[发明专利]前馈网络拓扑数模混合神经网络电路

权利要求书

1.一种前馈网络拓扑数模混合神经网络电路，其特征在于：包括m个输入端、m行n列神经节点、主控制器模块、n-1个寄存器模块、互连网络以及互连总线，m和n为大于1的自然数；m个输入端分别与第一列对应神经节点的输入端相连，为第一列神经节点提供外部电流输入，其他非第一列神经节点输入端由与其相连神经节点的输出端连接；每个所述神经节点均包括神经形态单元和微控制器单元；所述神经节点中的微控制器单元，用于实现多种软件定义的突触可塑性规则及蛋白调控规则，根据所述规则实现对神经形态单元的输出行为进行调整；所述互连总线是相邻微控制器之间的连接总线，相邻微控制器通过互连总线进行相互通信，模拟模仿生物体内的蛋白调控网络，根据软件定义的蛋白调控规则实现对神经形态单元输出行为的调整；神经节点之间通过所述互连网络进行相互连接，形成具有前馈拓扑结构特性的数模混合神经网络电路；所述主控制器模块的输出端与n-1个寄存器模块的输入端相连接，主控制器模块通过控制n-1个寄存器模块，来调整互连网络的结构，从而实现不同前馈拓扑结构的数模混合神经网络电路；

所述互连网络包括m×（n-1）个多路复用器模块M_ij，1≤i≤m，1≤j≤n-1，每个多路复用器模块M_ij的输出端均与相对应的神经节点N_i(j+1)的输入端相连接，每个多路复用器模块M_ij的输入端均与神经节点N_i(j+1)之前所有的神经节点N_ab相连接，1≤a<i，1≤b<j+1；所述每个多路复用器模块M_ij的控制端都与对应寄存器j的输出端连接，寄存器j不同的输出端控制不同的多路复用器模块，实现主控制器通过n-1个寄存器控制多路复用器模块的目的，从而完成神经节点之间的前馈连接。

2.如权利要求1所述的前馈网络拓扑数模混合神经网络电路，其特征在于：所述神经形态单元包括脉冲神经元电路单元以及突触电路单元，所述脉冲神经元电路的输入端为所述脉冲神经元电路单元的输入端以及所述神经节点的输入端，所述脉冲神经元电路单元的输出端与所述突触电路单元输入端连接；所述突触电路单元的输出端是所述神经形态单元的输出端，也是所述神经节点的输出端，所述突触电路单元输出端输出电流信号；所述脉冲神经元电路单元以及突触电路单元受控于所述微控制器单元。

3.如权利要求2所述的前馈网络拓扑数模混合神经网络电路，其特征在于：所述脉冲神经元电路单元包括可重构电容阵列、可重构电阻阵列R_L、钠通道模块和钾通道模块，所述可重构电容阵列和可重构电阻阵列R_L受控于所述微控制器单元，所述微控制器单元内设置有控制规则，微控制器单元根据控制规则控制所述可重构电容阵列的容值以及所述可重构电阻阵列R_L的阻值；所述脉冲神经元电路单元的输入端为所述神经节点的输入端，所述脉冲神经元电路单元的输入端与所述可重构电容阵列的C+端连接，所述可重构电容阵列的C+端连接所述脉冲神经元电路的输出端，所述可重构电容阵列的C-端接地；所述可重构电容阵列与可重构电阻阵列R_L并联，所述钠通道模块和所述钾通道模块与所述可重构电阻阵列R_L并联；

可重构电容阵列接收由所述脉冲神经元电路单元输入端输入的输入电流信号I_ext，首先对所述可重构电容阵列进行充电，当所述可重构电容阵列的电压大于所述钠通道模块中Q1的开启电压时，所述钠通道模块对可重构电容阵列以及所述钾通道模块进行充电，用于模拟生物神经元钠离子通道开启，当所述钾通道模块中C1的电压大于Q3的开启电压时，所述可重构电容阵列再通过所述钾通道模块进行放电，模拟生物神经元钾离子通道开启，继而钠通道模块产生的钠通道电流停止对可重构电容阵列充电，模拟神经元细胞膜上钠离子通道关闭；最后，可重构电容阵列也停止通过所述钾通道模块放电，输入电流信号I_ext继续对可重构电容阵列充电，使可重构电容阵列两端的电压恢复到静息电位，完成一个动作脉冲的产生过程。