基于简化Hodgkin-Huxley模型的脉冲神经元电路制造技术

本实用新型专利技术公开一种基于简化Hodgkin

【技术实现步骤摘要】
基于简化Hodgkin
‑
Huxley模型的脉冲神经元电路


[0001]本技术涉及神经元电路
，特别是涉及基于简化Hodgkin
‑
Huxley模型的脉冲神经元电路。

技术介绍

[0002]神经系统的基本单位是神经元。神经元可发放电信号，借助电信号在神经元间的传递，传递大脑发送的信号指令，使本体感受外界环境变化，实现与外界环境的交互。针对生理上神经元脉冲的主要特征，人们提出了许多不同的模型来进行拟合，如I&F模型、Izhikevich模型和H
‑
H模型等等。相对于软件实现，硬件实现方式能充分发挥神经网络并行处理的特点。

技术实现思路

[0003]本技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于简化Hodgkin
‑
Huxley模型的脉冲神经元电路。
[0004]为实现本技术的目的所采用的技术方案是：
[0005]一种基于简化Hodgkin
‑
Huxley模型的脉冲神经元电路，包括：
[0006]数字模块Uauto，该数字模块Uauto的sel端连接由三个比较器构成的比较器模块，三个比较器的正相输入端相连接，负相输入端各自接对应的参考电压；
[0007]数字模块Uauto的SEL端接微分电路模块的正信号输出端，微分电路模块的负信号输出端接地，该微分电路模块的正相输入端接电容C1的一端而负相输入端接电容C1的另一端，电容C1的一端作为电流信号输入端；
>[0008]数字模块Uauto的Output1端接场效应管MOS2的栅极，数字模块Uauto的Output2端接场效应管MOS3的栅极，场效应管MOS2的漏极及源极与电阻R2并联后与电压源V2的正极连接，场效应管MOS3的漏极及源极与电阻R3并联后与电压源V3的负极连接；
[0009]电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3自输入侧至输出侧依次布置，场效应管MOS3的漏极、场效应管MOS2的漏极、电阻R1、电阻R2、电阻R3的一端均接电容C1的一端与相接，场效应管MOS2的漏极作为电压输出侧的正相连接端，与作为电压输出侧的负相连接端的电容C1的另一端实现电压输出；电阻R1的另一端接电压源V1的负极。
[0010]本技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0011]1.相较于其他基于HH模型的脉冲神经元电路，采用了更少的器件，电路更为简单，定性实现了简化的HH模型，电路可靠性更高。
[0012]2.采用了HH模型，相比于IF神经元模型更全面地描述了神经元的特性。
[0013]3.未采用时钟信号，电路灵活性好，并且将该种神经元电路组成神经网络时，由于无需时钟信号，其布线减少，能耗也将降低。
附图说明
[0014]图1是基于简化Hodgkin
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Huxley模型的脉冲神经元电路的电路图；
[0015]图2是数字模块Uauto的电路图；
[0016]图3是LUT模块的电路示意图；
[0017]图4是Uauto模块仿真波形图；
[0018]图5是基于简化Hodgkin
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Huxley模型的神经元电路工作原理示意图；
[0019]图6是基于简化Hodgkin
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Huxley模型的神经元电路工作时各阶段示意图；
[0020]图7是INPUT端注入较少电流脉冲或短时间输入小电流时，其电路两端输出电压波形图；
[0021]图8是INPUT端注入大量电流脉冲或恒定电流时，其电路两端输出电压波形图。
具体实施方式
[0022]以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0023]本技术通过设计新颖的电路结构来模拟和实现基本的神经元模型，重现神经元脉冲，为研究神经元及神经系统的工作机制提供有力的工具，具有重要的理论意义和实际的应用价值。
[0024]如图1所示，基于简化Hodgkin
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Huxley模型的脉冲神经元电路，包括：
[0025]数字模块Uauto，该数字模块Uauto的sel端连接由三个比较器构成的比较器模块，三个比较器的正相输入端相连接，负相输入端各自接对应的参考电压；
[0026]数字模块Uauto的SEL端接微分电路模块的正信号输出端，微分电路模块的负信号输出端接地，该微分电路模块的正相输入端接电容C1的一端而负相输入端接电容C1的另一端；
[0027]数字模块Uauto的Output1端接场效应管MOS2的栅极，数字模块Uauto的Output2端接场效应管MOS3的栅极，场效应管MOS2的漏极及源极与电阻R2并联后与电压源V2的正极连接，场效应管MOS3的漏极及源极与电阻R3并联后与电压源V3的负极连接；
[0028]电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3自输入侧至输出侧依次布置，场效应管MOS3的漏极、场效应管MOS2的漏极、电阻R1、电阻R2、电阻R3的一端均接电容C1的一端与相接，场效应管MOS2的漏极作为电压输出侧的正相连接端，与作为电压输出侧的负相连接端的电容C1的另一端实现电压输出；电阻R1的另一端接电压源V1的负极。
[0029]其中，电压源V1、电压源V3的正极与电容C1的另一端连接后接地，电压源V2的负极接地，电容C1的一端(正极端)与三个比较器的正相输入端相连接并作为电流信号输入端。
[0030]其中，图1所示电路中，通过输入端输入当前电流信号，可以为上一级神经元的输出电流或初始输入的电流(即神经元脉冲，Input_Current_Signal)。
[0031]所述电容C1其容值极小，充放电时间可忽略，即可忽略其两端电压随外界电压变化的延迟时间，通过电容的充放电，引起电路上下两端的电压变化。
[0032]作为一个优选实施方式，所述场效应管MOS2，MOS3采用N沟道增强型场效应管。
[0033]其中，数字模块Uauto为模块化电路，其两个输出端分别连接场效应管MOS2与MOS3两个NMOS的栅极，控制场效应管MOS的导通与关断。
[0034]其中，数字模块Uauto的三个输入端sel3、sel2、sel1，对应的，接三个电压比较器U3、U2、U1，对应电压阈值分别为Vref3、Vref2、Vref1。当其输入端电压V大于Vref,输出高电平，当输入端电压V小于Vref，输出低电平。
[0035]其中，Vref是根据电路具体要求设计的阈值，此处检测的是电容C1两端电压，即电路两端电压。电压比较器U3、U2、U1的输出与数字模块Uauto的sel3、sel2、sel1对应相连接。
[0036]其中，数字模块Uauto具有复位端rst，用于输入复位信号。
[0037]其中，微分电路模块A1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于简化Hodgkin
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Huxley模型的脉冲神经元电路，其特征在于，包括：数字模块Uauto，该数字模块Uauto的sel端连接由三个比较器构成的比较器模块，三个比较器的正相输入端相连接，负相输入端各自接对应的参考电压；数字模块Uauto的SEL端接微分电路模块的正信号输出端，微分电路模块的负信号输出端接地，该微分电路模块的正相输入端接电容C1的一端而负相输入端接电容C1的另一端，电容C1的一端作为电流信号输入端；数字模块Uauto的Output1端接场效应管MOS2的栅极，数字模块Uauto的Output2端接场效应管MOS3的栅极，场效应管MOS2的漏极及源极与电阻R2并联后与电压源V2的正极连接，场效应管MOS3的漏极及源极与电阻R3并联后与电压源V3的负极连接；电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3自输入侧至输出侧依次布置，场效应管MOS3的漏极、场效应管MOS2的漏极、电阻R1、电阻R2、电阻R3的一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，石子跃，冯枫，李畅，贾子琛，吕琦康，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：