[发明专利]基于对称局部有源忆阻神经形态电路及FPGA数字电路

说明书

本发明涉及电子神经元技术领域，尤其涉及基于对称局部有源忆阻神经形态电路及FPGA数字电路，电路由对称局部有源忆阻Gsubgt;M/subgt;与电容C并联，然后与电感L和双极性方波脉冲Vsubgt;BP/subgt;串联组成，其中局部有源忆阻Gsubgt;M/subgt;具有关于原点对称的局部有源区，通过双极型脉冲Vsubgt;BP/subgt;将Gsubgt;M/subgt;的静态工作点设置在忆阻局部有源区的“混沌边缘”附近，改变Vsubgt;BP/subgt;的周期T和占空比B，可对该忆阻神经形态电路的不同放电模态进行调控。本发明提出了一种对称局部有源忆阻Gsubgt;M/subgt;电路设计，并对该忆阻的非易失性和局部有源特性进行分析，进而设计3阶忆阻神经形态电路，通过FPGA数字电路实现数字化电子神经元电路，验证了该忆阻神经形态电路的有效性和可行性。

技术领域

本发明涉及电子神经元技术领域，尤其涉及基于对称局部有源忆阻神经形态电路及FPGA数字电路。

背景技术

局部有源器件具有能够放大微弱信号和储存能量的能力；同时，局部有源特性也是系统复杂性的根源所在；局部有源忆阻在电路设计中，可产生更加复杂和丰富的动力学效应，在混沌振荡电路、人工神经元设计和非易失性存储器等众多领域，有着诸多的潜在应用。

随着忆阻研究地不断深入，局部有源忆阻引起广泛的关注。由于忆阻的局部有源特性较为复杂，目前关于局部有源忆阻的研究还处于理论分析和数学建模的阶段。研究表明，神经动力学的峰值行为通过耗散和扩散出现在“混沌边缘”附近，“混沌边缘”是局部有源区的一部分，拥有“混沌边缘”的器件能够展现“学习”、“人工智能”甚至“生命”的能力。

针对现有局部有源忆阻数学模型复杂，难以进行理论分析。本发明提出一种简易的局部有源忆阻，利用FPGA数字电路实验测试平台，设计并实现基于对称局部有源忆阻神经形态电路。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种对称局部有源忆阻G_M电路设计，并对该忆阻的非易失性和局部有源特性进行分析，进而设计3阶忆阻神经形态电路，通过FPGA数字电路实验测试平台实现数字电子神经元电路，验证了该忆阻神经形态电路的有效性和可行性。

本发明所采用的技术方案是：基于对称局部有源忆阻神经形态电路，包括：对称局部有源忆阻G_M、电容C、电感L和双极性方波脉冲V_BP；对称局部有源忆阻G_M与电容C并联，然后与电感L和双极性方波脉冲V_BP串联构成一个3阶忆阻神经形态电路；

局部有源忆阻G_M具有关于原点对称的局部有源区，通过双极型脉冲V_BP将G_M的静态工作点设置在忆阻局部有源区的“混沌边缘”附近，通过改变V_BP的周期T和占空比B，可对该忆阻神经形态电路的不同放电模态进行调控。

进一步的，对称局部有源忆阻神经形态电路的电路模型为：

其中，v_C表示并联电容C上的电压，i_L表示流经电感L的电流，双极性方波脉冲V_BP可表示为V_m和T分别表示双极性脉冲V_BP的振幅和周期，n是自然数，B是占空比。

进一步的，对称局部有源忆阻G_M的电路模型状态方程为：