基于憶阻橋突觸的神經網絡電路研究及應用.pdf

1、1971年，蔡少棠教授通過電路理論的完備性提出了憶阻器的概念，它具有一系列的優(yōu)良特性，如納米級尺寸、非線性特性、掉電后信息非易失性等。因而在信息存儲、控制電路、非線性電路、人工神經網絡等領域有著廣泛的應用前景。隨著信息化時代的不斷發(fā)展，人們迫切需要更加智能化和微型化的信息處理系統(tǒng)，通過模擬大腦神經系統(tǒng)構造人工神經網絡，提供了可行的解決方案，并且一直是科學研究的一個熱門領域。憶阻器的記憶特性類似于大腦神經網絡中的突觸功能，利用憶阻器有望構

2、建更具仿生智能的神經網絡系統(tǒng)，從而加速信息化處理的能力。
　　本文針對憶阻值漂移現象，基于誤差原理分析和實驗論證，證明了利用雙極性脈沖能夠有效減少憶阻值漂移造成的誤差。同時，設計了能夠產生大小相等、極性相反對稱脈沖的雙極性脈沖電路，并將其應用于神經突觸和神經網絡。進一步，通過分析神經元和神經突觸的原理，討論設計了更加靈活的神經網絡電路實現。本文主要工作包含了以下內容：
　　(1)介紹了憶阻器模擬突觸的原理和可行性，隨后，分析

3、了憶阻串并聯電路的特性，包括串聯結構和并聯結構?；趹涀杵骱唵谓M合電路，進一步分析了憶阻橋突觸電路的原理特性，包括四個憶阻器和五個憶阻器構成的橋突觸結構。最后，結合細胞神經網絡和憶阻橋突觸結構，介紹了憶阻橋神經網絡的結構和特點。
　　(2)分析了憶阻橋模擬神經突觸的原理，并分別討論了線性和非線性惠普憶阻器模型下，突觸模擬過程中產生的憶阻器阻值漂移現象。由于憶阻值漂移現象，會導致一定程度的模擬誤差，推導了憶阻值漂移產生的機理，提出了

4、用雙極性脈沖的對稱性減少這種誤差?；诖嗽O計了一種產生對稱脈沖信號電路，將其用于憶阻器突觸，減少了突觸模擬誤差，并進行了數值分析和仿真比較，驗證了所提出方法的有效性。
　　(3)基于雙極性脈沖發(fā)生器的憶阻突觸結構，將其與細胞神經網絡相結合，構造優(yōu)化的憶阻突觸神經網絡。由于減少了憶阻值漂移造成的誤差，它的突觸權值模擬更為精確。在細胞神經網絡中，利用模板算子和圖像像素的二值進行卷積能夠實現一些圖像處理功能，這種模板算子通常是數值構成的