，一组模数转换器的输出端分别耦合一组移位加法电路。移位加法电路用于对存算阵列的运算结果进行移位后求和。

6、在一种可能的实施方式中，一组移位加法电路包括级联的多级移位加法器，每个移位加法器用于对第一输入端输入的数据进行移位后与第二输入端输入的数据相加并输出。

7、在一种可能的实施方式中，还包括处理器，处理器用于管理多级移位加法器中任一级移位加法器的输出结果发送给下一层的存算阵列。当存算阵列输入的数据的位数较少时，可以提高运算速度并降低功耗，但是会降低运算精度；当存算阵列输入的数据的位数较多时，会提高运算精度，但是会降低运算速度并升高功耗。因此，当上一层输出的运算结果的位数与下一层输入的数据的位数不一致时，需要适应地改变上一层输出的运算结果的位数，以满足不同的性能要求，从而灵活定制神经网络模型的各层。

8、在一种可能的实施方式中，处理器还用于控制数据在不同存算阵列之间的传输，从而实现灵活定制神经网络模型的结构。

9、在一种可能的实施方式中，存算单元为基于电荷的存储器或者阻变存储器，基于电荷的存储器包括静态随机存取存储器、动态随机存取存储器或闪存，阻变存储器包括电阻随机存取存储器、磁随机存储器、相变存储器或铁电随机存取存储器。本申请不限定存算单元的具体类型。

10、在一种可能的实施方式中，存算单元为电阻随机存取存储器，存算单元包括第一阻变元件、第二阻变元件、反相器、第一开关、第二开关、第三开关和电容；存算单元的字线耦合至串联的第一阻变元件、第二阻变元件的一端，字线还耦合至反相器；串联的第一阻变元件、第二阻变元件的另一端接地；第一开关的第一端用于输入预设电压，第一开关的第二端、第一阻变元件、第二阻变元件的耦合点耦合至反相器的输入端，反相器的输出端通过第二开关和第三开关耦合至位线；第二开关和第三开关的耦合点通过电容接地。该存算单元是电阻随机存取存储器（resistance random access memory，rram）存算单元，通过两个不同阻态的阻变元件，将之前单个阻变元件决定的模拟量转换为两个阻变元件决定的数字量，避免了模拟量的误差。

11、在一种可能的实施方式中，传感器为气体传感器，数据处理电路位于电子鼻中。本申请提供的数据处理电路可以应用于电子鼻中，有效解决了小型电子鼻在算力和功耗上的限制，进一步实现电子鼻小型化。

12、在一种可能的实施方式中，气体传感器为以下传感器的至少一项：微机电系统温湿度传感器、挥发性有机化合物传感器、甲醛传感器、烟雾传感器。

13、第二方面，提供了一种电子设备，包括传感器和如第一方面及其任一实施方式所述的数据处理电路，数据处理电路用于对传感器的传感数据进行检测。特别地，该电子设备为电子鼻，该电子鼻用于对气体类型的传感数据进行处理。

14、第二方面的技术效果参照第一方面及其任一实施方式的技术效果，在此不再重复。

技术特征：

1.一种数据处理电路，其特征在于，包括：存算一体处理器和算术运算单元；所述存算一体处理器包括多组存算阵列，所述存算阵列中的存算单元用于存储神经网络模型各层的网络参数；

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述数据处理电路还包括多组模数转换器和多组移位加法电路；每组存算阵列的多条位线分别耦合至一组模数转换器，所述一组模数转换器的输出端分别耦合一组移位加法电路。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，一组移位加法电路包括级联的多级移位加法器，每个移位加法器用于对第一输入端输入的数据进行移位后与第二输入端输入的数据相加并输出。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，还包括处理器，所述处理器用于管理所述多级移位加法器中任一级移位加法器的输出结果发送给下一层的存算阵列。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述处理器还用于控制数据在不同存算阵列之间的传输。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电路，其特征在于，所述存算单元为基于电荷的存储器或者阻变存储器，所述基于电荷的存储器包括静态随机存取存储器、动态随机存取存储器或闪存，所述阻变存储器包括电阻随机存取存储器、磁随机存储器、相变存储器或铁电随机存取存储器。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述存算单元为电阻随机存取存储器，所述存算单元包括第一阻变元件、第二阻变元件、反相器、第一开关、第二开关、第三开关和电容；

8.根据权利要求1-5任一项所述的电路，其特征在于，所述传感器为气体传感器，所述数据处理电路位于电子鼻中。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述气体传感器为以下传感器的至少一项：微机电系统温湿度传感器、挥发性有机化合物传感器、甲醛传感器、烟雾传感器。

10.一种电子设备，其特征在于，包括传感器和如权利要求1-9任一项所述的数据处理电路，所述数据处理电路用于对所述传感器的传感数据进行检测。

11.根据权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为电子鼻，所述电子鼻用于对气体类型的传感数据进行处理。

技术总结
本申请公开了一种数据处理电路和电子设备，用于提高传感数据进行AI运算的处理速度并降低功耗。数据处理电路包括：存算一体处理器和算术运算单元；存算一体处理器包括多组存算阵列，存算阵列中的存算单元用于存储神经网络模型各层的网络参数；算术运算单元，用于实现神经网络模型的非线性运算；多组存算阵列，用于将来自传感器的传感数据与神经网络模型中各层的权重进行乘累加运算。

技术研发人员：伍一丰,曹元,林友志
受保护的技术使用者：荣耀终端有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12