申请/专利权人：河南科技大学

申请日：2021-11-30

公开（公告）日：2024-03-08

公开（公告）号：CN114139692B

主分类号：G06N3/065

分类号：G06N3/065;G06N3/048

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.08#授权;2022.03.22#实质审查的生效;2022.03.04#公开

摘要：本发明涉及一种基于模拟态架构的CMOS人工神经元功能电路，属于半导体集成电路设计领域以及人工智能领域，本发明设计了一种模拟态CMOS人工神经元电路，其中包含两种激活函数电路。所述模拟电路结构主要有两个电路组成，第一个电路为乘法器，采用吉尔伯特乘法器的架构，对输入的电压信号进行相乘并输出乘积电流。第二个电路为激活函数电路，该电路的作用是为神经网络提供非线性的因素，为ReLu激活函数电路或Tanh激活函数电路。由乘法器和激活电路组成的神经网络电路能够拟合任意曲线，同时也能完成神经网络的学习过程。

主权项：1.一种基于模拟态架构的CMOS人工神经元功能电路，其特征在于：包括乘法器和为神经网络提供非线性因素的激活函数电路；所述乘法器采用吉尔伯特乘法器的架构，对输入的电压信号进行相乘并输出乘积电流；所述激活函数电路为ReLu激活函数电路或Tanh激活函数电路；所述乘法器包括电压转尾电流模块、差分放大器模块和威尔逊电流镜模块；所述乘法器由MN1～MN9和MP1～MP7组成，所述电压转尾电流模块通过MN1和MP1管输入权重信号VW；所述差分放大器模块通过MN6管和MN9管接入输入信号VIN；所述乘法器的输出电流信号通过MP7管的漏极和MN7管、MN9管的漏极流出传递给激活函数电路；所述乘法器中，第一NMOS管的漏极接VDD、源极接第二NMOS管的漏极、栅极接VW；第二NMOS管栅极和漏极连接，同时连接到第四NMOS管的栅极；第二NMOS管和第四NMOS管的源极接VEE，第四NMOS管的漏极接第六NMOS管和第七NMOS管的源极；第一PMOS管的源极接VEE，漏极接第二PMOS管的源极，栅极接VW；第二PMOS管的栅极和源极连接，同时连接到第三PMOS管的栅极；第二PMOS管和第三PMOS管的漏极接VDD；第三NMOS管的栅极和漏极连接，同时连第三PMOS管的源极和第五NMOS管的栅极；第三NMOS管和第五NMOS管的源极接VEE；第五NMOS管的漏极接第八NMOS管和第九NMOS管的源极；第六NMOS管和第九NMOS管的栅极接VIN，第七NMOS管和第八NMOS管的栅极接VSS；第六NMOS管和第八NMOS管的漏极连接，同时接第六PMOS管的漏极；第七NMOS管和第九NMOS管的漏极连接，同时接第七PMOS管的漏极；第六PMOS管的栅极和漏极连接，同时接第七PMOS管的栅极；第六PMOS管的源极和第四PMOS管的漏极连接；第七PMOS管的源极接第五PMOS管的漏极；第五PMOS管的栅极和漏极连接，同时接第四PMOS管的栅极；第四PMOS管和第五PMOS管的源极接VDD；所述ReLu激活函数电路结构由两级电流镜组成；MN10和MN11组成第一级电流镜，所述第一级电流镜只传输正向输入的IIN信号，即传输流出乘法器部分的电流；MP8、MP9、MP10和MP11组成第二级电流镜，对传输的电流信号进行反向并输入到电阻R0，使得电阻输出大于0的电压信号；所述Tanh激活函数电路模块分为两级，分别为第一级电流转电压模块和第二级差分放大器模块；所述第一级电流转电压模块由MP12和MN12组成，通过栅极和漏极连接的形式，使晶体管处于饱和区，将输入的电流信号转换为电压信号；所述第二级差分放大器模块由晶体管MP13、MP14、MN13、MN14和MN15组成，MP13和MP14为电流镜，MN13和MN14为差分对管，MN15是尾电流晶体管；R1将输出电流转换为电压，电路的输出电压公式为：MN15处于线性区，尾电流Itail不为恒定值；所述Tanh激活函数中，第十二NMOS管的源极接VEE，第十二PMOS管的源极结VDD；第十二NMOS管的栅极和漏极连接，第十二PMOS管的栅极和漏极连接，同时连接第十二NMOS管的栅极和漏极，并接入乘法器的输入电流和第十三NMOS管的栅极；第十五NMOS管的源极接VEE，漏极结第十三NMOS管和第十四NMOS管的源极；第十三PMOS管的栅极和漏极连接，同时接第十三NMOS管的漏极和第十四PMOS管的栅极；第十三PMOS管和第十四PMOS管的源极接VDD；第十五NMOS管和第十四NMOS管的栅极接VSS；第十四NMOS管和第十四PMOS管的漏极连接，并接入R1的一端为输出电压信号，R1的另一端接VSS。

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权利要求：

百度查询： 河南科技大学 一种基于模拟态架构的CMOS人工神经元功能电路

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