JP3877862B2 - Axon circuit with continuous pulse delay function - Google Patents

Axon circuit with continuous pulse delay function Download PDF

Info

Publication number
JP3877862B2
JP3877862B2 JP06851798A JP6851798A JP3877862B2 JP 3877862 B2 JP3877862 B2 JP 3877862B2 JP 06851798 A JP06851798 A JP 06851798A JP 6851798 A JP6851798 A JP 6851798A JP 3877862 B2 JP3877862 B2 JP 3877862B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
pulse
delay
current
axon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP06851798A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11265418A (en
Inventor
喜彦 堀尾
賢一 渡来
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
National Institute of Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Agency
National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Agency, National Institute of Japan Science and Technology Agency filed Critical Japan Science and Technology Agency
Priority to JP06851798A priority Critical patent/JP3877862B2/en
Publication of JPH11265418A publication Critical patent/JPH11265418A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3877862B2 publication Critical patent/JP3877862B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非同期パルスニューラルネットワークシステムにおける軸索上を伝搬するパルスの遅延機能を有する軸索回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、脳の神経回路中におけるパルスタイミングを用いた情報処理が注目されている。このような時空間情報処理を実現し、VLSI(Very LargeScale Integrated circuit)化に適した非同期パルスニューラルネットワークモデルが提案されている。例えば、
(1)M.Hanagata and Y.Horio:“A Modified Asynchronous Pulse Neural Network Model for VLSI Implementation,”in Proc.1997 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications(NOLTA‘97),pp.849−852
(2)K.Yasuda,M.Hanagata,R.Kasahara and Y.Horio:“Analog Circuit Implementation of Asynchronous Pulse Neural Network Model,”in Proc.1997 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications(NOLTA‘97),pp.853−856。
【0003】
また、不応性ニューロン回路(Refractory Neuron Circuit)として、(3)R.Sarpeshkar,L.Watts,andC.Mead,“Refractory Neuron Circuits,”CNS Technical Report,CNS−TR−92−08,California Institute of Technology,Pasadena,1992に開示されている。
【0004】
このような非同期パルスニューラルネットワークモデルでは、連続時間の遅延を扱うために、アナログ的な遅延を有する軸索回路が必要である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の方法では、連続時間の遅延を扱うために、アナログ的な遅延を有する軸索回路が必要であり、技術的に満足のいくものが見受けられないのが状況である。
本発明は、上記状況に鑑みて、遅延時間がアナログ電圧により調節でき、パルスタイミングを遅延させる遅延回路を有する連続パルス遅延機能を有する軸索回路を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕非同期パルスニューラルネットワークシステムにおける軸索上を伝搬するパルスの遅延機能を有する軸索回路において、入力電圧を電流に変換して出力し、この出力電流をリセット電圧により制御するスイッチトカレント回路と、このスイッチトカレント回路の出力部に接続され、前記出力電流により充電されるキャパシタを有する不応性ニューロン回路とを有する遅延回路と、前記出力電流が前記キャパシタに流れ込み、このキャパシタの両端の電圧は前記不応性ニューロン回路により遅延し上昇するとともに、このキャパシタの両端の電圧を前記スイッチトカレント回路のリセット入力となし、前記キャパシタの電流は遮断され、遅延パルスを生成させ、このパルスの遅延時間は前記キャパシタの充電時間に相当するため、前記リセット入力により、前記キャパシタに流れ込む電流をアナログ的に制御するようにしたものである。
【0007】
〔2〕上記〔1〕記載の連続パルス遅延機能を有する軸索回路において、前記遅延回路により前ニューロンからのパルス列中の各パルスを遅延させ、この遅延したパルスを波形整形させた後、後ニューロンに伝達させるようにしたものである。
〔3〕上記〔2〕記載の連続パルス遅延機能を有する軸索回路において、パルスのタイミングを単一遅延回路の最大遅延時間をニューロンモデルの絶対不応期と同一に設定することにより保存するようにしたものである。
【0008】
〔4〕上記〔2〕記載の連続パルス遅延機能を有する軸索回路において、前記遅延回路を多段接続することにより、長い遅延を得るようにしたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本発明の実施例を示す理想的な軸索伝搬の説明図であり、図1(a)は前ニューロン出力波形を示し、図1(b)は後ニューロン入力波形を示している。
【0010】
軸索上を伝搬するパルスは、図1(a)に示すように、前ニューロンから出力されたパルスを、図1(b)に示すように、ある遅延時間Dを経て、後ニューロンに伝達されるように構成しなければならない。
非同期パルスニューラルネットワークモデルは、パルスタイミングをアナログ情報として重視しているため、連続時間の遅延を扱う必要がある。そこで、遅延時間がアナログ電圧により調節でき、パルスタイミングを遅延させる遅延回路が必要であり、これを用いて軸索回路を提供する。
【0011】
遅延回路は、スイッチトカレント回路を応用した不応性ニューロン回路により構成した。まず、スイッチトカレント回路、不応性ニューロン回路について順次説明する。
図2は本発明の実施例を示すスイッチトカレント回路図、図3はそのスイッチトカレント回路の動作波形図である。
【0012】
図2において、M1,M2,M3はカレントミラー回路を構成するMOSトランジスタ(MOSスイッチ)であり、MOSトランジスタM1のソースはアースされ、そのゲートにはバイアス電圧Vbiasが印加される。そして、そのカレントミラー回路には、MOSトランジスタM4、M6が付加される。また、M5はクロックフィードスルーを避けるためのダミートランジスタ(ダミースイッチ)である。更に、MOSトランジスタM4のゲートにはインバータIN1を介して入力電圧Vinが、MOSトランジスタM6にはインバータIN2を介してリセット電圧Vreset が印加される。そして、MOSトランジスタM3のドレインから出力電流Iout を得るようにしている。
【0013】
以下、このスイッチトカレント回路の動作を図2及び図3を参照しながら説明する。
まず、図3(a)に示すように、入力電圧Vinが立ち上がると、図3(c)に示すように、MOSトランジスタM4はON状態となり、MOSトランジスタM2とM3のゲート・ソース間電圧Vgsは等しくなる(Vgs2=Vgs3)。ここで、MOSトランジスタM2とM3の形状比が等しく、MOSトランジスタM3が飽和領域で動作している場合、バイアス電圧Vbiasにより、調整することができるバイアス電流Ibiasは、MOSトランジスタM3のドレインにミラーされ、図3(e)に示すように出力電流Iout (=Ibias)が出力される。
【0014】
また、図3(a)に示すように、入力電圧Vinが立ち下がると、図3(c)に示すように、MOSトランジスタM4はOFF状態となるが、MOSトランジスタM3のゲート・ソース間容量により、ゲート・ソース間電圧Vgs3は、保持(Vgs3=Vgs2)され、図3(e)に示すように、出力電流Iout は流出し続ける。次に、図3(b)に示すように、リセット電圧Vreset が立ち上がると、図3(d)に示すように、MOSトランジスタM6はON状態となる。この結果、MOSトランジスタM3のゲート・ソース間電圧はVgs3=0〔V〕となり、図3(e)に示すように、出力電流Iout は遮断される。
【0015】
すなわち、このスイッチトカレント回路は、入力電圧Vinを電流に変換して出力し、この出力電流はリセット電圧Vreset により制御される回路構成である。
次に、不応性ニューロン回路について説明する。
図4は本発明の実施例を示す不応性ニューロン回路図、図5はその不応性ニューロン回路の動作波形図である。
【0016】
図4において、MP、MC3、MC4、MC5、MRS、MBP、Mref は、それぞれMOSトランジスタ、Cm ,Cref はそれぞれキャパシタである。
以下、この不応性ニューロン回路の動作を図4及び図5を参照しながら説明する。
まず、図5(a)に示すように、入力電流IinがキャパシタCm に流れ込むと、図5(b)に示すように、キャパシタCm の両端の電圧Vm が上昇する。この電圧Vm はMOSトランジスタMPのゲート電圧となっているため、このMOSトランジスタMPの閾値電圧を越すと、MOSトランジスタMBPのゲートに印加される電圧Vpwにより制御された電流Ipwが流れる。ここで、MOSトランジスタMC3とMC4はカレントミラーとなっているため、キャパシタCm に電流Ip が流入し、急激にVm は上昇する。
【0017】
一方、MOSトランジスタMC4とMC5もカレントミラーとなっているため、キャパシタCref にIref が流入し、図5(c)に示すように、電圧Vn も同時に上昇する。
この電圧Vn は、トランジスタMRSのゲート電圧を制御しているため、いずれON状態となり、図5(b)に示すように、キャパシタCm の電荷は放電され電圧Vm も下降する。また、図5(c)に示すように、電圧Vn も下降する。
【0018】
この不応性ニューロン回路は、図2に示すスイッチトカレント回路を入力部に応用している。この結果、Vinに電圧パルスが入力されると、電圧Vm が急激に上昇するまでスイッチトカレント回路から電流を流出し、その後、電圧Vm により電流は遮断される。
次に、本発明の実施例を示す遅延回路(連続パルス遅延を持つ軸索回路)について説明する。
【0019】
図6は本発明の実施例を示す遅延回路図である。
この遅延回路は、上記したスイッチトカレント回路を上記した不応性ニューロン回路の入力部としている。
この図において、MB,MC1,MC2はカレントミラー回路を構成するMOSトランジスタであり、MOSトランジスタMBのソースはアースされ、そのゲートにはバイアス電圧Vbiasが印加される。そして、そのカレントミラー回路には、MOSトランジスタ(MOSスイッチ)MSW1、MSW2が付加される。また、MDM1はクロックフィードスルーを避けるためのダミートランジスタ(ダミースイッチ)である。更に、MOSトランジスタMSW1のゲートにはインバータIN1を介して入力電圧Vinが、MOSトランジスタMSW2にはインバータIN2を介してリセット電圧Vm が印加される。そして、MOSトランジスタMC2のドレインから出力を得るようにしている。
【0020】
従来、スイッチトカレント回路は、MOSスイッチを同期した2相のクロックで制御することにより電流をスイッチングしていたが、本発明のスイッチトカレント回路は、スイッチトカレント回路に2つのMOSトランジスタ(MOSスイッチ)MSW1、MSW2を設けることにより、一方のスイッチMSW1は電流のスイッチング、もう一方のスイッチMSW2は、電流のリセットをする役割を果たしている。すなわち、2つのスイッチMSW1,MSW2の開閉のタイミングにより電流パルス幅を調節するようにしている。
【0021】
その結果、Vinに電圧パルスが入力されると、バイアス電圧Vbiasによって決定された電流がキャパシタCm に流れ込み、キャパシタCm の両端の電圧Vm は不応性ニューロン回路により遅延し上昇する。この電圧Vm はさらにスイッチトカレント回路のリセット入力となっているために、キャパシタCm の電流は遮断され、遅延パルスVm が生成される。
【0022】
また、パルスの遅延時間はキャパシタCm の充電時間に相当するため、バイアス電圧Vbiasにより、キャパシタCm に流れ込む電流をアナログ的に制御することができるので、遅延時間もアナログ的な調節が実現可能である。
次に、この遅延回路のシミュレーション結果について説明する。
遅延回路をMOSIS0.5μmCMOSプロセス(HP)で設計し、HSPICEによるシミュレーションを行った。
【0023】
バイアス電圧Vbiasを変化させた時のシミュレーション結果を図7〜図9に示す。
このように本発明の遅延回路は、パルスのタイミングは保存された状態で、連続時間の遅延を実現していることが確認できる。
図7はその遅延回路のシミュレーション結果(その1)である。
【0024】
ここでは、図7(a)は入力パルスVin、図7(b)は遅延パルスVm 、図7(c)は不応性パルスVref であり、バイアス電圧Vbias=1.0(V)、Vr =1.0(V)、Vpw=1.6(V)、Vleak=0.8(V)である。
図8はその遅延回路のシミュレーション結果(その2)である。
ここでは、図8(a)は入力パルスVin、図8(b)は遅延パルスVm 、図8(c)は不応性パルスVref であり、バイアス電圧Vbias=1.1(V)、Vr =1.0(V)、Vpw=1.6(V)、Vleak=0.8(V)である。
【0025】
図9はその遅延回路のシミュレーション結果(その3)である。
ここでは、図9(a)は入力パルスVin、図9(b)は遅延パルスVm 、図9(c)は不応性パルスVref であり、バイアス電圧Vbias=3.3(V)、Vr =1.0(V)、Vpw=1.33(V)、Vleak=0.8(V)である。
次に、軸索回路について説明する。
【0026】
図10は本発明の実施例を示す連続パルス遅延機能を有する軸索回路図である。
この図において、1、2,…,nは、上記した遅延回路であり、波形整形回路5は公知の回路である。なお、波形整形回路5において、M15,M16,M17,M18,M19,M20はMOSトランジスタ、Cp はキャパシタであり、VplはMOSトランジスタM15のゲートに印加される電圧である。
【0027】
この図に示すように、この連続パルス遅延機能を有する軸索回路は、前ニューロンからのパルス列中の各パルスを遅延させる第1の遅延回路1、第2の遅延回路2、…、第nの遅延回路nと、その遅延したパルスを波形整形回路5により波形整形させた後、後ニューロンに伝達されるように構成されている。
ここで、パルスのタイミングは、単一遅延回路の最大遅延時間をニューロンモデルの絶対不応期と同一に設定することにより保存される。また、遅延回路を多段接続することにより、長い遅延が可能である。
【0028】
図11は遅延回路を2段接続した軸索回路のHSPICEによるシミュレーション結果を示す図(その1)である。
ここで、図11(a)は入力パルスVin、図11(b)は伝搬パルスVm1、図11(c)は伝搬パルスVm2、図11(d)は出力パルスVout であり、バイアス電圧Vbias=1.05(V)、Vr =1.0(V)、Vpw=1.6(V)、Vleak=0.8(V)、Vpl=1.0(V)である。
【0029】
図12は遅延回路を2段接続した軸索回路のHSPICEによるシミュレーション結果を示す図(その2)である。
ここで、図12(a)は入力パルスVin、図12(b)は伝搬パルスVm1、図12(c)は伝搬パルスVm2、図12(d)は出力パルスVout であり、バイアス電圧Vbias=1.15(V)、Vr =1.0(V)、Vpw=1.6(V)、Vleak=0.8(V)、Vpl=1.0(V)である。
【0030】
図13は遅延回路を2段接続した軸索回路のHSPICEによるシミュレーション結果を示す図(その3)である。
ここで、図13(a)は入力パルスVin、図13(b)は伝搬パルスVm1、図13(c)は伝搬パルスVm2、図13(d)は出力パルスVout であり、バイアス電圧Vbias=3.3(V)、Vr =1.0(V)、Vpw=1.33(V)、Vleak=0.8(V)、Vpl=1.15(V)である。
【0031】
このように、遅延回路を多段接続することにより、短い遅延から長い遅延まで実現可能であることが確認できる。
上記したように、スイッチトカレント回路を応用した遅延回路を設計し、非同期ニューラルネットワークモデル中で用いる軸索回路を得た。この軸索回路のシミュレーション結果により、この軸索回路はパルス列中の各パルスのタイミングを保存し、連続時間のパルス遅延伝達が実現できることが確認できた。
【0032】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0033】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
(A)スイッチトカレント回路には2つのMOSスイッチを設けることにより、一方のスイッチは電流のスイッチングを、もう一方のスイッチには、電流のリセットを行わせ、2つのスイッチの開閉のタイミングにより電流パルス幅を調節することができる。
【0034】
また、パルスの遅延時間はキャパシタCm の充電時間に相当するため、バイアス電圧VbiasによりキャパシタCm に流れ込む電流をアナログ的に制御することができるので、遅延時間もアナログ的な調節を実現することができる。
(B)パルス列中の各パルスのタイミングを保存し、連続時間のパルス遅延伝達が実現できる。
【0035】
また、遅延回路を多段接続することにより、短い遅延から長い遅延まで実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す理想的な軸索伝搬の説明図である。
【図2】本発明の実施例を示すスイッチトカレント回路図である。
【図3】本発明の実施例を示すスイッチトカレント回路の動作波形図である。
【図4】本発明の実施例を示す不応性ニューロン回路図である。
【図5】本発明の実施例を示す不応性ニューロン回路の動作波形図である。
【図6】本発明の実施例を示す遅延回路図である。
【図7】本発明の実施例を示す遅延回路のシミュレーション結果(その1)である。
【図8】本発明の実施例を示す遅延回路のシミュレーション結果(その2)である。
【図9】本発明の実施例を示す遅延回路のシミュレーション結果(その3)である。
【図10】本発明の実施例を示す連続パルス遅延機能を有する軸索回路図である。
【図11】本発明の実施例を示す連続パルス遅延機能を有する軸索回路のシミュレーション結果(その1)である。
【図12】本発明の実施例を示す連続パルス遅延機能を有する軸索回路のシミュレーション結果(その2)である。
【図13】本発明の実施例を示す連続パルス遅延機能を有する軸索回路のシミュレーション結果(その3)である。
【符号の説明】
M1,M2,M3,M4,M6,MP,MC3,MC4,MC5,MRS,MBP,Mref ,MB,MC1,MC2,MSW1、MSW2,M15,M16,M17,M18,M19,M20 MOSトランジスタ(MOSスイッチ)
M5,MDM1 ダミートランジスタ(ダミースイッチ)
IN1,IN2 インバータ
in 入力電圧(入力パルス)
reset リセット電圧
out 出力電流
gs ゲート・ソース間電圧
m ,Cref ,Cp キャパシタ
m キャパシタCm の両端の電圧(遅延パルス)
pw MOSトランジスタMBPのゲートに印加される電圧
ref 不応性パルス
1,2,…,n 遅延回路
5 波形整形回路
m1,Vm2 伝搬パルス
out 出力パルス
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an axon circuit having a function of delaying pulses propagating on an axon in an asynchronous pulse neural network system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, information processing using pulse timing in the neural circuit of the brain has attracted attention. An asynchronous pulse neural network model that realizes such spatiotemporal information processing and is suitable for VLSI (Very Large Scale Integrated circuit) has been proposed. For example,
(1) M.M. Hanagata and Y.H. Horio: “A Modified Asynchronous Pulse Neural Network Model for VLSI Implementation,” in Proc. 1997 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA '97), pp. 849-852
(2) K. Yasuda, M .; Hanagata, R .; Kasahara and Y.K. Horio: “Analog Circuit Implementation of Asynchronous Pulse Neural Network Model,” in Proc. 1997 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA '97), pp. 853-856.
[0003]
In addition, as a refractory neuron circuit, (3) R.R. Sarpeskar, L.M. Watts, andC. Mead, "Refractory Neuron Circuits," CNS Technical Report, CNS-TR-92-08, California Institute of Technology, Pasadena, 1992.
[0004]
Such an asynchronous pulse neural network model requires an axon circuit having an analog delay in order to handle a delay of continuous time.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional method requires an axon circuit having an analog delay in order to handle a continuous time delay, and there is no technically satisfactory one.
In view of the above situation, an object of the present invention is to provide an axon circuit having a continuous pulse delay function having a delay circuit that can adjust a delay time by an analog voltage and delays a pulse timing.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] In an axon circuit having a delay function of pulses propagating on an axon in an asynchronous pulse neural network system, a switched current circuit that converts an input voltage into a current and outputs the current and controls the output current by a reset voltage And a delay circuit having a refractory neuron circuit having a capacitor that is connected to the output of the switched current circuit and charged by the output current, and the output current flows into the capacitor, and the voltage across the capacitor Is delayed and raised by the refractory neuron circuit, and the voltage across the capacitor is used as the reset input of the switched current circuit, the current of the capacitor is cut off, generating a delay pulse, and the delay time of this pulse Corresponds to the charging time of the capacitor. The Tsu reset input, a current flowing in the capacitor is obtained as an analog controlled.
[0007]
[2] In the axon circuit having the continuous pulse delay function as described in [1] above, each pulse in the pulse train from the previous neuron is delayed by the delay circuit, and after shaping the delayed pulse, the post-neuron It is intended to be transmitted to.
[3] In the axon circuit having the continuous pulse delay function described in [2], the pulse timing is stored by setting the maximum delay time of the single delay circuit to be the same as the absolute refractory period of the neuron model. It is a thing.
[0008]
[4] In the axon circuit having the continuous pulse delay function described in [2], a long delay is obtained by connecting the delay circuits in multiple stages.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is an explanatory diagram of ideal axon propagation showing an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) shows a pre-neuron output waveform, and FIG. 1 (b) shows a post-neuron input waveform.
[0010]
As shown in FIG. 1 (a), a pulse propagating on the axon is transmitted to the rear neuron after a certain delay time D as shown in FIG. 1 (b). Must be configured to
Since the asynchronous pulse neural network model places importance on pulse timing as analog information, it is necessary to handle a delay of continuous time. Therefore, a delay circuit that can adjust the delay time by an analog voltage and delays the pulse timing is required, and an axon circuit is provided using the delay circuit.
[0011]
The delay circuit is composed of a refractory neuron circuit using a switched current circuit. First, the switched current circuit and the refractory neuron circuit will be described sequentially.
FIG. 2 is a switched current circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an operation waveform diagram of the switched current circuit.
[0012]
In FIG. 2, M1, M2 and M3 are MOS transistors (MOS switches) constituting a current mirror circuit, the source of the MOS transistor M1 is grounded, and a bias voltage V bias is applied to its gate. Then, MOS transistors M4 and M6 are added to the current mirror circuit. M5 is a dummy transistor (dummy switch) for avoiding clock feedthrough. Furthermore, the input voltage V in via the inverter IN1 to the gate of the MOS transistor M4, the reset voltage V reset is applied via the inverter IN2 for MOS transistor M6. The output current I out is obtained from the drain of the MOS transistor M3.
[0013]
The operation of this switched current circuit will be described below with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 3 (a), when the input voltage V in rises, as shown in FIG. 3 (c), the MOS transistor M4 is turned ON, the gate-source of the MOS transistor M2 and M3 voltage V gs is equal (V gs 2 = V gs 3). Here, the same shape ratio of the MOS transistors M2 and M3, if MOS transistor M3 is operating in the saturation region, the bias voltage V bias, the bias current I bias which can be adjusted, to the drain of the MOS transistor M3 The output current I out (= I bias ) is output as shown in FIG.
[0014]
Further, as shown in FIG. 3 (a), when the input voltage V in falls, as shown in FIG. 3 (c), the MOS transistor M4 is turned OFF, the gate-source capacitance of the MOS transistor M3 Thus, the gate-source voltage V gs 3 is held (V gs 3 = V gs 2), and the output current I out continues to flow out as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 3B, when the reset voltage V reset rises, as shown in FIG. 3D , the MOS transistor M6 is turned on. As a result, the gate-source voltage of the MOS transistor M3 becomes V gs 3 = 0 [V], and the output current I out is cut off as shown in FIG.
[0015]
That is, the switched current circuit converts an input voltage V in the current output, the output current is a circuit configuration that is controlled by the reset voltage V reset.
Next, the refractory neuron circuit will be described.
FIG. 4 is a refractory neuron circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an operation waveform diagram of the refractory neuron circuit.
[0016]
In FIG. 4, MP, MC3, MC4, MC5, MRS, MBP, M ref is, MOS transistors, C m, the C ref respectively are each capacitor.
The operation of this refractory neuron circuit will be described below with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 5 (a), the input current I in is the flow into the capacitor C m, as shown in FIG. 5 (b), the voltage V m across capacitor C m is increased. Since the voltage V m is the gate voltage of the MOS transistor MP, when the voltage exceeds the threshold voltage of the MOS transistor MP, a current I pw controlled by the voltage V pw applied to the gate of the MOS transistor MBP flows. Since the MOS transistors MC3 and MC4 has a current mirror, current I p flows into the capacitor C m, abruptly V m increases.
[0017]
On the other hand, since the MOS transistors MC4 and MC5 are also current mirrors, I ref flows into the capacitor C ref and the voltage V n also increases simultaneously as shown in FIG. 5C.
Since the voltage V n controls the gate voltage of the transistor MRS, the voltage V n is eventually turned on, and as shown in FIG. 5B, the charge of the capacitor C m is discharged and the voltage V m also decreases. Further, as shown in FIG. 5C, the voltage V n also decreases.
[0018]
This refractory neuron circuit applies the switched current circuit shown in FIG. 2 to the input section. As a result, when the voltage pulse V in is input, the outflow current from the switched current circuit until the voltage V m rapidly rises, then, the current is cut off by the voltage V m.
Next, a delay circuit (an axon circuit having a continuous pulse delay) showing an embodiment of the present invention will be described.
[0019]
FIG. 6 is a delay circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
This delay circuit uses the above-described switched current circuit as an input part of the above-described refractory neuron circuit.
In this figure, MB, MC1 and MC2 are MOS transistors constituting a current mirror circuit, the source of the MOS transistor MB is grounded, and a bias voltage V bias is applied to its gate. Then, MOS transistors (MOS switches) MSW1 and MSW2 are added to the current mirror circuit. MDM1 is a dummy transistor (dummy switch) for avoiding clock feedthrough. Furthermore, the input voltage V in via the inverter IN1 to the gate of the MOS transistor MSW1 is, the reset voltage V m is applied through an inverter IN2 to MOS transistor MSW2. An output is obtained from the drain of the MOS transistor MC2.
[0020]
Conventionally, a switched current circuit switches current by controlling a MOS switch with a synchronized two-phase clock. However, the switched current circuit of the present invention includes two MOS transistors (MOS transistors). By providing the switches MSW1 and MSW2, one switch MSW1 plays a role of switching current, and the other switch MSW2 plays a role of resetting current. That is, the current pulse width is adjusted by the opening / closing timing of the two switches MSW1 and MSW2.
[0021]
As a result, the voltage pulse V in is input, the current determined by the bias voltage V bias flows into the capacitor C m, voltage V m across capacitor C m is increased delayed by refractory neuron circuit. Since this voltage V m is further used as a reset input of the switched current circuit, the current of the capacitor C m is cut off and a delay pulse V m is generated.
[0022]
Further, since the pulse delay time of which corresponds to the charging time of the capacitor C m, the bias voltage V bias, since the current flowing into the capacitor C m can be analogically controlled, even analog regulation delay time realized Is possible.
Next, simulation results of this delay circuit will be described.
The delay circuit was designed by the MOSIS 0.5 μm CMOS process (HP) and simulated by HSPICE.
[0023]
Simulation results when the bias voltage V bias is changed are shown in FIGS.
As described above, it can be confirmed that the delay circuit of the present invention realizes a delay of continuous time with the pulse timing preserved.
FIG. 7 shows a simulation result (part 1) of the delay circuit.
[0024]
Here, FIG. 7A shows the input pulse V in , FIG. 7B shows the delay pulse V m , FIG. 7C shows the refractory pulse V ref , and the bias voltage V bias = 1.0 (V). V r = 1.0 (V), V pw = 1.6 (V), and V leak = 0.8 (V).
FIG. 8 shows a simulation result (part 2) of the delay circuit.
Here, FIG. 8A shows the input pulse V in , FIG. 8B shows the delay pulse V m , FIG. 8C shows the refractory pulse V ref , and the bias voltage V bias = 1.1 (V). V r = 1.0 (V), V pw = 1.6 (V), and V leak = 0.8 (V).
[0025]
FIG. 9 is a simulation result (part 3) of the delay circuit.
Here, FIG. 9A shows the input pulse V in , FIG. 9B shows the delay pulse V m , FIG. 9C shows the refractory pulse V ref , and the bias voltage V bias = 3.3 (V). V r = 1.0 (V), V pw = 1.33 (V), and V leak = 0.8 (V).
Next, the axon circuit will be described.
[0026]
FIG. 10 is an axon circuit diagram having a continuous pulse delay function showing an embodiment of the present invention.
In this figure, 1, 2,..., N are the delay circuits described above, and the waveform shaping circuit 5 is a known circuit. In the waveform shaping circuit 5, M15, M16, M17, M18, M19, and M20 are MOS transistors, Cp is a capacitor, and Vpl is a voltage applied to the gate of the MOS transistor M15.
[0027]
As shown in this figure, the axon circuit having the continuous pulse delay function includes a first delay circuit 1, a second delay circuit 2,..., An nth delay that delays each pulse in the pulse train from the previous neuron. The delay circuit n and the delayed pulse are shaped by the waveform shaping circuit 5 and then transmitted to the subsequent neuron.
Here, the timing of the pulse is preserved by setting the maximum delay time of the single delay circuit to be the same as the absolute refractory period of the neuron model. In addition, a long delay is possible by connecting delay circuits in multiple stages.
[0028]
FIG. 11 is a diagram (part 1) showing a simulation result by HSPICE of an axon circuit in which two stages of delay circuits are connected.
11A shows the input pulse V in , FIG. 11B shows the propagation pulse V m1 , FIG. 11C shows the propagation pulse V m2 , and FIG. 11D shows the output pulse V out. Voltage V bias = 1.05 (V), V r = 1.0 (V), V pw = 1.6 (V), V leak = 0.8 (V), V pl = 1.0 (V) It is.
[0029]
FIG. 12 is a diagram (part 2) showing a simulation result by HSPICE of an axon circuit in which two stages of delay circuits are connected.
12A shows the input pulse V in , FIG. 12B shows the propagation pulse V m1 , FIG. 12C shows the propagation pulse V m2 , and FIG. 12D shows the output pulse V out. Voltage V bias = 1.15 (V), V r = 1.0 (V), V pw = 1.6 (V), V leak = 0.8 (V), V pl = 1.0 (V) It is.
[0030]
FIG. 13 is a diagram (part 3) showing a simulation result by HSPICE of an axon circuit in which two stages of delay circuits are connected.
13A shows the input pulse V in , FIG. 13B shows the propagation pulse V m1 , FIG. 13C shows the propagation pulse V m2 , and FIG. 13D shows the output pulse V out. Voltage V bias = 3.3 (V), V r = 1.0 (V), V pw = 1.33 (V), V leak = 0.8 (V), V pl = 1.15 (V) It is.
[0031]
In this way, it can be confirmed that a short delay to a long delay can be realized by connecting delay circuits in multiple stages.
As described above, a delay circuit using a switched current circuit was designed, and an axon circuit used in an asynchronous neural network model was obtained. From the simulation results of this axon circuit, it was confirmed that this axon circuit preserved the timing of each pulse in the pulse train and could realize continuous-time pulse delay transmission.
[0032]
In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
[0033]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(A) By providing two MOS switches in the switched current circuit, one switch performs current switching, the other switch performs current reset, and the current is determined by the opening and closing timing of the two switches. The pulse width can be adjusted.
[0034]
The pulse delay time is to correspond to the charging time of the capacitor C m, since the current flowing into the capacitor C m by the bias voltage V bias can be analogically controlled, to achieve an analog regulation delay time be able to.
(B) The timing of each pulse in the pulse train can be stored, and continuous-time pulse delay transmission can be realized.
[0035]
In addition, by connecting delay circuits in multiple stages, a short delay to a long delay can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of ideal axon propagation showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a switched current circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an operation waveform diagram of a switched current circuit showing an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a refractory neuron circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an operation waveform diagram of the refractory neuron circuit showing the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a delay circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a first simulation result of the delay circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a second simulation result of the delay circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a third simulation result of the delay circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an axon circuit diagram having a continuous pulse delay function according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a simulation result (No. 1) of an axon circuit having a continuous pulse delay function according to the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a simulation result (No. 2) of an axon circuit having a continuous pulse delay function according to the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a simulation result (No. 3) of an axon circuit having a continuous pulse delay function according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
M1, M2, M3, M4, M6, MP, MC3, MC4, MC5, MRS, MBP, M ref, MB, MC1, MC2, MSW1, MSW2, M15, M16, M17, M18, M19, M20 MOS transistor (MOS switch)
M5, MDM1 dummy transistor (dummy switch)
IN1, IN2 Inverter V in input voltage (input pulse)
V reset reset voltage I out output current V gs gate-source voltage C m , C ref , C p capacitor V m voltage across capacitor C m (delay pulse)
V pw Voltage applied to gate of MOS transistor MBP V ref refractory pulse 1, 2,..., N delay circuit 5 waveform shaping circuit V m1 , V m2 propagation pulse V out output pulse

Claims (4)

非同期パルスニューラルネットワークシステムにおける軸索上を伝搬するパルスの遅延機能を有する軸索回路において、
(a)入力電圧を電流に変換して出力し、該出力電流をリセット電圧により制御するスイッチトカレント回路と、該スイッチトカレント回路の出力部に接続され、前記出力電流により充電されるキャパシタを有する不応性ニューロン回路とを有する遅延回路と、
(b)前記出力電流が前記キャパシタに流れ込み、該キャパシタの両端の電圧は前記不応性ニューロン回路により遅延し上昇するとともに、該キャパシタの両端の電圧を前記スイッチトカレント回路のリセット入力となし、前記キャパシタの電流は遮断され、遅延パルスを生成させ、該パルスの遅延時間は前記キャパシタの充電時間に相当するため、前記リセット入力により、前記キャパシタに流れ込む電流をアナログ的に制御することを特徴とする連続パルス遅延機能を有する軸索回路。
In an axon circuit having a delay function of pulses propagating on an axon in an asynchronous pulse neural network system,
(A) A switched current circuit that converts an input voltage into a current and outputs the current, and controls the output current with a reset voltage, and a capacitor that is connected to the output unit of the switched current circuit and is charged by the output current. A delay circuit having a refractory neuron circuit having;
(B) The output current flows into the capacitor, the voltage across the capacitor is delayed and raised by the refractory neuron circuit, and the voltage across the capacitor is used as the reset input of the switched current circuit, The capacitor current is cut off to generate a delay pulse, and the delay time of the pulse corresponds to the charge time of the capacitor. Therefore, the current flowing into the capacitor is controlled in an analog manner by the reset input. Axon circuit with continuous pulse delay function.
請求項1記載の連続パルス遅延機能を有する軸索回路において、前記遅延回路により前ニューロンからのパルス列中の各パルスを遅延させ、該遅延したパルスを波形整形させた後、後ニューロンに伝達させることを特徴とする連続パルス遅延機能を有する軸索回路。2. The axon circuit having a continuous pulse delay function according to claim 1, wherein each pulse in a pulse train from a previous neuron is delayed by the delay circuit, and the delayed pulse is waveform-shaped and then transmitted to a subsequent neuron. An axon circuit having a continuous pulse delay function. 請求項2記載の連続パルス遅延機能を有する軸索回路において、パルスのタイミングを単一遅延回路の最大遅延時間をニューロンモデルの絶対不応期と同一に設定することにより保存することを特徴とする連続パルス遅延機能を有する軸索回路。3. The axon circuit having a continuous pulse delay function according to claim 2, wherein the pulse timing is stored by setting the maximum delay time of the single delay circuit to be the same as the absolute refractory period of the neuron model. An axon circuit having a pulse delay function. 請求項2記載の連続パルス遅延機能を有する軸索回路において、前記遅延回路を多段接続することにより、長い遅延を得ることを特徴とする連続パルス遅延機能を有する軸索回路。3. The axon circuit having a continuous pulse delay function according to claim 2, wherein a long delay is obtained by connecting the delay circuits in multiple stages.
JP06851798A 1998-03-18 1998-03-18 Axon circuit with continuous pulse delay function Expired - Fee Related JP3877862B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP06851798A JP3877862B2 (en) 1998-03-18 1998-03-18 Axon circuit with continuous pulse delay function

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP06851798A JP3877862B2 (en) 1998-03-18 1998-03-18 Axon circuit with continuous pulse delay function

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11265418A JPH11265418A (en) 1999-09-28
JP3877862B2 true JP3877862B2 (en) 2007-02-07

Family

ID=13376002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP06851798A Expired - Fee Related JP3877862B2 (en) 1998-03-18 1998-03-18 Axon circuit with continuous pulse delay function

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3877862B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7271463B2 (en) * 2020-03-06 2023-05-11 株式会社東芝 Synaptic circuits and neural network devices

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11265418A (en) 1999-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Horowitz Timing models for MOS circuits
US7425857B2 (en) Time-delay circuit
US11636315B2 (en) Synapse circuit and arithmetic device
JPH0799430A (en) Output current setting method of monolithic integrated pad driving device
Zhao et al. Novel spike based reservoir node design with high performance spike delay loop
JP2000031812A (en) Dynamic output control circuit
TWI330942B (en) Dual edge programmable delay unit and method of programming the same
TW513858B (en) Semiconductor integrated circuit
JP3877862B2 (en) Axon circuit with continuous pulse delay function
US20020140491A1 (en) Phase blender and multi-phase generator using the same
JPH05252661A (en) Dac current source structure, inverter structure and method for providing these structure
JP3618424B2 (en) Low power logic circuit
US6542004B1 (en) Output buffer method and apparatus with on resistance and skew control
KR102565184B1 (en) Circuit module for modelling a digital circuit and device for simulating a digital ciruit including the circuit module
JPH08213892A (en) Through rate control driving circuit and electric signal generation method
Gandhi et al. MOS‐integrable circuitry for multi‐scroll chaotic grid realization: a SPICE‐assisted proof
US6130569A (en) Method and apparatus for a controlled transition rate driver
Noack et al. A switched-capacitor implementation of short-term synaptic dynamics
US5872477A (en) Multiplexer with CMOS break-before-make circuit
Nielsen et al. A compact ultra low-power pulse delay and extension circuit for neuromorphic processors
Murray Pulse techniques in neural VLSI: A review
JP3278764B2 (en) Delay circuit
Bahuguna et al. 32nm CMOS Analog Circuit Implementation of STDP for SNNs
Ando et al. A nonlinear oscillator network circuit for image segmentation with double-threshold phase detection
JPH08316798A (en) Comparator

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20031031

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20040129

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041014

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20061023

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20061031

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20061101

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees