CN209962283U - 数模混合神经突触电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种数模混合神经突触电路，包括微处理器装置、模拟电路模块以及可重构电阻阵列，所述模拟电路模块的输入端为所述突触电路的信号输入端，所述模拟电路模块的输出端与所述可重构电阻阵列的R+端连接，所述模拟电路模块用于向可重构电阻阵列输出正向电流或向可重构电阻阵列输出负向电流；所述可重构电阻阵列的R‑端与所述突触电路的输出端连接，所述可重构电阻阵列的控制端与所述微控制器装置的控制输出端连接，所述可重构电阻阵列用于起到限流的作用，表征了生物神经元之间的连接强度。所述突触电路不仅可以通过微控制实现突触权重电阻的精确在线调节，而且可以实现软件定义的可塑规则。
Description
技术领域
本实用新型涉及模仿生物神经元网络实现人工智能的神经形态工程技术领域，尤其涉及一种数模混合神经突触电路。
背景技术
生物体脑智能的实现主要基于大量的神经元和神经突触组成的复杂网络。神经突触是连接神经元并传递神经信号的桥梁，突触可塑性是指突触传递神经信号的效率可变化的性质，是生物体学习和记忆的基础。大量研究表明，神经元的突触可塑性包括功能可塑性和结构可塑性。随着类脑智能的发展，人们使用大规模集成电路系统（神经形态工程系统）来模拟生物脑结构及信息处理功能，期望一方面通过模拟大脑的高度并行性、低功耗、高鲁棒性以及在线学习等特性，实现更强的人工智能；另一方面利用实现的神经形态系统通过逆向工程来探索生物大脑的工作机制，解开生物智能的奥秘。因此，用电路模拟神经突触的特性及功能，是构建神经形态系统的关键环节。然而，现有的突触电路不能很好的反映生物神经突触的可塑特性。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种不仅可以实现突触权重的精确在线调节，而且可以实现软件定义多种可塑性规则的数模混合神经突触电路。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种数模混合神经突触电路，其特征在于：包括微控制器装置、模拟电路模块以及可重构电阻阵列，所述模拟电路模块的输入端为所述突触电路的信号输入端，所述模拟电路模块的输出端与所述可重构电阻阵列的R+端连接，所述模拟电路模块用于向可重构电阻阵列输出正向电流或向可重构电阻阵列输出负向电流；所述可重构电阻阵列的R-端与所述突触电路的输出端连接，所述可重构电阻阵列的控制端与所述微控制器装置的控制输出端连接，所述可重构电阻阵列用于起到限流的作用，表征了生物神经元之间的连接强度；微控制器装置用来运行不同的突触可塑性规则，然后根据突触可塑性规则，改变可重构电阻阵列的阻值大小，从而实现调节突触电路权重。
进一步的技术方案在于：所述微控制器装置包括微控制器模块以及移位寄存器模块，所述微控制器装置通过电源模块为其提供工作电源，所述微控制器模块的控制信号输出端与所述移位寄存器模块的输入端连接，所述微控制器模块通过移位寄存器来控制可重构电阻阵列中继电器的开断，实现对所述可重构电阻阵列阻值的调整，进而实现调节突触电路权重的目的。
优选的，所述微控制器模块包括ARM或单片机，所述微控制器模块可同时监测所述数模混合神经突触电路的输入端和输出端，根据微控制器中所定义的突触可塑规则，完成对可重构电阻阵列阻值的调制，模拟生物的突触可塑性。
进一步的技术方案在于：所述微控制器装置还包括显示模块，所述显示模块与所述微控制器模块的输出端连接，用于显示当前数模混合突触电路中可重构电阻阵列的阻值。
进一步的技术方案在于：所述模拟电路模块为兴奋性突触模拟电路模块或抑制性突触模拟电路模块。
进一步的技术方案在于：所述兴奋性突触模拟电路模块包括二极管D1、电阻R1-R4、电容C1、二极管Q1-Q2以及电压源V1，所述兴奋性突触模拟电路模块的输入端与所述二极管D1的正极连接，所述二极管D1的负极连接与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端分为三路，第一路经电容C1接地，第二路经电阻R2接地，第三路与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极经电阻R3接地，三极管Q1的集电极与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极经电阻R4与电压源V1的正极连接，所述电压源V1的负极接地，三极管Q2的集电极与所述兴奋性突触模拟电路模块的输出端连接；
兴奋性突触模拟电路输入端接收神经元输出动作脉冲信号，通过二极管D1经电阻R1限流对电容C1充电，同时电阻R2缓慢泄放电流，控制电容C1的充电速度，当电容C1两端电压大于三极管Q1的开启电压时，三极管Q1和三极管Q2导通，兴奋性突触模拟电路输出端输出正向电流。
进一步的技术方案在于：所述抑制性突触模拟电路模块包括电阻R5-R6、电容C2、二极管D2、三极管Q3以及电压源V2，所述抑制性突触模拟电路模块的输入端与二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端分为三路，第一路经电容C2接地，第二路经电阻R6接地，第三路与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极与电压源V2的负极连接，电压源V2的正极接地，三极管Q3的集电极与所述抑制性突触模拟电路模块的输出端连接；
所述抑制性突触模拟电路模块的输入端接收神经元输出动作脉冲信号，通过二极管D2经电阻R5限流对电容C2充电，同时电阻R6缓慢泄放电流，控制电容C2的充电速度，当电容C2两端电压大于三极管Q3的开启电压时，三极管Q3导通，电流由输出端流入三极管Q1的集电极，即抑制性突触模拟电路模块的输出端输出负向电流。
进一步的技术方案在于：所述可重构电阻阵列包括28个继电器和28个电阻，所述可重构电阻阵列的R+端分为两路，第一路经1欧姆电阻与继电器K11中单刀双掷开关的公共接线端连接，第二路与所述继电器K11中单刀双掷开关的一个分接线端连接；继电器K11中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经10欧姆电阻与继电器K21中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K11中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K21中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K21中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经100欧姆电阻与继电器K31中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K21中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K31中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K31中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经1K欧姆电阻与继电器K41中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K31中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K41中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K41中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经10K欧姆电阻与继电器K51中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K41中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K51中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K51中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经100K欧姆电阻与继电器K61中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K51中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K61中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K61中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经1M欧姆电阻与继电器K71中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K61中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K71中单刀双掷开关的公共接线端连接；
继电器K71中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经2M欧姆电阻与继电器K72中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K71中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K72中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K72中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经200K欧姆电阻与继电器K62中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K72中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K62中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K62中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经20K欧姆电阻与继电器K52中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K62中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K52中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K52中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经2K欧姆电阻与继电器K42中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K52中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K42中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K42中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经200欧姆电阻与继电器K32中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K42中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K32中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K32中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经20欧姆电阻与继电器K22中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K32中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K22中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K22中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经2欧姆电阻与继电器K12中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K22中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K12中单刀双掷开关的公共接线端连接；
继电器K12中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经3欧姆电阻与继电器K13中单刀双掷开关的一个公共接线端连接，继电器K12中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K12中单刀双掷开关的一个分接线端连接；继电器K13中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经30欧姆电阻与继电器K23中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K13中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K23中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K23中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经300欧姆电阻与继电器K33中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K23中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K33中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K33中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经3K欧姆电阻与继电器K43中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K33中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K43中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K43中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经30K欧姆电阻与继电器K53中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K43中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K53中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K53中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经300K欧姆电阻与继电器K63中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K53中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K63中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K63中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经3M欧姆电阻与继电器K73中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K63中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K73中单刀双掷开关的公共接线端连接；
继电器K73中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经4M欧姆电阻与继电器K74中单刀双掷开关的公共接线端连接，继电器K73中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K74中单刀双掷开关的一个分接线端连接；继电器K64中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经4M欧姆电阻与继电器K74中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K64中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K74中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K54中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经400K欧姆电阻与继电器K64中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K54中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K64中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K44中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经40K欧姆电阻与继电器K54中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K44中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K54中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K34中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经4K欧姆电阻与继电器K44中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K34中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K44中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K24中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经400欧姆电阻与继电器K34中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K24中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K34中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K14中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经40欧姆电阻与继电器K24中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K14中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K24中单刀双掷开关的公共接线端连接；所述可重构电阻阵列的R-端分为两路，第一路经4欧姆电阻与继电器K14中单刀双掷开关的分接线端连接，第二路与继电器K14中单刀双掷开关的公共接线端连接。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述电路为实现神经形态系统提供基础单元，能够模拟不同可塑性机制的兴奋性突触和抑制性突触的电学特性，通过微控制模块控制可重构电阻阵列中的继电器，可以实现突触电路突触权重的精确在线调节。本实用新型由模拟电路模块及数字电路部分组成，一方面模拟电路部分能保证神经信号处理的实时性，另一方面，数字电路部分可实现软件定义的不同可塑性规则，例如Hebb学习规则、长时程可塑性规则（LTP/LTD）、脉冲时间依赖突触可塑性（STDP）等等，所述微控制器模块可同时监测所述数模混合神经突触电路的输入端和输出端，根据微控制器中软件定义的突触可塑规则，改变可重构电阻阵列输出阻值的大小，模拟多种生物学习机制。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型实施例所述突触电路的原理图；
图2是本实用新型实施例所述突触电路中兴奋性突触模拟电路模块的原理图；
图3是本实用新型实施例所述突触电路中抑制性突触模拟电路模块的原理图；
图4是本实用新型实施例所述突触电路中可重构电阻阵列的原理图；
图5是本实用新型实施例所述突触电路中兴奋性突触电路产生的兴奋性突触后电位图；
图6是本实用新型实施例所述突触电路中抑制性突触电路产生的抑制性突触后电位图。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本实用新型实施例公开了一种数模混合神经突触电路，包括微控制器装置、模拟电路模块以及可重构电阻阵列，所述模拟电路模块的输入端为所述突触电路的信号输入端，所述模拟电路模块的输出端与所述可重构电阻阵列的R+端连接，所述模拟电路模块用于向可重构电阻阵列输出正向电流或向可重构电阻阵列输出负向电流；所述可重构电阻阵列的R-端与所述突触电路的输出端连接，所述可重构电阻阵列的控制端与所述微控制器装置的控制输出端连接，所述可重构电阻阵列用于起到限流的作用，表征了生物神经元之间的连接强度；微控制器装置用来运行不同的突触可塑性规则，然后根据突触可塑性规则，控制可重构电阻阵列的阻值大小，从而实现调节突触电路权重。
所述可重构电阻阵列的控制端是指可重构电阻阵列中继电器的控制端，微控制器通过控制继电器的开关和闭合，来实现可重构电阻阵列阻值的调节。
进一步的，如图1所示，所述微控制器装置包括微控制器模块以及移位寄存器模块，优选的，所述微控制器模块包括ARM或单片机，所述微控制器模块可同时监测所述数模混合神经突触电路的输入端和输出端，根据微控制器中所定义的突触可塑规则，完成对可重构电阻阵列阻值的调制，模拟生物的突触可塑性。所述微控制器装置通过外部电源模块为其提供工作电源，所述微控制器模块的控制信号输出端与所述移位寄存器模块的输入端连接，所述微控制器模块通过移位寄存器来控制可重构电阻阵列中继电器的开断，实现对所述可重构电阻阵列阻值的调整，进而实现调节突触电路权重的目的。进一步的，如图1所示，所述微控制器装置还包括显示模块，所述显示模块与所述微控制器模块的输出端连接，用于显示当前数模混合突触电路中可重构电阻阵列的阻值。
进一步的，所述模拟电路模块为兴奋性突触模拟电路模块或抑制性突触模拟电路模块。如如2所示，所述兴奋性突触模拟电路模块包括二极管D1、电阻R1-R4、电容C1、二极管Q1-Q2以及电压源V1，所述兴奋性突触模拟电路模块的输入端与所述二极管D1的正极连接，所述二极管D1的负极连接与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端分为三路，第一路经电容C1接地，第二路经电阻R2接地，第三路与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极经电阻R3接地，三极管Q1的集电极与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极经电阻R4与电压源V1的正极连接，所述电压源V1的负极接地，三极管Q2的集电极与所述兴奋性突触模拟电路模块的输出端连接；
兴奋性突触模拟电路输入端接收神经元输出动作脉冲信号，通过二极管D1经电阻R1限流对电容C1充电，同时电阻R2缓慢泄放电流，控制电容C1的充电速度，当电容C1两端电压大于三极管Q1的开启电压时，三极管Q1和三极管Q2导通，兴奋性突触模拟电路输出端输出正向电流。
如图3所示，所述抑制性突触模拟电路模块包括电阻R5-R6、电容C2、二极管D2、三极管Q3以及电压源V2，所述抑制性突触模拟电路模块的输入端与二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端分为三路，第一路经电容C2接地，第二路经电阻R6接地，第三路与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极与电压源V2的负极连接，电压源V2的正极接地，三极管Q3的集电极与所述抑制性突触模拟电路模块的输出端连接；
所述抑制性突触模拟电路模块的输入端接收神经元输出动作脉冲信号，通过二极管D2经电阻R5限流对电容C2充电，同时电阻R6缓慢泄放电流，控制电容C2的充电速度，当电容C2两端电压大于三极管Q3的开启电压时，三极管Q3导通，电流由输出端流入三极管Q1的集电极，即抑制性突触模拟电路模块的输出端输出负向电流。
如图4所示，可重构电阻阵列的R+端连接模拟电路模块的输出端，可重构电阻阵列的R-端与微控制器模块相连，作为图1中一种数模混合的神经突触电路的输出端。可重构电阻阵列是由28个继电器（Kij）和28个电阻组成的电阻阵列，通过微控制器模块经移位寄存器控制继电器的开断，来实现可重构电阻阵列阻值的调节。可重构电阻阵列的阻值调节范围为0Ω~11111110Ω，阻值的分辨率为1Ω。若将可重构电阻阵列中电阻的阻值相应减小一个数量级，则可重构电阻阵列的阻值分辨率则变为0.1Ω。
具体的，如图4所示，所述可重构电阻阵列包括28个继电器和28个电阻，所述可重构电阻阵列的R+端分为两路，第一路经1欧姆电阻与继电器K11中单刀双掷开关的公共接线端连接，第二路与所述继电器K11中单刀双掷开关的一个分接线端连接；继电器K11中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经10欧姆电阻与继电器K21中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K11中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K21中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K21中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经100欧姆电阻与继电器K31中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K21中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K31中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K31中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经1K欧姆电阻与继电器K41中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K31中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K41中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K41中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经10K欧姆电阻与继电器K51中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K41中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K51中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K51中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经100K欧姆电阻与继电器K61中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K51中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K61中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K61中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经1M欧姆电阻与继电器K71中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K61中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K71中单刀双掷开关的公共接线端连接；
继电器K71中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经2M欧姆电阻与继电器K72中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K71中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K72中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K72中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经200K欧姆电阻与继电器K62中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K72中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K62中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K62中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经20K欧姆电阻与继电器K52中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K62中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K52中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K52中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经2K欧姆电阻与继电器K42中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K52中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K42中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K42中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经200欧姆电阻与继电器K32中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K42中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K32中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K32中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经20欧姆电阻与继电器K22中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K32中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K22中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K22中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经2欧姆电阻与继电器K12中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K22中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K12中单刀双掷开关的公共接线端连接；
继电器K12中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经3欧姆电阻与继电器K13中单刀双掷开关的一个公共接线端连接，继电器K12中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K12中单刀双掷开关的一个分接线端连接；继电器K13中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经30欧姆电阻与继电器K23中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K13中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K23中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K23中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经300欧姆电阻与继电器K33中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K23中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K33中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K33中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经3K欧姆电阻与继电器K43中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K33中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K43中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K43中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经30K欧姆电阻与继电器K53中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K43中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K53中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K53中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经300K欧姆电阻与继电器K63中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K53中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K63中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K63中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经3M欧姆电阻与继电器K73中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K63中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K73中单刀双掷开关的公共接线端连接；
继电器K73中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经4M欧姆电阻与继电器K74中单刀双掷开关的公共接线端连接，继电器K73中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K74中单刀双掷开关的一个分接线端连接；继电器K64中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经4M欧姆电阻与继电器K74中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K64中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K74中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K54中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经400K欧姆电阻与继电器K64中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K54中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K64中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K44中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经40K欧姆电阻与继电器K54中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K44中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K54中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K34中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经4K欧姆电阻与继电器K44中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K34中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K44中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K24中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经400欧姆电阻与继电器K34中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K24中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K34中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K14中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经40欧姆电阻与继电器K24中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K14中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K24中单刀双掷开关的公共接线端连接；所述可重构电阻阵列的R-端分为两路，第一路经4欧姆电阻与继电器K14中单刀双掷开关的分接线端连接，第二路与继电器K14中单刀双掷开关的公共接线端连接。
可重构电阻阵列在数模混合突触电路中相当于突触权重，起到限流的作用，表征了生物神经元之间的连接强度。若连接的是兴奋性突触模拟电路模块，则图1为数模混合的兴奋性突触电路，其输出的电流有利于突触电路后神经元电路发放动作电位，从而产生兴奋性突触后电位，如图5所示。若连接的是抑制性突触模拟电路模块，则图1为数模混合的抑制性突触电路，其输出的电流抑制突触电路后神经元电路产生动作电位，从而产生抑制性突触后电位，如图6所示。
大脑神经元间的信息传递依赖于名为“突触”的结构，其突出特点是突触可塑性。突触可塑性在本实用新型所述的数模混合突触电路中体现在可重构电阻阵列阻值按照微控制器中定义的突触可塑规则变化的特性。所述规则可以是短时程可塑性规则、长时程可塑性规则、脉冲时间依赖突触可塑性（STDP）学习规则等。
Claims (8)
1.一种数模混合神经突触电路，其特征在于：包括微控制器装置、模拟电路模块以及可重构电阻阵列，所述模拟电路模块的输入端为所述突触电路的信号输入端，所述模拟电路模块的输出端与所述可重构电阻阵列的R+端连接，所述模拟电路模块用于向可重构电阻阵列输出正向电流或向可重构电阻阵列输出负向电流；所述可重构电阻阵列的R-端与所述突触电路的输出端连接，所述可重构电阻阵列的控制端与所述微控制器装置的控制输出端连接，所述可重构电阻阵列用于起到限流的作用，表征了生物神经元之间的连接强度；微控制器装置用来运行不同的突触可塑性规则，然后根据突触可塑性规则，改变可重构电阻阵列的阻值大小，从而实现调节突触电路权重。
2.如权利要求1所述的数模混合神经突触电路，其特征在于：所述微控制器装置包括微控制器模块以及移位寄存器模块，所述微控制器装置通过外部电源模块为其提供工作电源，所述微控制器模块的控制信号输出端与所述移位寄存器模块的输入端连接，所述微控制器模块通过移位寄存器来控制可重构电阻阵列中继电器的开断，实现对所述可重构电阻阵列阻值的调整，进而实现调节突触电路权重的目的。
3.如权利要求2所述的数模混合神经突触电路，其特征在于：所述微控制器模块包括ARM或单片机，所述微控制器模块可同时监测所述数模混合神经突触电路的输入端和输出端的电压，根据微控制器中所定义的突触可塑规则，完成对可重构电阻阵列阻值的调整，模拟生物的突触可塑性。
4.如权利要求2所述的数模混合神经突触电路，其特征在于：所述微控制器装置还包括显示模块，所述显示模块与所述微控制器模块的输出端连接，用于显示当前数模混合突触电路中可重构电阻阵列的阻值以及所述数模混合神经突触电路的输入端和输出端的电压。
5.如权利要求1所述的数模混合神经突触电路，其特征在于：所述模拟电路模块为兴奋性突触模拟电路模块或抑制性突触模拟电路模块。
6.如权利要求5所述的数模混合神经突触电路，其特征在于：所述兴奋性突触模拟电路模块包括二极管D1、电阻R1-R4、电容C1、二极管Q1-Q2以及电压源V1，所述兴奋性突触模拟电路模块的输入端与所述二极管D1的正极连接，所述二极管D1的负极连接与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端分为三路，第一路经电容C1接地，第二路经电阻R2接地，第三路与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极经电阻R3接地，三极管Q1的集电极与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极经电阻R4与电压源V1的正极连接，所述电压源V1的负极接地，三极管Q2的集电极与所述兴奋性突触模拟电路模块的输出端连接；
兴奋性突触模拟电路输入端接收神经元输出动作脉冲信号，通过二极管D1经电阻R1限流对电容C1充电，同时电阻R2缓慢泄放电流，控制电容C1的充电速度，当电容C1两端电压大于三极管Q1的开启电压时，三极管Q1和三极管Q2导通，兴奋性突触模拟电路输出端输出正向电流。
7.如权利要求5所述的数模混合神经突触电路，其特征在于：所述抑制性突触模拟电路模块包括电阻R5-R6、电容C2、二极管D2、三极管Q3以及电压源V2，所述抑制性突触模拟电路模块的输入端与二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端分为三路，第一路经电容C2接地，第二路经电阻R6接地，第三路与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极与电压源V2的负极连接，电压源V2的正极接地，三极管Q3的集电极与所述抑制性突触模拟电路模块的输出端连接；
所述抑制性突触模拟电路模块的输入端接收神经元输出动作脉冲信号，通过二极管D2经电阻R5限流对电容C2充电，同时电阻R6缓慢泄放电流，控制电容C2的充电速度，当电容C2两端电压大于三极管Q3的开启电压时，三极管Q3导通，电流由输出端流入三极管Q1的集电极，即抑制性突触模拟电路模块的输出端输出负向电流。
8.如权利要求1所述的数模混合神经突触电路，其特征在于：所述可重构电阻阵列包括28个继电器和28个电阻，所述可重构电阻阵列的R+端分为两路，第一路经1欧姆电阻与继电器K11中单刀双掷开关的公共接线端连接，第二路与所述继电器K11中单刀双掷开关的一个分接线端连接；继电器K11中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经10欧姆电阻与继电器K21中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K11中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K21中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K21中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经100欧姆电阻与继电器K31中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K21中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K31中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K31中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经1K欧姆电阻与继电器K41中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K31中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K41中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K41中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经10K欧姆电阻与继电器K51中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K41中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K51中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K51中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经100K欧姆电阻与继电器K61中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K51中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K61中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K61中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经1M欧姆电阻与继电器K71中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K61中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K71中单刀双掷开关的公共接线端连接；
继电器K71中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经2M欧姆电阻与继电器K72中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K71中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K72中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K72中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经200K欧姆电阻与继电器K62中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K72中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K62中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K62中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经20K欧姆电阻与继电器K52中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K62中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K52中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K52中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经2K欧姆电阻与继电器K42中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K52中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K42中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K42中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经200欧姆电阻与继电器K32中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K42中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K32中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K32中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经20欧姆电阻与继电器K22中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K32中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K22中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K22中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经2欧姆电阻与继电器K12中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K22中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K12中单刀双掷开关的公共接线端连接；
继电器K12中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经3欧姆电阻与继电器K13中单刀双掷开关的一个公共接线端连接，继电器K12中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K12中单刀双掷开关的一个分接线端连接；继电器K13中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经30欧姆电阻与继电器K23中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K13中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K23中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K23中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经300欧姆电阻与继电器K33中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K23中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K33中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K33中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经3K欧姆电阻与继电器K43中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K33中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K43中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K43中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经30K欧姆电阻与继电器K53中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K43中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K53中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K53中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经300K欧姆电阻与继电器K63中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K53中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K63中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K63中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经3M欧姆电阻与继电器K73中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K63中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K73中单刀双掷开关的公共接线端连接；
继电器K73中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经4M欧姆电阻与继电器K74中单刀双掷开关的公共接线端连接，继电器K73中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K74中单刀双掷开关的一个分接线端连接；继电器K64中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经4M欧姆电阻与继电器K74中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K64中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K74中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K54中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经400K欧姆电阻与继电器K64中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K54中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K64中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K44中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经40K欧姆电阻与继电器K54中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K44中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K54中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K34中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经4K欧姆电阻与继电器K44中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K34中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K44中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K24中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经400欧姆电阻与继电器K34中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K24中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K34中单刀双掷开关的公共接线端连接；继电器K14中单刀双掷开关的公共接线端的第一路经40欧姆电阻与继电器K24中单刀双掷开关的一个分接线端连接，继电器K14中单刀双掷开关的公共接线端的第二路与继电器K24中单刀双掷开关的公共接线端连接；所述可重构电阻阵列的R-端分为两路，第一路经4欧姆电阻与继电器K14中单刀双掷开关的分接线端连接，第二路与继电器K14中单刀双掷开关的公共接线端连接。
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| GR01 | Patent grant | ||
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