JP2007115116A - Neuron element and information processing method using it - Google Patents

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和保 玉野
Tomohiro Nakagawa
友博 中川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a so-called soft-computing flexible and adaptable information processor which is highly strong to condition fluctuation, and can follow up any condition by using a neuron element capable of batch processing of multi-dimensional information. <P>SOLUTION: Each of analog information shown by a pulse width of input pulse and a generation time of pulse (delay time from a reference time) is contracted in a designated ratio by applying a weight value, respectively. Each of the resulting weighted two-dimensional inforamtion is connected to compute a composed pulse width and a composed generation delay time, and outputted as an output pulse that is a series of digital signals by applying a weight value thereto. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ニューロン素子およびそれを用いた情報処理方法に係り、特に多重情報のベクトル処理を可能にするニューロン素子およびそれを用いた情報処理方法に関する。   The present invention relates to a neuron element and an information processing method using the same, and more particularly to a neuron element that enables vector processing of multiple information and an information processing method using the same.

生体で行われている情報処理をモデル化したニューロン素子では、入力されるアナログ信号の大きさに重み値を掛け、全ての入力の総和を非線形閾値関数で変換後出力する信号処理を行っている(例えば特許文献1参照)。   In neuron elements that model information processing performed in the living body, the weight of the input analog signal is multiplied by a weight value, and signal processing is performed to output the sum of all inputs after conversion using a nonlinear threshold function. (For example, refer to Patent Document 1).

これらを実現する構成としては、ディジタルコンピュータでシミュレーションしたものが実装の主流である。また稀ではあるがアナログデバイスによるハードウェアも知られている。
特開2004−110421
As a configuration for realizing these, what is simulated by a digital computer is the mainstream of implementation. Although rare, hardware using analog devices is also known.
JP2004-110421

ニューロン素子を用いた情報処理技術において、生物に似た柔軟な制御やパターン認識をリアルタイム処理するために、ハードウェア化が求められる。特に、ハードウェアと、ソフトウェアによる情報処理で実装技術となっているディジタルシステムとの整合性をもつシステム化が強く求められている。   In information processing technology using neuron elements, hardware is required for real-time processing of flexible control and pattern recognition similar to living organisms. In particular, there is a strong demand for a system that is compatible with hardware and a digital system that is a mounting technology for information processing by software.

すなわち、生物的な柔軟な情報処理が求められる装置では、情報処理の柔軟さが連続変化するアナログ情報の処理に基づくことから、アナログ情報処理が望まれる。一方で、広く情報処理の基本となっている非連続の二値情報を基本とするディジタルシステムとの整合性も可能にすることが望ましい。   That is, in an apparatus that requires biologically flexible information processing, analog information processing is desired because the flexibility of information processing is based on processing of analog information that continuously changes. On the other hand, it is desirable to enable consistency with a digital system based on discontinuous binary information, which is widely used for information processing.

このようなアナログ情報処理を可能にするディジタルシステム技術は、相反性質を止揚する技術であり未だ実現されていない。   The digital system technology that enables such analog information processing is a technology for reciprocal conflicting properties and has not yet been realized.

また、ニューロン素子に入力される情報としては、研究レベルではパルス個数を処理する事例はあるが、基本的には大きさのみの単一スカラー処理である。すなわち、従来のニューロン素子では連続変化の大きさに重み値を付加するだけのスカラー処理を基本としており、多次元情報の一括処理はできない問題があった。   As information input to the neuron element, there is a case where the number of pulses is processed at the research level, but basically, it is a single scalar processing of only the size. That is, the conventional neuron element is based on scalar processing that simply adds a weight value to the magnitude of continuous change, and there is a problem that batch processing of multidimensional information cannot be performed.

本発明は、係る課題に鑑みてなされ、第1に、第1情報と第2情報が1つの入力信号として入力される入力端子と、前記入力端子に対応して設けられ、前記第1および第2情報にそれぞれ重み値を与えて多次元重み付け情報を生成するシナプスと、前記多次元重み付け情報と、他の多次元重み付け情報を合成した多次元合成情報を生成するニューロンと、前記多次元合成情報に対応した出力信号を出力する出力端子とを備えることにより解決するものである。   The present invention has been made in view of such problems. First, an input terminal to which the first information and the second information are input as one input signal, and the input terminal are provided corresponding to the input terminal. A synapse for generating multidimensional weighting information by giving weight values to each of two pieces of information, a neuron for generating multidimensional synthetic information by combining the multidimensional weighting information and other multidimensional weighting information, and the multidimensional synthetic information And an output terminal for outputting an output signal corresponding to the above.

また、前記出力信号は、前記多次元合成情報にそれぞれ重み値を与えた重み付き線形関数であることを特徴とするものである。   Further, the output signal is a weighted linear function in which a weight value is given to each of the multi-dimensional synthesis information.

また、前記第1情報および前記第2情報は共にアナログ情報であることを特徴とするものである。   Further, both the first information and the second information are analog information.

第2に、第1情報と第2情報が1つの入力パルスにより入力される入力端子と、前記入力端子に対応して設けられ、前記第1情報および前記第2情報に二次元の重み値ベクトルによりそれぞれ重み値を与えて二次元重み付け情報を生成するシナプスと、前記二次元重み付け情報と、他の二次元重み付け情報を合成し、合成第1情報および合成第2情報よりなる二次元合成情報を生成するニューロンと、前記二次元合成情報に対応した出力パルスを出力する出力端子とを備えることにより解決するものである。   Second, the first information and the second information are input in response to one input pulse, the input terminal is provided corresponding to the input terminal, and a two-dimensional weight value vector is provided for the first information and the second information. Each of the two-dimensional weighting information is generated by synthesizing the two-dimensional weighting information by synthesizing the two-dimensional weighting information by giving a weight value to each of the two-dimensional weighting information. This is solved by providing a neuron to be generated and an output terminal that outputs an output pulse corresponding to the two-dimensional synthesis information.

また、前記第1情報および前記第2情報は共にアナログ情報であることを特徴とするものである。   Further, both the first information and the second information are analog information.

また、前記第1情報は、前記入力パルスのパルス幅であり、前記第2情報は前記入力パルスの発生遅れ時間であることを特徴とするものである。   Further, the first information is a pulse width of the input pulse, and the second information is a generation delay time of the input pulse.

また、前記シナプスは重み付け回路により、前記第1情報および前記第2情報のそれぞれに重み値を与えることを特徴とするものである。   The synapse is characterized in that a weight value is given to each of the first information and the second information by a weighting circuit.

また、前記二次元合成情報は、合成パルス幅および合成発生遅れ時間であることを特徴とするものである。   Further, the two-dimensional synthesis information is a synthesis pulse width and a synthesis occurrence delay time.

また、前記出力パルスは、前記合成パルス幅および合成発生遅れ時間にそれぞれ重み値を与えたパルス幅および発生時刻を有することを特徴とするものである。   Further, the output pulse has a pulse width and a generation time obtained by assigning weight values to the combined pulse width and the combined generation delay time, respectively.

第3に、入力端子と、シナプスと、ニューロンと、出力端子を有するニューロン素子を用いた情報処理方法であって、前記入力端子に、第1情報と第2情報を有する1つの入力パルスを入力するステップと、前記シナプスにより、前記第1情報および前記第2情報に二次元の重み値ベクトルに基づく重み値をそれぞれ与える第1の重み付け処理および第2の重み付け処理を行い、二次元重み付け情報を生成するステップと、前記ニューロンにより前記二次元重み付け情報と、他の二次元重み付け情報を合成し、合成第1情報および合成第2情報よりなる二次元合成情報を生成するステップと、前記出力端子より前記二次元合成情報に対応した出力パルスを出力するステップと、を具備することにより解決するものである。   Third, an information processing method using a neuron element having an input terminal, a synapse, a neuron, and an output terminal, wherein one input pulse having first information and second information is input to the input terminal And performing a first weighting process and a second weighting process for giving weight values based on a two-dimensional weight value vector to the first information and the second information by the synapse, respectively, A step of generating the two-dimensional weighted information by the neuron and the other two-dimensional weighted information to generate two-dimensional composite information composed of composite first information and composite second information; A step of outputting an output pulse corresponding to the two-dimensional synthesis information.

また、前記第1情報は、前記入力パルスのパルス幅であり、前記第2情報は前記入力パルスの発生遅れ時間であることを特徴とするものである。   Further, the first information is a pulse width of the input pulse, and the second information is a generation delay time of the input pulse.

また、前記二次元合成情報にそれぞれ重み値を与える第3の重み付け処理および第4の重み付け処理を行い、出力パルスを出力することを特徴とするものである。   Further, a third weighting process and a fourth weighting process for assigning weight values to the two-dimensional synthesis information are performed, and output pulses are output.

本発明によりニューロン素子において、多次元情報の一括処理が可能となる。従って、このニューロン素子を用いることにより、いわゆるソフトコンピューティングと呼ばれるフレキシブルで、条件変動にも強い頑健性を有し、さらにどのような条件にも追従できる適応性のある情報処理装置を実現できる。   According to the present invention, multidimensional information can be collectively processed in a neuron element. Therefore, by using this neuron element, it is possible to realize a flexible information processing apparatus called so-called soft computing, which has robustness against a condition change, and can follow any condition.

例えば、このニューロン素子を用いてニューラルネットワークを構成することにより、最適で頑健な機械の制御、音声信号の欠損情報の復元、パターン認識などに対してより多次元、多様処理に適応させることができる。   For example, by constructing a neural network using this neuron element, it is possible to adapt to multi-dimensional and diverse processing for optimal and robust machine control, restoration of missing information of speech signals, pattern recognition, etc. .

また、広く情報処理の基本となっているディジタルICやディジタルコンピュータ、またインタフェースシステムとの高い整合性を持ち、しかも連続変化特性を持つアナログ情報処理を可能にできる。従って、リアルタイム処理を可能にし、高精度、高機能を求められる機械装置の自動制御やセキュリティ維持に高い有用性をもって応えることができる。   In addition, analog information processing having high consistency with digital ICs, digital computers, and interface systems, which are widely used for information processing, and continuous change characteristics can be realized. Therefore, real-time processing is possible, and it is possible to respond with high utility to automatic control and security maintenance of mechanical devices that require high accuracy and high function.

本発明の実施形態を図1から図7を参照して詳細に説明する。   An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

まず、図1から図5を参照し、本発明の第1の実施形態を説明する。図1は、本実施形態のニューロン素子を示す概念図である。本実施形態のニューロン素子1は入力端子2と、シナプス3と、ニューロン4と、出力端子5を備える。   First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a neuron element of the present embodiment. The neuron element 1 of the present embodiment includes an input terminal 2, a synapse 3, a neuron 4, and an output terminal 5.

ニューロン素子1は、複数の入力端子2(21、22、・・2n)とそれに対応する複数のシナプス3(31、32、・・3n)を有する。複数の入力端子2には、それぞれ入力パルス6(61、62、・・6n)が入力される。   The neuron element 1 has a plurality of input terminals 2 (21, 22,... 2n) and a plurality of synapses 3 (31, 32,... 3n) corresponding thereto. Input pulses 6 (61, 62,... 6n) are input to the plurality of input terminals 2, respectively.

入力端子2iには、i番目の情報である入力パルス6iが入力される。たとえば、入力端子21には、1番目の情報である入力パルス61が入力される。入力パルス61は、電源電圧と接地電位の二値で表されるディジタルのパルス信号である。一方、入力パルス61はアナログ情報の第1情報、および第1情報とは異なるアナログ情報の第2情報を有する。すなわち第1情報は、入力パルス61のパルス幅Ts1であり、第2情報は入力パルス61の発生時間である。発生時間とはより詳細には、ある基準時刻から当該入力パルス61が発生するまでの発生遅れ時間Td1である。 An input pulse 6i which is i-th information is input to the input terminal 2i. For example, the input terminal 21 receives an input pulse 61 that is first information. The input pulse 61 is a digital pulse signal represented by a binary value of a power supply voltage and a ground potential. On the other hand, the input pulse 61 has first information of analog information and second information of analog information different from the first information. That is, the first information is the pulse width T s1 of the input pulse 61, and the second information is the generation time of the input pulse 61. More specifically, the generation time is a generation delay time T d1 from a certain reference time until the input pulse 61 is generated.

シナプス3iは、入力端子2iと個々に対応して設けられ、二次元の信号(発生遅れ時間Tdiとパルス幅Tsi)にそれぞれ異なった重み値を付与する二次元シナプスである。すなわち、1つの入力端子21に対して1つのシナプス31が対応するが、シナプス31は二次元の重み値ベクトル(wd1,ws1)と重み付け回路によって、発生遅れ時間Td1とパルス幅Ts1にそれぞれ異なった重み値を与える。 The synapse 3i is a two-dimensional synapse that is provided corresponding to each of the input terminals 2i and gives different weight values to the two-dimensional signals (generation delay time T di and pulse width T si ). That is, one synapse 31 corresponds to one input terminal 21, but the synapse 31 is generated by a two-dimensional weight value vector (w d1 , w s1 ) and a weighting circuit, and the generation delay time T d1 and the pulse width T s1. Are given different weight values.

具体的にはシナプス31は、1番目の入力端子21から入力された入力パルス61の発生遅れ時間Td1およびパルス幅Ts1に、重み値ベクトル(wd1,ws1)で表わされる重み値をそれぞれ与えて、二次元重み付け情報(Td1d1,Ts1s1)を生成する。 Specifically, the synapse 31 adds weight values represented by weight value vectors (w d1 , w s1 ) to the generation delay time T d1 and the pulse width T s1 of the input pulse 61 input from the first input terminal 21. Two-dimensional weighting information (T d1 w d1 , T s1 w s1 ) is generated by giving each.

入力端子22から入力された2番目の情報である入力パルス62についても同様に、シナプス32により二次元重み付け情報が生成される。以下同様に二次元重み付け情報が生成され、入力端子2nから入力されたn番目の情報である入力パルス6nについて、シナプス3nにより二次元重み付け情報が生成される。   Similarly, two-dimensional weighting information is generated by the synapse 32 for the input pulse 62 that is the second information input from the input terminal 22. Similarly, two-dimensional weighting information is generated, and two-dimensional weighting information is generated by the synapse 3n for the input pulse 6n, which is the nth information input from the input terminal 2n.

ニューロン4は、各シナプス3に基づく二次元重み付け情報を合成し、二次元合成情報を生成する。すなわち、1番目からn番目までの重み付けされたパルス幅Ts1s1〜Tsnsnを合成し、合成パルス幅Tssを生成する。また、1番目からn番目までの重み付けされた発生遅れ時間Td1d1〜Tdndnを合成し、合成発生時間(合成発生遅れ時間:Tds)を生成する。 The neuron 4 synthesizes two-dimensional weighting information based on each synapse 3 and generates two-dimensional synthesis information. That is, the first to nth weighted pulse widths T s1 w s1 to T sn w sn are combined to generate a combined pulse width T ss . Also, the first to nth weighted generation delay times T d1 w d1 to T dn w dn are synthesized to generate a synthesis occurrence time (synthesis occurrence delay time: T ds ).

またニューロン4は、更に合成パルス幅Tssと合成発生遅れ時間Tdsにそれぞれ重み値を与え、パルス幅Tosと基準時刻からの発生遅れ時間Todを情報として有する出力パルス7を出力端子5より出力する。 The neuron 4 further gives weight values to the composite pulse width T ss and the composite generation delay time T ds , and outputs an output pulse 7 having the pulse width Tos and the generation delay time T od from the reference time as information. Output more.

本実施形態の入力信号は電圧の有無で表されるディジタル信号(パルス信号)であるが、入力情報としては連続変化を表現可能なパルス幅を用いる。そして、入力パルス6iの時間幅(パルス幅Tsi)で表されるアナログ情報をそれぞれ指定された割合で縮め、アナログ情報に重み値を掛ける。具体的にはパルス幅Tsiに、コンデンサと抵抗による積分動作を実現する過渡電気回路を適用して重み値けする。 The input signal of this embodiment is a digital signal (pulse signal) represented by the presence or absence of voltage, but a pulse width capable of expressing a continuous change is used as input information. Then, the analog information represented by the time width (pulse width T si ) of the input pulse 6i is reduced at a designated ratio, and the analog information is multiplied by a weight value. Specifically, the pulse width Tsi is weighted by applying a transient electric circuit that realizes an integration operation with a capacitor and a resistor.

そしてこれにより一つのニューロン4に入力された重み付けされたパルス幅Tsisiの総和で結合する(Tss)。更に上記の過渡電気回路を適用して重みを与え、一連のディジタル信号である出力パルス7のパルス幅Tosとして出力するものである。 As a result, the weighted pulse widths T si w si inputted to one neuron 4 are combined with each other (T ss ). Further, the above-described transient electric circuit is applied to give a weight and output as a pulse width Tos of the output pulse 7 which is a series of digital signals.

また、同時に、電源電圧と接地電位の二値で表されるディジタル信号の入力パルス6iは、その信号の始まり時刻も時間幅と同様に入力のアナログ情報として用いることができる。つまり、システム全体で統一して定めている時刻(基準時刻)から入力パルス6iの発生までの時刻の時間幅(発生遅れ時間Tdi)で表わされるアナログ情報をとして指定された割合で縮める。すなわちアナログ情報に重み値を掛けた複数の入力パルス6の発生遅れ時間Tdidiを結合し(Tds)、更に重みを与えて一連のディジタル信号である出力パルス7の発生遅れ時間Todとする。そして基準時刻から発生遅れ時間Todの時間幅だけ遅らせて、パルス幅Tosの出力パルス7を発生させる。これにより、パルス発生時刻とパルス幅の二つの情報を同時処理できる多次元ニューロン素子を実現できる。 At the same time, the input pulse 6i of the digital signal represented by the binary value of the power supply voltage and the ground potential can be used as input analog information in the same manner as the time width of the start time of the signal. In other words, the analog information represented by the time width (occurrence delay time T di ) from the time (reference time) determined uniformly throughout the system to the generation of the input pulse 6i is reduced at a specified rate. That is, the generation delay times T di w di of the plurality of input pulses 6 obtained by multiplying the analog information by the weight value are combined (T ds ), and further, the generation delay times T od of the output pulses 7 as a series of digital signals are given with weights. And Then, the output pulse 7 having the pulse width Tos is generated with a delay by the time width of the generation delay time Tod from the reference time. As a result, it is possible to realize a multidimensional neuron element capable of simultaneously processing two pieces of information of the pulse generation time and the pulse width.

以下、具体的に説明する。   This will be specifically described below.

まず、ニューロン4において生成される二次元合成情報は、以下の式1の演算結果をu、vのベクトル要素として得ることにより求められる。   First, the two-dimensional synthesis information generated in the neuron 4 is obtained by obtaining the calculation result of the following formula 1 as vector elements of u and v.

Figure 2007115116
ここで、u:合成発生遅れ時間Tds、v:合成パルス幅Tss、xdi:i番目の入力端子6iに入力された入力パルスの基準時刻からの発生遅れ時間Tdi、xsi:i番目の入力端子6iに入力された入力パルス幅Tsiである。
Figure 2007115116
Here, u: composite generation delay time Tds , v: composite pulse width Tss , xdi : generation delay time Tdi , xsi : i from the reference time of the input pulse input to the i-th input terminal 6i a th input to the input terminal 6i input pulse width T si.

また、wdi:i番目の入力パルスの発生遅れ時間Tdiへの重み値、wsi:i番目の入力パルスTsiへの重み値である。 Further, w di is a weight value for the generation delay time T di of the i-th input pulse, and w si is a weight value for the i-th input pulse T si .

重み値は、シナプス3によって重み値ベクトル(wdi,wsi)として与えられる。この重み値ベクトル(wdi,wsi)を式1の如くN個の入力パルスに演算して、二次元合成情報としてベクトル(u,v)を得る。 The weight value is given as a weight value vector (w di , w si ) by the synapse 3. The weight value vector (w di , w si ) is calculated as N input pulses as shown in Equation 1 to obtain a vector (u, v) as two-dimensional synthesis information.

さらにベクトル(u,v)を以下の式2により演算し、その演算結果をf、gの二次元ベクトル要素として得る。   Further, the vector (u, v) is calculated by the following expression 2, and the calculation result is obtained as a two-dimensional vector element of f and g.

Figure 2007115116
ここで、f:出力パルス幅の基準時刻からの発生遅れ時間Tod、g:出力パルス幅Tos、wod:合成発生遅れ時間uへの重み値、wos:合成パルス幅vへの重み値である。すなわち、式2はいわゆるニューロンの出力関数を重み付き線形関数で表現したものである。
Figure 2007115116
Here, f: generation delay time T od from the reference time of the output pulse width, g: output pulse width Tos , w od : weight value to the combined generation delay time u, w os : weight to the combined pulse width v Value. That is, Expression 2 represents a so-called neuron output function as a weighted linear function.

ニューロン4は、式2の処理後、基準時刻から発生遅れ時間Tod(=f)経過後に、出力端子5からパルス幅Tos(=g)の出力パルス7を発生させる。これにより、多重情報のベクトル処理が可能となる。 The neuron 4 generates an output pulse 7 having a pulse width T os (= g) from the output terminal 5 after the generation delay time T od (= f) has elapsed from the reference time after the processing of Expression 2. Thereby, vector processing of multiplexed information becomes possible.

シナプス3による重み付け処理は、重み値を付加する電気回路により行う。   The weighting process by the synapse 3 is performed by an electric circuit that adds a weight value.

図2は、重み値(wdi、wsi、wod、wos)を付加する電気回路の一例を示す回路図である。図を参照して入力パルス6iとしてパルス幅TsiがT[s]であり、パルスの大きさが電源電圧Vcc[V]の場合を例に、回路の動作原理を説明する。 FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of an electric circuit for adding weight values (w di , w si , w od , w os ). The operation principle of the circuit will be described by taking as an example a case where the pulse width T si is T [s] as the input pulse 6i and the magnitude of the pulse is the power supply voltage Vcc [V].

重み付け回路10は、入力端子11、逆流防止用ダイオードスイッチ13、第1電気抵抗14、コンデンサ15、スイッチ16、第2電気抵抗17、重み付け外部電源電圧18、出力端子19から構成される。本実施形態では図示の電気回路を用いて、発生遅れ時間Tdi、パルス幅Tsi、合成発生遅れ時間Tds、合成パルス幅Tssのそれぞれに重み値を付加することができる。 The weighting circuit 10 includes an input terminal 11, a backflow prevention diode switch 13, a first electric resistor 14, a capacitor 15, a switch 16, a second electric resistor 17, a weighted external power supply voltage 18, and an output terminal 19. In the present embodiment, weight values can be added to the generation delay time T di , the pulse width T si , the combined generation delay time T ds , and the combined pulse width T ss using the illustrated electric circuit.

入力端子11は、ニューロン素子1の入力端子2iを介して、例えば外部IC(不図示)の出力端子に接続する。回路の入力端子11および出力端子19間には逆流防止用ダイオードスイッチ13、抵抗値R[Ω]の第1電気抵抗4、スイッチ16が直列接続する。スイッチ16は例えばFETなどのトランジスタであり、入力パルス6iが終了すると同時に導通する。   The input terminal 11 is connected to, for example, an output terminal of an external IC (not shown) via the input terminal 2 i of the neuron element 1. Between the input terminal 11 and the output terminal 19 of the circuit, a backflow prevention diode switch 13, a first electric resistor 4 having a resistance value R [Ω], and a switch 16 are connected in series. The switch 16 is a transistor such as an FET, and is turned on at the same time as the input pulse 6i ends.

また、これらとGNDライン間には静電容量C[F]のコンデンサ15が接続する。第2電気抵抗17は、第1電気抵抗14と同じR[Ω]の抵抗値を有する。第2電気抵抗17の一端は、重み付け外部電源電圧18(−es[V])に接続する。   Further, a capacitor 15 having a capacitance C [F] is connected between these and the GND line. The second electrical resistor 17 has the same resistance value R [Ω] as the first electrical resistor 14. One end of the second electrical resistor 17 is connected to the weighted external power supply voltage 18 (−es [V]).

入力パルス6iのパルス幅T[s]の期間、スイッチ16はオフである。従って、この間入力パルス6iの信号が逆流防止用ダイオードスイッチ13、および第1電気抵抗14を介してコンデンサ15に蓄えられる。このときコンデンサ15の第1電気抵抗14側の端子(ノードn1)の電圧値はVcc・T/(CR)である。   During the period of the pulse width T [s] of the input pulse 6i, the switch 16 is off. Therefore, during this time, the signal of the input pulse 6 i is stored in the capacitor 15 via the backflow prevention diode switch 13 and the first electric resistor 14. At this time, the voltage value of the terminal (node n1) on the first electric resistance 14 side of the capacitor 15 is Vcc · T / (CR).

パルス幅T[s]の期間経過後、スイッチ16がオンすると、コンデンサ15に蓄えられた電荷が第2電気抵抗17に流れる。このとき逆流防止用ダイオードスイッチ13は、電荷が入力端子11側へ流れることを阻止する。第2電気抵抗17の一端は、重み付け外部電源電圧18に接続されている。   When the switch 16 is turned on after the period of the pulse width T [s], the electric charge stored in the capacitor 15 flows to the second electric resistance 17. At this time, the backflow prevention diode switch 13 prevents charge from flowing to the input terminal 11 side. One end of the second electrical resistor 17 is connected to the weighted external power supply voltage 18.

従ってスイッチ16がオンすると、第2電気抵抗17のスイッチ16に接続する端子側(ノードn2)の電圧は、ノードn1の電圧(Vcc・T/(CR))の値から減少しはじめ、やがて0[V]を通過し、負電圧に変化する。スイッチ16がオンになった時から、ノードn2が0[V]になるまでの経過時間をT’とすると、コンデンサ15の蓄積電荷の放電に基づく降下電圧値は、(Vcc+es)・T’/(CR)になる。降下電圧値はコンデンサ15の電荷蓄積による電圧値Vcc・T/(CR)に等しいので、Vcc・T/(CR)=(Vcc+es)・T’/(CR)の等式が成り立つ。   Therefore, when the switch 16 is turned on, the voltage on the terminal side (node n2) connected to the switch 16 of the second electric resistor 17 starts to decrease from the value of the voltage (Vcc · T / (CR)) of the node n1, and eventually becomes 0. It passes through [V] and changes to a negative voltage. When the elapsed time from when the switch 16 is turned on until the node n2 becomes 0 [V] is T ′, the voltage drop based on the discharge of the accumulated charge of the capacitor 15 is (Vcc + es) · T ′ / (CR). Since the drop voltage value is equal to the voltage value Vcc · T / (CR) due to the charge accumulation in the capacitor 15, the equation Vcc · T / (CR) = (Vcc + es) · T ′ / (CR) holds.

これよりT’={Vcc/(Vcc+es)}Tとなり、Tの値にVcc/(Vcc+es)で表される重み値を付与された値として表される。   As a result, T ′ = {Vcc / (Vcc + es)} T, which is expressed as a value obtained by adding a weight value represented by Vcc / (Vcc + es) to the value of T.

尚、出力端子19からの出力は、ノードn2の出力波形(図3のT’参照)を整形してディジタル信号化し、出力端子19から出力パルス7として出力する。このため、ノードn2には、その電圧が0[V]以上の場合には出力をディジタル信号に変換するコンパレータ12が接続する。   The output from the output terminal 19 is converted into a digital signal by shaping the output waveform of the node n2 (see T 'in FIG. 3), and is output as an output pulse 7 from the output terminal 19. For this reason, the comparator 12 for converting the output into a digital signal when the voltage is 0 [V] or higher is connected to the node n2.

このように、図2の回路を利用することにより、パルス幅Tに対して、重み付け外部電源電圧18の電圧値esの値に応じて、重みを与えることができる。   Thus, by using the circuit of FIG. 2, a weight can be given to the pulse width T according to the value of the voltage value es of the weighted external power supply voltage 18.

以上、入力パルスのパルス幅Tsiについて説明したが、前述の如く入力パルス6iの基準時刻からの発生遅れ時間Tdiも、二次元のベクトル情報の要素として図2の回路を用いて重み値を付加できる。発生遅れ時間Tdiは、入力パルス6iの信号を反転操作するIC(例えばインバータ)に通すことで、時間間隔(パルス幅)Tdiのパルスに変換できる。従って、図2の逆流防止用ダイオードスイッチ3の前段にインバータを付加した回路で、上記と同様の操作で発生遅れ時間Tdiに重み値を付加できる。 Having described the pulse width T si of the input pulse, also generates a delay time T di from the reference time of the input pulse 6i as described above, the weight value using the circuit of Figure 2 as an element of two-dimensional vector information Can be added. Generating delay time T di, by passing the IC (e.g., an inverter) that inverts an operation signal of the input pulse 6i, it can be converted to a pulse time interval (pulse width) T di. Therefore, a weight value can be added to the generation delay time Tdi by the same operation as described above in a circuit in which an inverter is added in front of the backflow prevention diode switch 3 in FIG.

すなわち本実施形態では、重み付け回路10によって式1で表されるu、vの発生遅れ時間と時間幅をもつパルス信号を、それぞれ分けて重み付け回路10の入力端子11に入力することで、u、vの値へ重み値を付与し、式2のf、gの時間遅れと時間幅をもつ出力パルス信号を形成できる。   In other words, in this embodiment, the weighting circuit 10 separately inputs the pulse signals having the generation delay times and time widths of u and v expressed by Equation 1 to the input terminal 11 of the weighting circuit 10, whereby u, By assigning a weight value to the value of v, it is possible to form an output pulse signal having time delays and time widths of f and g in Equation 2.

図3は、図2の回路により二次元情報の重み付けを行ったシミュレーション結果を示す。シミュレーションは、Vcc=5[V]、CR=10[s]の下で外部電源電圧esの電圧値を変化させ、重み付けされたパルス幅T’を測定したものである。図3(A)がes=10[V]、T=3[s]の場合であり図3(B)がes=15[V]、T=2[s]の場合である。また、それぞれ実線が入力波形であり、破線が出力波形である。   FIG. 3 shows a simulation result in which the two-dimensional information is weighted by the circuit of FIG. In the simulation, the voltage value of the external power supply voltage es is changed under Vcc = 5 [V] and CR = 10 [s], and the weighted pulse width T ′ is measured. FIG. 3A shows the case where es = 10 [V] and T = 3 [s], and FIG. 3B shows the case where es = 15 [V] and T = 2 [s]. Each solid line is an input waveform, and a broken line is an output waveform.

各図において破線の出力波形が実線の入力波形とゼロクロスするまでの時間(スイッチ16がオンになった時から、ノードn2が0[V]になるまでの経過時間)が重み付けされたパルス幅T’である。図3(A)の場合ではシミュレーション結果のパルス幅T’は1.0[s]であり、図3(B)ではパルス幅T’は0.5[s]である。これは何れも、式1による理論値と実際の電圧波形が一致したことを示す。   In each figure, the pulse width T is weighted by the time until the output waveform of the broken line zero-crosses with the input waveform of the solid line (the elapsed time from when the switch 16 is turned on until the node n2 becomes 0 [V]). 'Is. In the case of FIG. 3A, the pulse width T ′ of the simulation result is 1.0 [s], and in FIG. 3B, the pulse width T ′ is 0.5 [s]. This indicates that the theoretical value according to Equation 1 matches the actual voltage waveform.

尚、シミュレーションとしては入力パルス幅Tのみについての結果であるが、前述の如く発生遅れ時間の重み付けは、図2の回路の入力端子に、入力パルスを反転させた信号を入力すればよい。従って、この回路を用いて発生遅れ時間の重み付けが行えることは、図3の結果からも明らかであり、入力パルス6iのパルス幅Tsiと発生遅れ時間Tdiを併行して重み付けすることができる。 Although the simulation is a result for only the input pulse width T, as described above, the generation delay time may be weighted by inputting a signal obtained by inverting the input pulse to the input terminal of the circuit of FIG. Therefore, it can be performed weighting of generating a delay time by using this circuit is obvious from the results of FIG. 3, can be weighted concurrently the pulse width T si and generates delay time T di of the input pulse 6i .

また、図2の回路は、FPGA(Field Programming Gate Array)やマイコン回路にコンデンサと抵抗を外付けすることで集積化が可能である。   The circuit of FIG. 2 can be integrated by externally attaching a capacitor and a resistor to an FPGA (Field Programming Gate Array) or a microcomputer circuit.

次に、図4および図5を参照して、ニューロン素子1の動作を説明する。図4は、ニューロン素子1を示すブロック図であり、図5は、図4の構成における各信号のタイミングチャートである。尚、図4および図5においては、各信号はそれに対応するアナログ情報と同一の符号で示し、実際のアナログ情報の値はハッチングで示した。また図5においては、発生遅れ時刻を合成するタイミングチャートdを上段に示し、パルス幅を合成するタイミングチャートsを下段に示した。   Next, the operation of the neuron element 1 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a block diagram showing the neuron element 1, and FIG. 5 is a timing chart of each signal in the configuration of FIG. In FIGS. 4 and 5, each signal is indicated by the same symbol as the corresponding analog information, and the value of the actual analog information is indicated by hatching. In FIG. 5, a timing chart d for synthesizing the generation delay time is shown in the upper part, and a timing chart s for synthesizing the pulse width is shown in the lower part.

一例として、入力端子2が2つ(21、22)の場合のニューロン素子1を示す。   As an example, the neuron element 1 in the case of two input terminals 2 (21, 22) is shown.

まず、発生遅れ時刻の合成について説明する。基準時刻信号STDが発生し、第1の時間が経過後、入力端子21に1番目の入力パルス61が入力される。入力パルス61はパルス幅Ts1のディジタル信号である。入力パルス61は、信号反転回路(ディジタルインバータ素子)108に入力され、反転信号Ts1(r)が生成される。信号反転回路108の出力Ts1(r)は基準時刻信号STDと共にディジタルAND回路111に入力される。このAND回路111は、基準時刻信号STDと、反転信号Ts1(r)が同時に発生している時間だけで表わされるパルス信号を取出す。これにより、入力パルス61が基準時刻信号STDの発生からの遅れ時間に基づく時間幅を有するパルスになるように、信号を生成する。これにより、発生遅れ時間信号Td1が得られる。 First, the composition of the generation delay time will be described. After the reference time signal STD is generated and the first time has elapsed, the first input pulse 61 is input to the input terminal 21. The input pulse 61 is a digital signal having a pulse width T s1 . The input pulse 61 is input to a signal inverting circuit (digital inverter element) 108, and an inverted signal T s1 (r) is generated. The output T s1 (r) of the signal inverting circuit 108 is input to the digital AND circuit 111 together with the reference time signal STD. The AND circuit 111 extracts a pulse signal represented only by the time when the reference time signal STD and the inverted signal T s1 (r) are generated simultaneously. Thereby, a signal is generated so that the input pulse 61 becomes a pulse having a time width based on the delay time from the generation of the reference time signal STD. As a result, the generation delay time signal Td1 is obtained.

発生遅れ時間信号Td1は、発生遅れ時間の重み付け回路112に入力され、入力端子21に対応した1つの二次元シナプス31により第1の重み付け処理が行われる。第1の重み付け処理では、シナプス31の二次元の重み値ベクトルのうち、発生遅れ時間信号Td1に対する重み値と重み付け回路112によって、発生遅れ時間信号Td1に重み値を付与する。重み付け回路は、図2に示す回路である。重み値を制御する重み付け外部電源電圧es[V]は、この回路に含まれており、重み付け外部電源電圧es[V]に応じた重み値(wd1)が発生遅れ時間信号Td1に付与され、重み付けされた発生遅れ信号Td1d1が出力される。また、この信号(パルス)は、発生遅れ時間信号Td1の立ち下がり時刻で発生する。すなわち、発生遅れ時間信号Td1の立ち下がり(パルスの終了)により、図2の回路図に示すスイッチ16がオンする。これにより、発生遅れ時間信号Td1の直後に、重み付けされた発生遅れ信号Td1d1が発生する。 The generation delay time signal T d1 is input to the generation delay time weighting circuit 112, and the first weighting process is performed by one two-dimensional synapse 31 corresponding to the input terminal 21. In the first weighting process, a weight value is assigned to the occurrence delay time signal T d1 by the weight value and weighting circuit 112 for the occurrence delay time signal T d1 in the two-dimensional weight value vector of the synapse 31. The weighting circuit is the circuit shown in FIG. The weighted external power supply voltage es [V] for controlling the weight value is included in this circuit, and a weight value (w d1 ) corresponding to the weighted external power supply voltage es [V] is given to the generation delay time signal T d1. The weighted generation delay signal T d1 w d1 is output. This signal (pulse) is generated at the falling time of the generation delay time signal Td1 . That is, the switch 16 shown in the circuit diagram of FIG. 2 is turned on by the fall (end of pulse) of the generation delay time signal Td1 . As a result, the weighted generation delay signal T d1 w d1 is generated immediately after the generation delay time signal T d1 .

2番目の入力パルス62は、図5のタイミングチャートでの図示は省略するが基準時刻信号STDの発生から第2の時間が経過後、入力端子22に入力される。入力パルス62は、パルス幅Ts2のディジタル信号であり、入力パルス61と同様に処理される。すなわち、入力パルス62は信号反転回路に入力され、生成された反転信号Ts2(r)と、基準時刻信号STDがディジタルAND回路111に入力される。これにより、発生遅れ時間信号Td2が得られる。 Although not shown in the timing chart of FIG. 5, the second input pulse 62 is input to the input terminal 22 after the second time has elapsed since the generation of the reference time signal STD. The input pulse 62 is a digital signal having a pulse width T s2 and is processed in the same manner as the input pulse 61. That is, the input pulse 62 is input to the signal inverting circuit, and the generated inverted signal T s2 (r) and the reference time signal STD are input to the digital AND circuit 111. Thereby, the generation delay time signal Td2 is obtained.

発生遅れ時間信号Td2は、発生遅れ時間の重み付け回路117に入力され、入力端子22に対応した1つの二次元シナプス32により第1の重み付け処理が行われる。第1の重み付け処理では、シナプス32の二次元の重み値ベクトルのうち、発生遅れ時間信号Td2に対する重み値と重み付け回路117によって、発生遅れ時間信号Td2に重み値を付与する。重み付け回路117は図2に示す回路である。重み付け外部電源電圧es[V]に応じた重み値(wd2)が発生遅れ時間信号Td2に付与され、重み付けされた発生遅れ信号Td2d2が出力される。 The generation delay time signal T d2 is input to the generation delay time weighting circuit 117, and the first weighting process is performed by one two-dimensional synapse 32 corresponding to the input terminal 22. In the first weighting process, a weight value is given to the occurrence delay time signal T d2 by the weight value and weighting circuit 117 for the occurrence delay time signal T d2 out of the two-dimensional weight value vector of the synapse 32. The weighting circuit 117 is a circuit shown in FIG. A weight value (w d2 ) corresponding to the weighted external power supply voltage es [V] is given to the generation delay time signal T d2 , and a weighted generation delay signal T d2 w d2 is output.

また、この信号(パルス)は図5の如く、1番目の重み付けされた発生遅れ信号Td1d1の立ち下がり時刻で発生する。すなわち、重み付けされた発生遅れ信号Td1d1の立ち下がり(パルスの終了)により、図2の回路図に示すスイッチ16がオンする。これにより、発生遅れ信号Td1d1の直後に、重み付けされた発生遅れ信号Td2d2が発生する。 Further, this signal (pulse) is generated at the falling time of the first weighted generation delay signal T d1 w d1 as shown in FIG. That is, the switch 16 shown in the circuit diagram of FIG. 2 is turned on by the fall of the weighted generation delay signal T d1 w d1 (end of pulse). Thus, a weighted generation delay signal T d2 w d2 is generated immediately after the generation delay signal T d1 w d1 .

ニューロン4は、重み付けされた発生遅れ信号Td1d1およびTd2d2を一連の連続したパルス信号に結合する。すなわちこれらの発生遅れ信号は、合成発生遅れ時間信号を生成するために、ディジタルOR回路121に入力される。これにより、合成発生遅れ信号Tds(式1のu)が生成される。 Neuron 4 combines the weighted delayed generation signals T d1 w d1 and T d2 w d2 into a series of consecutive pulse signals. That is, these generation delay signals are input to the digital OR circuit 121 in order to generate a composite generation delay time signal. As a result, a combined generation delay signal T ds (u in Equation 1) is generated.

次にパルス幅の合成について説明する。1番目の入力パルス61は、基準時刻信号STDが発生し、第1の時間が経過後、入力端子21に入力される。パルス幅の合成であるので、入力パルス61(パルス幅Ts1の信号)がそのまま重み付け回路113に入力され、入力端子に対応した1つの二次元シナプス31により第2の重み付け処理が行われる。第2の重み付け処理では、シナプス31の二次元の重み値ベクトルのうち、パルス幅Ts1に対する重み値と重み付け回路113によって、パルス幅(信号)Ts1に重み値を付与する。重み付け回路113は図2に示す回路である。重み付け外部電源電圧es[V]に応じた重み値(ws1)がパルス幅信号Ts1に付与され、重み付けされたパルス幅信号Ts1s1が出力される。重み付けされたパルス幅信号Ts1s1は、入力パルス61(Ts1)の立ち下がり時刻で発生する。 Next, pulse width synthesis will be described. The first input pulse 61 is input to the input terminal 21 after the reference time signal STD is generated and the first time has elapsed. Since the pulse width is synthesized, the input pulse 61 (signal having the pulse width T s1 ) is directly input to the weighting circuit 113, and the second weighting process is performed by one two-dimensional synapse 31 corresponding to the input terminal. In the second weighting process, a weight value is given to the pulse width (signal) T s1 by the weight value for the pulse width T s1 and the weighting circuit 113 out of the two-dimensional weight value vector of the synapse 31. The weighting circuit 113 is a circuit shown in FIG. A weight value (w s1 ) corresponding to the weighted external power supply voltage es [V] is given to the pulse width signal T s1 , and a weighted pulse width signal T s1 w s1 is output. The weighted pulse width signal T s1 w s1 is generated at the falling time of the input pulse 61 (T s1 ).

同様に、2番目の入力パルス62は、図5では省略するが、基準時刻信号STDが発生し、第2の時間が経過後、入力端子22に入力される。入力パルス62(パルス幅Ts2の信号)がそのまま重み付け回路123に入力され、2番目の入力パルス62に対して第2の重み付け処理が行われる。第2の重み付け処理は、シナプス32の二次元の重み値ベクトルのうち、パルス幅Ts2に対する重み値と重み付け回路123によって、パルス幅(信号)Ts2に重み値を付与する。重み付け回路123は図2に示す回路である。重み付け外部電源電圧es[V]に応じた重み値(ws2)がパルス幅信号Ts2に付与され、重み付けされたパルス幅信号Ts2s2が出力される。 Similarly, although the second input pulse 62 is omitted in FIG. 5, the reference time signal STD is generated, and is input to the input terminal 22 after the second time has elapsed. The input pulse 62 (signal having a pulse width T s2 ) is input to the weighting circuit 123 as it is, and the second weighting process is performed on the second input pulse 62. The second weighting process assigns a weight value to the pulse width (signal) T s2 by using the weight value for the pulse width T s2 and the weighting circuit 123 among the two-dimensional weight value vectors of the synapse 32. The weighting circuit 123 is a circuit shown in FIG. A weight value (w s2 ) corresponding to the weighted external power supply voltage es [V] is given to the pulse width signal T s2 , and a weighted pulse width signal T s2 w s2 is output.

また、この信号(パルス)は図5の如く、1番目の重み付けされたパルス幅信号Ts1s1の立ち下がり時刻で発生する。すなわち、重み付けされたパルス幅信号Ts1s1の立ち下がり(パルスの終了)により、図2の回路図に示すスイッチ16がオンする。これにより、パルス幅信号Ts1s1の直後に、パルス幅信号Ts2s2が発生する。 Further, as shown in FIG. 5, this signal (pulse) is generated at the falling time of the first weighted pulse width signal T s1 w s1 . That is, the switch 16 shown in the circuit diagram of FIG. 2 is turned on by the fall of the weighted pulse width signal T s1 w s1 (end of pulse). As a result, the pulse width signal T s2 w s2 is generated immediately after the pulse width signal T s1 w s1 .

ニューロン4は、重み付けされたパルス幅信号Ts1s1およびTs2s2を一連の連続したパルス信号に結合する。すなわちこれらのパルス幅信号は、合成パルス幅を生成するために、ディジタルOR回路126に入力される。これにより、合成パルス幅信号Tss(式1のv)が生成される。 Neuron 4 combines weighted pulse width signals T s1 w s1 and T s2 w s2 into a series of consecutive pulse signals. That is, these pulse width signals are input to the digital OR circuit 126 in order to generate a composite pulse width. As a result, the composite pulse width signal T ss (v in Equation 1) is generated.

次に、合成発生遅れ時間信号Tds、および合成パルス幅信号Tssに対して、それぞれ第3の重み付け処理および第4の重み付け処理を行う。 Next, a third weighting process and a fourth weighting process are performed on the combined generation delay time signal Tds and the combined pulse width signal Tss , respectively.

ニューロン素子1の出力端子5は、重み付けした一連のパルスを合成して1つのパルスとして出力する。また本実施形態では、一連のパルスの発生遅れ時間についても重み付けし、それらを合成して出力する。   The output terminal 5 of the neuron element 1 synthesizes a series of weighted pulses and outputs them as one pulse. In the present embodiment, the generation delay time of a series of pulses is also weighted, synthesized, and output.

すなわち出力パルスに遅れ時間を与えるために、合成発生遅れ信号Tdsに重み付け回路122により第3の重み付け処理を行う。この重み付け回路122も図2に示す回路であり、重み付け外部電源電圧es[V]に応じた重み値(wod)が合成発生遅れ時間信号Tdsに付与され、重み付けされた合成発生遅れ信号Tod(式2のf)が出力される。 That is, in order to give a delay time to the output pulse, the weighting circuit 122 performs a third weighting process on the combined generation delay signal Tds . This weighting circuit 122 is also the circuit shown in FIG. 2, and a weight value (w od ) corresponding to the weighted external power supply voltage es [V] is given to the composite generation delay time signal T ds , and the weighted composite generation delay signal T od (f in Equation 2) is output.

ニューロン4は、所定の遅れ時間(Tod)経過後、出力パルス7を出力端子5より出力する。すなわち、ニューロン4は基準時刻信号STDの立ち下がり時刻を出力パルス7発生の基準時刻とし、その時刻から重み付けされた合成発生遅れ信号Todを発生させる。そして、合成発生遅れ信号Todの立ち下がり時刻で、第4の重み付け処理を行う重み付け回路127の動作を開始させる。つまり、この重み付け回路127も図2に示す回路であり、合成発生遅れ信号Todの立ち下がりによって図2に示すスイッチ16がオンとなり、重み付け外部電源電圧es[V]に応じた重み値(wos)が合成パルス幅信号Tssに付与され、重み付けされた合成パルス幅信号Tos(式2のg)が出力される。 The neuron 4 outputs an output pulse 7 from the output terminal 5 after a predetermined delay time (T od ) has elapsed. That is, the neuron 4 uses the falling time of the reference time signal STD as the reference time for generating the output pulse 7, and generates a weighted composite generation delay signal Tod from that time. Then, the operation of the weighting circuit 127 that performs the fourth weighting process is started at the falling time of the composite generation delay signal Tod . That is, the weighting circuit 127 is also the circuit shown in FIG. 2, and the switch 16 shown in FIG. 2 is turned on by the fall of the composite generation delay signal Tod , and the weight value (w corresponding to the weighted external power supply voltage es [V] is set. os ) is added to the synthesized pulse width signal T ss and a weighted synthesized pulse width signal T os (g in Equation 2) is output.

尚、ブロック図は一例であり、図においてそれぞれのシナプス31、32に信号反転回路108およびAND回路111が含まれても良い。   The block diagram is an example, and the signal inversion circuit 108 and the AND circuit 111 may be included in each of the synapses 31 and 32 in the figure.

このように、本実施形態では、1つの入力パルスの基準時刻からの発生遅れ時間とパルス幅のそれぞれについて、対応する1つの二次元シナプスによって第1の重み付け処理および第2の重み付け処理を行う。そして、重み付けされたN個の入力パルスの発生遅れ時間を結合して第3の重み付け処理を行い、重み付けされた合成発生遅れ時間(Tod)を得る。更に重み付けされたN個の入力パルスのパルス幅を結合して第4の重み付け処理を行い、重み付けされた合成パルス幅(Tos)を得る。その後、出力端子5より、パルス幅Tosの出力パルス7を基準時刻からの発生遅れ時間Todで出力する。 As described above, in the present embodiment, the first weighting process and the second weighting process are performed by using one corresponding two-dimensional synapse for each of the generation delay time and the pulse width from the reference time of one input pulse. Then, a third weighting process is performed by combining the generation delay times of the weighted N input pulses to obtain a weighted composite generation delay time (T od ). Further, a fourth weighting process is performed by combining the pulse widths of the weighted N input pulses to obtain a weighted composite pulse width (T os ). Thereafter, an output pulse 7 having a pulse width Tos is output from the output terminal 5 with a generation delay time Tod from the reference time.

パルス発生時刻とパルス幅の二つの情報で表されるベクトル情報を同時処理できるニューロン素子は、互いに独立した情報でありながらも、制御目標や判定目標に相互に関係している多次元情報を一括処理できる。これらの二つの情報は、たとえばロボットアームの位置と速度の同時制御、また自動車の速度と加速度の同時制御、さらに目と口の形状変化から表情を判定することなどであり、今後の産業やセキュリティ進展へ多大に貢献できるものである。   A neuron element that can simultaneously process vector information represented by two types of information, pulse generation time and pulse width, is multi-dimensional information that is mutually related to control targets and judgment targets, even though they are independent of each other. It can be processed. These two types of information include, for example, simultaneous control of the position and speed of the robot arm, simultaneous control of the speed and acceleration of the car, and judgment of facial expression from changes in the shape of the eyes and mouth. It can greatly contribute to progress.

図6から図8を参照し、第2の実施形態としてニューロン素子1の適用例を示す。   An application example of the neuron element 1 is shown as a second embodiment with reference to FIGS.

第2の実施形態は、自動車のステアリングドライビングシステム50に第1の実施形態と同様のニューロン素子1を適用した場合である。具体的には、自動車スリップ時の4輪の回転ずれをもとにニューロン素子1によってステアリングを自動操作し、安全性向上のための制御を行うものである。以下、第1の実施形態と同一の構成要素については同一符号を用い、また、第1の実施形態と重複する箇所についての詳細な説明は省略する。   In the second embodiment, the same neuron element 1 as that of the first embodiment is applied to a steering driving system 50 for an automobile. Specifically, the steering is automatically operated by the neuron element 1 based on the rotational deviation of the four wheels at the time of automobile slip, and control for improving safety is performed. Hereinafter, the same reference numerals are used for the same components as those in the first embodiment, and detailed descriptions of the same portions as those in the first embodiment are omitted.

図6および図7は、第2の実施形態のシステムを示す概要図であり、図6がこのシステムを適用するための自動車の主な構成であり、図7がニューロン素子1のブロック図である。   6 and 7 are schematic diagrams showing the system of the second embodiment. FIG. 6 is a main configuration of an automobile to which this system is applied. FIG. 7 is a block diagram of the neuron element 1. .

このステアリングドライビングシステム50は、例えばアイスバーンでスリップした場合に4つのホイールがそれぞれ異なった回転をすることを信号としてニューロン素子1に入力し、最適なステアリング操作量を取出すシステムとする。   The steering driving system 50 is a system that takes out, as a signal, the neuron element 1 that the four wheels rotate differently when slipping by, for example, an ice burn, and takes out the optimum steering operation amount.

図6の如く、自動車51の4輪の車軸にはそれぞれホイールの回転速度検出用円盤52が設けられる。回転速度検出用円盤52には、スリット54が設けられ、ホイールの回転に伴い所定の時間で発光ランプ53からの光をスリット54から透過させる。また、発光ランプ53と対向してスリット54を透過した光を検出するフォトセンサ55を配置する。   As shown in FIG. 6, a wheel speed detection disk 52 is provided on each of the four axles of the automobile 51. The rotation speed detecting disk 52 is provided with a slit 54, which transmits light from the light emitting lamp 53 through the slit 54 for a predetermined time as the wheel rotates. In addition, a photo sensor 55 that detects light transmitted through the slit 54 is disposed so as to face the light emitting lamp 53.

図7を参照し、ニューロン素子1は、N個の入力がある場合、全て異なる情報を用いてそれらを基に1つの出力を得る。すなわちここでのニューロン素子1は4つのホイールからの情報の入力に対応し、4つの入力端子21〜24を有する。   Referring to FIG. 7, when there are N inputs, neuron element 1 obtains one output based on them using all different information. That is, the neuron element 1 here corresponds to input of information from the four wheels and has four input terminals 21 to 24.

そしてそれぞれの入力端子21〜24には、ホイールの回転速度に応じてフォトセンサ55で検知した光の有無(光がスリット54を透過した時間と遮蔽された時間)をディジタル信号とした入力パルス61〜64が入力される。   Each of the input terminals 21 to 24 has an input pulse 61 in which the presence / absence of light detected by the photosensor 55 according to the rotation speed of the wheel (the time when the light has passed through the slit 54 and the time when the light is shielded) is a digital signal. ~ 64 are input.

すなわち、右後輪71のフォトセンサ55の検出結果が入力パルス61として1番目の入力端子21に入力され、左後輪72のフォトセンサ55の検出結果が入力パルス62として2番目の入力端子22に入力され、右前輪73のフォトセンサ55の検出結果が入力パルス63として3番目の入力端子23に入力され、左前輪74のフォトセンサ55の検出結果が入力パルス64として4番目の入力端子24に入力される。すなわち、入力パルス61〜64は各ホイールの回転速度信号である。   That is, the detection result of the photosensor 55 of the right rear wheel 71 is input to the first input terminal 21 as the input pulse 61, and the detection result of the photosensor 55 of the left rear wheel 72 is input to the second input terminal 22 as the input pulse 62. , The detection result of the photosensor 55 of the right front wheel 73 is input as the input pulse 63 to the third input terminal 23, and the detection result of the photosensor 55 of the left front wheel 74 is input as the input pulse 64 to the fourth input terminal 24. Is input. That is, the input pulses 61 to 64 are rotation speed signals of the respective wheels.

また、例えばエンジンの回転を検出するエンジン回転速度検出用円盤56を設ける。エンジン回転速度検出用円盤56にもスリット54が設けられ、フォトセンサ57によってスリット54を透過した光を検出する。この検出結果は、システム全体のタイミング信号となり、すなわちニューロン素子1の基準時刻信号STDとなる。   Further, for example, an engine rotation speed detecting disk 56 for detecting the rotation of the engine is provided. The engine rotation speed detecting disk 56 is also provided with a slit 54, and the photo sensor 57 detects light transmitted through the slit 54. This detection result becomes the timing signal of the entire system, that is, the reference time signal STD of the neuron element 1.

図8も参照して、更に説明する。   Further description will be given with reference to FIG.

1番目の入力パルス61(パルス幅Ts1)は、信号反転回路108で反転され、基準時刻信号STDとともにディジタルAND回路111に入力される。これにより、入力パルス61の、基準時刻からの発生遅れ時間信号Td1が得られる。発生遅れ時間信号Td1は、右後輪71の回転速度信号が、システム全体のタイミング信号(基準時刻)からのどの程度遅れているかを示す。 The first input pulse 61 (pulse width T s1 ) is inverted by the signal inversion circuit 108 and input to the digital AND circuit 111 together with the reference time signal STD. Thereby, the generation delay time signal Td1 from the reference time of the input pulse 61 is obtained. The generation delay time signal Td1 indicates how much the rotational speed signal of the right rear wheel 71 is delayed from the timing signal (reference time) of the entire system.

発生遅れ時間信号Td1は、シナプス31の二次元の重み値ベクトルのうち発生遅れ時間信号Td1に対する重み値と発生遅れ時間の重み付け回路112によって、第1の重み付け処理が行われる。これにより、重み付けされた発生遅れ信号Td1d1が出力される。また、この信号(パルス)は、発生遅れ時間信号Td1の立ち下がり時刻で発生する。 The generation delay time signal T d1 is subjected to a first weighting process by the weighting circuit 112 for the generation delay time signal T d1 of the two-dimensional weight value vector of the synapse 31 and the generation delay time weighting circuit 112. As a result, the weighted generation delay signal T d1 w d1 is output. This signal (pulse) is generated at the falling time of the generation delay time signal Td1 .

2番目の入力パルス62(パルス幅Ts2)は、図8のタイミングチャートにおける図示は省略するが、信号反転回路108で反転され、基準時刻信号STDとともにディジタルAND回路111に入力される。これにより、入力パルス62の、基準時刻からの発生遅れ時間信号Td2が得られる。発生遅れ時間信号Td2は、シナプス32の二次元の重み値ベクトルのうち発生遅れ時間信号Td2に対する重み値と発生遅れ時間の重み付け回路117によって、第1の重み付け処理が行われる。 Although not shown in the timing chart of FIG. 8, the second input pulse 62 (pulse width T s2 ) is inverted by the signal inverting circuit 108 and input to the digital AND circuit 111 together with the reference time signal STD. Thereby, the generation delay time signal Td2 from the reference time of the input pulse 62 is obtained. The generation delay time signal T d2 is subjected to a first weighting process by the weighting circuit 117 for the generation delay time signal T d2 of the two-dimensional weight value vector of the synapse 32 and the generation delay time weighting circuit 117.

これにより、重み付けされた発生遅れ信号Td2d2が出力される。また、この信号(パルス)は、重み付けされた発生遅れ時間信号Td1d1の立ち下がり時刻で発生する(図8)。 As a result, the weighted generation delay signal T d2 w d2 is output. Further, this signal (pulse) is generated at the falling time of the weighted generation delay time signal T d1 w d1 (FIG. 8).

3番目の入力パルス63(パルス幅Ts3)は、図8での図示は省略するが、信号反転回路108で反転され、基準時刻信号STDとともにディジタルAND回路111に入力される。これにより、入力パルス63の、基準時刻からの発生遅れ時間信号Td3が得られる。発生遅れ時間信号Td3は、シナプス33の二次元の重み値ベクトルのうち発生遅れ時間信号Td3に対する重み値と発生遅れ時間の重み付け回路119によって第1の重み付け処理が行われ、重み付けされた発生遅れ信号Td3d3が出力される。 Although not shown in FIG. 8, the third input pulse 63 (pulse width T s3 ) is inverted by the signal inverting circuit 108 and input to the digital AND circuit 111 together with the reference time signal STD. Thereby, the generation delay time signal Td3 from the reference time of the input pulse 63 is obtained. The generation delay time signal T d3 is subjected to a first weighting process by the weighting circuit 119 for the generation delay time signal T d3 of the two-dimensional weight value vector of the synapse 33 and the generation delay time, and weighted generation A delay signal T d3 w d3 is output.

また、この信号(パルス)は、重み付けされた発生遅れ時間信号Td2d2の立ち下がり時刻で発生する(図8)。 Further, this signal (pulse) is generated at the falling time of the weighted generation delay time signal T d2 w d2 (FIG. 8).

4番目の入力パルス64(パルス幅Ts4)は、図8での図示は省略するが、信号反転回路108で反転され、基準時刻信号STDとともにディジタルAND回路111に入力される。これにより、入力パルス63の、基準時刻からの発生遅れ時間信号Td4が得られる。発生遅れ時間信号Td4は、シナプス34の二次元の重み値ベクトルのうち発生遅れ時間信号Td4に対する重み値と発生遅れ時間の重み付け回路120によって第1の重み付け処理が行われ、重み付けされた発生遅れ信号Td4d4が出力される。 Although not shown in FIG. 8, the fourth input pulse 64 (pulse width T s4 ) is inverted by the signal inversion circuit 108 and input to the digital AND circuit 111 together with the reference time signal STD. Thereby, the generation delay time signal Td4 from the reference time of the input pulse 63 is obtained. The generation delay time signal T d4 is subjected to a first weighting process by the weighting circuit 120 for the generation delay time signal T d4 of the two-dimensional weight value vector of the synapse 34 and the generation delay time signal, and weighted generation A delayed signal T d4 w d4 is output.

また、この信号(パルス)は、重み付けされた発生遅れ時間信号Td3d3の立ち下がり時刻で発生する。 This signal (pulse) is generated at the falling time of the weighted generation delay time signal T d3 w d3 .

ニューロン4は、4つの重み付けされた発生遅れ信号をディジタルOR回路121に入力し、合成発生遅れ信号Tds(式1のu)を生成する。 The neuron 4 inputs four weighted generation delay signals to the digital OR circuit 121 and generates a combined generation delay signal T ds (u in Equation 1).

また、1番目の入力パルス61(パルス幅Ts1の信号)は、基準時刻信号STDの発生後、第1の時間が経過後入力端子21に入力され、シナプス31の二次元の重み値ベクトルのうちパルス幅Ts1信号に対する重み値と重み付け回路113によって第2の重み付け処理が行われる。これにより、重み付けされたパルス幅信号Ts1s1が入力パルス61(Ts1)の立ち下がり時刻で発生する。 The first input pulse 61 (signal having a pulse width T s1 ) is input to the input terminal 21 after the first time has elapsed after the generation of the reference time signal STD, and the two-dimensional weight value vector of the synapse 31 is input. Of these, the second weighting process is performed by the weighting value for the pulse width T s1 signal and the weighting circuit 113. Thereby, the weighted pulse width signal T s1 w s1 is generated at the falling time of the input pulse 61 (T s1 ).

2番目の入力パルス62(パルス幅Ts2の信号)は、基準時刻信号STDの発生後、第2の時間が経過後入力端子22に入力され、シナプス32の二次元の重み値ベクトルのうちパルス幅Ts2信号に対する重み値と重み付け回路123によって第2の重み付け処理が行われる。これにより、図8の如く重み付けされたパルス幅信号Ts2s2が、パルス幅信号Ts1s1の直後に発生する。 The second input pulse 62 (a signal having a pulse width T s2 ) is input to the input terminal 22 after the second time has elapsed after the generation of the reference time signal STD, and the pulse of the two-dimensional weight value vector of the synapse 32 is output. A second weighting process is performed by the weight value and the weighting circuit 123 for the width T s2 signal. As a result, the weighted pulse width signal T s2 w s2 as shown in FIG. 8 is generated immediately after the pulse width signal T s1 w s1 .

3番目の入力パルス63(パルス幅Ts3の信号)は、基準時刻信号STDの発生後、第3の時間が経過後入力端子23に入力され、シナプス33の二次元の重み値ベクトルのうちパルス幅Ts3信号に対する重み値と重み付け回路124によって第2の重み付け処理が行われる。これにより、図8の如く重み付けされたパルス幅信号Ts3s3が、パルス幅信号Ts2s2の直後に発生する。 The third input pulse 63 (a signal having a pulse width T s3 ) is input to the input terminal 23 after the third time has elapsed after the generation of the reference time signal STD, and the pulse of the two-dimensional weight value vector of the synapse 33 is output. A second weighting process is performed by the weighting value and weighting circuit 124 for the width T s3 signal. As a result, the pulse width signal T s3 w s3 weighted as shown in FIG. 8 is generated immediately after the pulse width signal T s2 w s2 .

4番目の入力パルス64(パルス幅Ts4の信号)は、基準時刻信号STDの発生後、第4の時間が経過後入力端子24に入力され、シナプス34の二次元の重み値ベクトルのうちパルス幅Ts4信号に対する重み値と重み付け回路125によって第2の重み付け処理が行われる。これにより、図8の如く重み付けされたパルス幅信号Ts4s4が、パルス幅信号Ts3s3の直後に発生する。 A fourth input pulse 64 (a signal having a pulse width T s4 ) is input to the input terminal 24 after the fourth time has elapsed after the generation of the reference time signal STD, and the pulse of the two-dimensional weight value vector of the synapse 34 is output. A second weighting process is performed by the weighting value and the weighting circuit 125 for the width T s4 signal. Thereby, the pulse width signals T s4 w s4 weighted as shown in FIG. 8 are generated immediately after the pulse width signals T s3 w s3 .

ニューロン4は、4つの重み付けされたパルス幅信号をディジタルOR回路126に入力し、合成パルス幅信号Tss(式1のv)を生成する。 The neuron 4 inputs four weighted pulse width signals to the digital OR circuit 126, and generates a composite pulse width signal T ss (v in Equation 1).

その後、出力パルスに遅れ時間を与えるために、合成発生遅れ信号Tdsに重み付け回路122により第3の重み付け処理を行う。これにより、重み付けされた合成発生遅れ信号Tod(式2のf)が出力される。 Thereafter, in order to give a delay time to the output pulse, the weighting circuit 122 performs a third weighting process on the combined generation delay signal Tds . As a result, a weighted composite generation delay signal T od (f in Equation 2) is output.

ニューロン4は、所定の遅れ時間(Tod)経過後、出力パルス7を出力端子5より出力する。すなわち、合成発生遅れ信号Todの立ち下がり時刻で、第4の重み付け処理を行う重み付け回路127の動作を開始させる。これにより、重み付けされた合成パルス幅信号Tos(式2のg)が出力される。 The neuron 4 outputs an output pulse 7 from the output terminal 5 after a predetermined delay time (T od ) has elapsed. That is, the operation of the weighting circuit 127 that performs the fourth weighting process is started at the falling time of the composite generation delay signal Tod . As a result, the weighted combined pulse width signal Tos (g in Equation 2) is output.

出力端子5から出力された出力パルス(発生遅れ時間:Tod、パルス幅:Tos)7をステアリングドライビングシステムの制御部58の制御信号とする。すなわちこの出力パルス7により自動車のステアリングの回転操作を、適度に時間遅れを与えて回転させ、スリップ時のドリフトを安全に止めるように制御する。 An output pulse (generation delay time: T od , pulse width: T os ) 7 output from the output terminal 5 is used as a control signal of the control unit 58 of the steering driving system. That is, this output pulse 7 is used to control the rotation of the steering wheel of the automobile with a moderate time delay so as to safely stop drift during slipping.

尚、本実施形態のニューロン素子1の複数を、多段にまた併行して互いに結合させてネットワークを構成することにより、多次元ニューラルネットワークが得られる。すなわち、二次元表現ベクトル情報を処理する本実施形態のニューロン素子1を複数個、階層構造や再帰結合、あるいはこれらの複合で構成することにより、多重情報のベクトル処理を可能にするニューラルネットワークが実現する。   A multidimensional neural network can be obtained by configuring a network by connecting a plurality of neuron elements 1 of the present embodiment in parallel to each other in multiple stages. That is, a neural network capable of vector processing of multiple information is realized by configuring a plurality of neuron elements 1 of this embodiment for processing two-dimensional representation vector information with a hierarchical structure, recursive combination, or a combination thereof. To do.

本発明は、たとえば機械の最適で頑健な制御、音声信号の欠損情報の復元、パターン認識など信号を処理する様々な装置に適用できる。特に生物的な処理が求められる装置に組み込まれることにより、ディジタル信号処理装置でありながら連続変化特性を持つアナログ情報処理を可能にできる。これにより、リアルタイム処理でき、しかも広く情報処理の基本となっているディジタルICやディジタルコンピュータ、またインタフェースシステムとの整合性が高い信号処理が実現する。更にパルス発生時刻とパルス幅の二つの情報を同時処理できるため、多次元ニューロンと、それの多段並列結合で構成されるニューラルネットワークに適用できる。

The present invention can be applied to various devices that process signals, such as optimal and robust control of a machine, restoration of missing information of an audio signal, and pattern recognition. In particular, by being incorporated in a device that requires biological processing, it is possible to perform analog information processing having continuous change characteristics even though it is a digital signal processing device. This realizes signal processing that can be processed in real time and that is highly compatible with digital ICs, digital computers, and interface systems that are widely used for information processing. Furthermore, since two pieces of information of the pulse generation time and the pulse width can be processed simultaneously, it can be applied to a multi-dimensional neuron and a neural network composed of a multistage parallel connection thereof.

本発明のニューロン素子の概念図である。It is a conceptual diagram of the neuron element of this invention. 本発明の重み付け回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the weighting circuit of this invention. 本発明の重み付け回路によるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result by the weighting circuit of this invention. 本発明のニューロン素子の動作を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining operation | movement of the neuron element of this invention. 本発明のニューロン素子の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of the neuron element of this invention. 本発明のニューロン素子を適用した実施例を示す図である。It is a figure which shows the Example which applied the neuron element of this invention. 本発明のニューロン素子の動作を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining operation | movement of the neuron element of this invention. 本発明のニューロン素子の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of the neuron element of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ニューロン素子
2、21、22・・2i、2n 入力端子
3、31、32・・3i、3n シナプス
4 ニューロン
5 出力端子
6、61、62・・6i、6n 入力パルス
7 出力パルス
10 重み付け回路
11 入力端子
12 コンパレータ
13 逆流防止ダイオードスイッチ
14 第1電気抵抗
15 コンデンサ
16 スイッチ
17 第2電気抵抗
18 重み付け外部電源電圧
19 出力端子
50 ステアリングドライビングシステム
51 自動車
52 ホイール回転速度検出用円盤
53 発光ランプ
54 スリット
55、57 フォトセンサ
56 エンジン回転速度検出用円盤
58 制御部
71 右後輪
72 左後輪
73 右前輪
74 左前輪
108 信号反転回路
111 AND回路
112、117、119、120、121、122 重み付け回路
113、123、124、125、126、127 重み付け回路
STD 基準時刻発生信号
d1、Td2・・Tdi 発生遅れ時間(信号)
s1、Ts2・・Tsi パルス幅(信号)
d1・・wdi、ws1・・wsi、wod、wos 重み値
d1d1・・Tdidi 重み付けされた発生遅れ時間(信号)
s1s1・・Tsisi 重み付けされたパルス幅(信号)
ds 合成発生遅れ時間(信号)
ss 合成パルス幅(信号)
od 出力パルス発生遅れ時間(信号)
os 出力パルス幅(信号)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Neuron element 2, 21, 22, ... 2i, 2n Input terminal 3, 31, 32 ... 3i, 3n Synapse 4 Neuron 5 Output terminal 6, 61, 62 ... 6i, 6n Input pulse 7 Output pulse 10 Weighting circuit 11 Input terminal 12 Comparator 13 Backflow prevention diode switch 14 1st electric resistance 15 Capacitor 16 Switch 17 2nd electric resistance 18 Weighted external power supply voltage 19 Output terminal 50 Steering driving system 51 Car 52 Wheel disc for detecting wheel rotation speed 53 Light emitting lamp 54 Slit 55 57 Photo sensor 56 Engine rotation speed detection disk 58 Control unit 71 Right rear wheel 72 Left rear wheel 73 Right front wheel 74 Left front wheel 108 Signal inversion circuit 111 AND circuit 112, 117, 119, 120, 121, 122 Weighting circuit 113, 123, 124, 125, 126, 127 Weighting circuit STD Reference time generation signal T d1 , T d2 ... T di generation delay time (signal)
T s1 , T s2 ·· T si pulse width (signal)
w d1 ·· w di , w s1 · · w si , w od , w os weight value T d1 w d1 · · T di w di Weighted occurrence delay time (signal)
T s1 w s1 ·· T si w si Weighted pulse width (signal)
T ds synthesis generation delay time (signal)
T ss composite pulse width (signal)
Tod output pulse generation delay time (signal)
Tos output pulse width (signal)

Claims (12)

第1情報と第2情報が1つの入力信号として入力される入力端子と、
前記入力端子に対応して設けられ、前記第1および第2情報にそれぞれ重み値を与えて多次元重み付け情報を生成するシナプスと、
前記多次元重み付け情報と、他の多次元重み付け情報を合成した多次元合成情報を生成するニューロンと、
前記多次元合成情報に対応した出力信号を出力する出力端子とを備えることを特徴とするニューロン素子。
An input terminal through which the first information and the second information are input as one input signal;
A synapse that is provided corresponding to the input terminal and generates multidimensional weighting information by giving weight values to the first and second information respectively;
A neuron that generates multidimensional synthesis information obtained by synthesizing the multidimensional weighting information and other multidimensional weighting information;
An neuron element comprising: an output terminal that outputs an output signal corresponding to the multidimensional composite information.
前記出力信号は、前記多次元合成情報にそれぞれ重み値を与えた重み付き線形関数であることを特徴とする請求項1に記載のニューロン素子。   The neuron element according to claim 1, wherein the output signal is a weighted linear function in which a weight value is given to each of the multidimensional synthesis information. 前記第1情報および前記第2情報は共にアナログ情報であることを特徴とする請求項1に記載のニューロン素子。   2. The neuron element according to claim 1, wherein both the first information and the second information are analog information. 第1情報と第2情報が1つの入力パルスにより入力される入力端子と、
前記入力端子に対応して設けられ、前記第1情報および前記第2情報に二次元の重み値ベクトルによりそれぞれ重み値を与えて二次元重み付け情報を生成するシナプスと、
前記二次元重み付け情報と、他の二次元重み付け情報を合成し、合成第1情報および合成第2情報よりなる二次元合成情報を生成するニューロンと、
前記二次元合成情報に対応した出力パルスを出力する出力端子とを備えることを特徴とするニューロン素子。
An input terminal through which the first information and the second information are input by one input pulse;
A synapse provided corresponding to the input terminal, and generating two-dimensional weighting information by giving a weight value to each of the first information and the second information by a two-dimensional weight value vector;
A neuron that synthesizes the two-dimensional weighting information and other two-dimensional weighting information, and generates two-dimensional composite information composed of composite first information and composite second information;
An neuron element comprising: an output terminal that outputs an output pulse corresponding to the two-dimensional synthesis information.
前記第1情報および前記第2情報は共にアナログ情報であることを特徴とする請求項1に記載のニューロン素子。   2. The neuron element according to claim 1, wherein both the first information and the second information are analog information. 前記第1情報は、前記入力パルスのパルス幅であり、前記第2情報は前記入力パルスの発生遅れ時間であることを特徴とする請求項5に記載のニューロン素子。   6. The neuron element according to claim 5, wherein the first information is a pulse width of the input pulse, and the second information is a generation delay time of the input pulse. 前記シナプスは重み付け回路により、前記第1情報および前記第2情報のそれぞれに重み値を与えることを特徴とする請求項4に記載のニューロン素子。   5. The neuron element according to claim 4, wherein the synapse gives a weight value to each of the first information and the second information by a weighting circuit. 前記二次元合成情報は、合成パルス幅および合成発生遅れ時間であることを特徴とする請求項4に記載のニューロン素子。   5. The neuron element according to claim 4, wherein the two-dimensional synthesis information is a synthesis pulse width and a synthesis generation delay time. 前記出力パルスは、前記合成パルス幅および合成発生遅れ時間にそれぞれ重み値を与えたパルス幅および発生時刻を有することを特徴とする請求項8に記載のニューロン素子。   9. The neuron element according to claim 8, wherein the output pulse has a pulse width and a generation time obtained by assigning weight values to the composite pulse width and a composite generation delay time, respectively. 入力端子と、シナプスと、ニューロンと、出力端子を有するニューロン素子を用いた情報処理方法であって、
前記入力端子に、第1情報と第2情報を有する1つの入力パルスを入力するステップと、
前記シナプスにより、前記第1情報および前記第2情報に二次元の重み値ベクトルに基づく重み値をそれぞれ与える第1の重み付け処理および第2の重み付け処理を行い、二次元重み付け情報を生成するステップと、
前記ニューロンにより前記二次元重み付け情報と、他の二次元重み付け情報を合成し、合成第1情報および合成第2情報よりなる二次元合成情報を生成するステップと、
前記出力端子より前記二次元合成情報に対応した出力パルスを出力するステップと、を具備することを特徴とするニューロン素子を用いた情報処理方法。
An information processing method using a neuron element having an input terminal, a synapse, a neuron, and an output terminal,
Inputting one input pulse having first information and second information to the input terminal;
Performing a first weighting process and a second weighting process to give weight values based on a two-dimensional weight value vector to the first information and the second information by the synapse, respectively, and generating two-dimensional weighting information; ,
Combining the two-dimensional weighting information and other two-dimensional weighting information by the neuron to generate two-dimensional composite information composed of composite first information and composite second information;
Outputting an output pulse corresponding to the two-dimensional synthesis information from the output terminal, and an information processing method using a neuron element.
前記第1情報は、前記入力パルスのパルス幅であり、前記第2情報は前記入力パルスの発生遅れ時間であることを特徴とする請求項10に記載のニューロン素子を用いた情報処理方法。   The information processing method using a neuron element according to claim 10, wherein the first information is a pulse width of the input pulse, and the second information is a generation delay time of the input pulse. 前記二次元合成情報にそれぞれ重み値を与える第3の重み付け処理および第4の重み付け処理を行い、出力パルスを出力することを特徴とする請求項10に記載のニューロン素子を用いた情報処理方法。   The information processing method using neuron elements according to claim 10, wherein a third weighting process and a fourth weighting process for giving weight values to the two-dimensional composite information are performed, and output pulses are output.
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