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      基于RBF的模式分類器的制作方法

      文檔序號(hào):11334140閱讀:452來源:國(guó)知局
      基于RBF的模式分類器的制造方法與工藝
      本實(shí)用新型涉及一種模式分類器,具體涉及一種基于RBF的模式分類器。
      背景技術(shù)
      :RBF(徑向基函數(shù),RadialBasicFunction)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論模型在模式分類、函數(shù)逼近等人工智能領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,但目前還主要集中在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的軟件模擬實(shí)現(xiàn)上。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在軟件上的實(shí)現(xiàn)都是采用通用CPU處理器,不方便嵌入到別的應(yīng)用系統(tǒng)中去,并且依靠體積巨大的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成學(xué)習(xí)運(yùn)算,不具備便攜性。在運(yùn)算過程中,CPU往往是要等到RBF的神經(jīng)元一個(gè)接一個(gè)地計(jì)算完之后,再計(jì)算總的結(jié)果,采用的是串行計(jì)算方式,速度較慢。因此,RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟件實(shí)現(xiàn)難以滿足其在人工智能應(yīng)用領(lǐng)域高速、便攜、可嵌入等方面的要求。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件實(shí)現(xiàn),可以集成為專用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片,具有體積小、攜帶方便的特點(diǎn),容易嵌入到其它系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)專用功能。此外,它還可以實(shí)現(xiàn)高度的并行計(jì)算,克服了在軟件上實(shí)現(xiàn)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺陷。因此,RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件實(shí)現(xiàn)研究具有重要意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本實(shí)用新型提出了一種基于RBF的模式分類器的模擬電路實(shí)現(xiàn)方案,通過并聯(lián)適當(dāng)數(shù)量的模式分類器,給定適當(dāng)?shù)耐饨缙秒妷?,可?shí)現(xiàn)將一個(gè)空間內(nèi)的不可劃分的點(diǎn)映射到另一個(gè)空間,從而將原本不可劃分的點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單地線性劃分,實(shí)現(xiàn)模式分類的功能。本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于RBF的模式分類器,其特征在于:包括第一至第四RBF神經(jīng)元電路模塊、第一至第四電阻及第一至第五Gilbert乘法器;所述第一至第五Gilbert乘法器的電流輸出端依次連接作為分類器的輸出端Iout;第一RBF神經(jīng)元電路的輸出分別接第一電阻一端及第一Gilbert乘法器的第一輸入;第一電阻另一端分別接地及第一Gilbert乘法器第二輸入;第二RBF神經(jīng)元電路的輸出分別接第二電阻一端及第二Gilbert乘法器的第一輸入;第二電阻另一端分別接地及第二Gilbert乘法器第二輸入;第三RBF神經(jīng)元電路的輸出分別接第三電阻一端及第四Gilbert乘法器第一輸入;第三電阻另一端分別接地及第四Gilbert乘法器第二輸入;第四RBF神經(jīng)元電路的輸出分別接第四電阻一端及第五Gilbert乘法器;第四電阻另一端分別接地及第五Gilbert乘法器第二輸入;所述第一RBF神經(jīng)元電路模塊的第一輸出端為Vx,第二輸出端為Vx0,第三輸出端為Vy,第四輸出端為Vy0;所述第二RBF神經(jīng)元電路模塊的第一輸出端為Vx,第二輸出端為Vx0',第三輸出端為Vy,第四輸出端為Vy0';所述第三RBF神經(jīng)元電路模塊的第一輸出端為Vx,第二輸出端為Vx0”,第三輸出端為Vy,第四輸出端為Vy0”;所述第四RBF神經(jīng)元電路模塊的第一輸出端為Vx,第二輸出端為Vx0”',第三輸出端為Vy,第四輸出端為Vy0”';第一Gilbert乘法器第一輸出端為Vw1,第二輸出端為Vw2,第二Gilbert乘法器第一輸出端為Vw1',第二輸出端為Vw2';第三Gilbert乘法器第一輸出端為Vw1”,第二輸出端為Vw2”;第四Gilbert乘法器第一輸出端為Vw1”',第二輸出端為Vw2”';第五Gilbert乘法器第一輸出端為Vw1””,第二輸出端Vw2””,第三Gilbert乘法器的第三端為Vb。在本實(shí)用新型一實(shí)施例中,Gilbert乘法器均包括第一至第十七晶體管M1~M17;第一晶體管至第六晶體管M1~M6的發(fā)射極連接在一起接高電平;第一晶體管M1的基極接第二晶體管M2的基極;第一晶體管M1的集電極接分別接第九晶體管M9的發(fā)射極及第十晶體管M10的發(fā)射極;第二晶體管M2的基極接第二晶體管的集電極;第二晶體管M2的集電極接第七晶體的管M7的集電極;第三晶體管M3的基極接第四晶體管M4的基極;第三晶體管M3的基極接第三晶體管M3的集電極;第三晶體管M3的集電極接第八晶體管M8的集電極;第四晶體管M4的集電極極分別接第十一晶體管M11的發(fā)射極及第十二晶體管M12的發(fā)射極;第五晶體管M5的基極接第六晶體管M6的基極;第五晶體管M5的基極接第五晶體管M5的集電極;第五晶體管M5的集電極接第十四晶體管M14的集電極;第六晶體管M6的集電極分別接第十七晶體管M17的集電極及輸出Iout1;第七晶體管M7的基極接Vw1;第七晶體管M7的發(fā)射極分別接第八晶體管的發(fā)射極及第十三晶體管M13的集電極;第八晶體管M8的基極接Vw2;第九晶體管M9的基極接第十二晶體管M12的基極;第九晶體管M9的集電極分別接第十一晶體管M11的集電極及第十五晶體管M15的集電極;第十晶體管M10的基極接第十一晶體管M11的基極;第十晶體管M10的集電極分別接第十二晶體管M12的集電極及第十六晶體管M16的集電極;第九晶體管M9和第十晶體管M10的基極分別接Vin的正負(fù)極;第十三晶體管M13的基極接偏置電壓Vbias;第十四晶體管M14的基極第十五晶體管M15的基極;第十五晶體管M15的基極接其集電極;第十六晶體管M16的基極接第十七管M17基極;第十六晶體管M16的基極接其集電極;第十三至第十七晶體管的發(fā)射極連接一起接地。在本實(shí)用新型一實(shí)施例中,所述開平方根電路包括第十八至第二十六晶體管M18~M26;所述第十八晶體管M18集電極及第十九晶體管M19基極連接作為開平方根電路輸入端Iin;第十八晶體管M18基極分別接第二十六晶體管M26基極、第十九晶體管M19發(fā)射極及第二十四晶體管M24集電極;第十九晶體管M19基極接第二十一晶體管M21基極;第二十晶體管M20基極接其集電極;第二十一晶體管M21發(fā)射極接第二十晶體管M20集電極;第二十一晶體管M21集電極接第二十二晶體管M22集電極;第二十二晶體管M22基極接第二十三晶體管基極;第十九晶體管M19集電極、第二十二晶體管M22發(fā)射極及第二十三晶體管M23發(fā)射極連接在一起接高電平;第二十三晶體管M23集電極分別接第二十五晶體管M25集電極及輸出Iout2;第二十四晶體管M24基極分別接第二十五晶體管M25基極與輸出端Vb;第二十六晶體管M26集電極接輸出Iout2;第十八晶體管M18集電極及第二十四第二十六晶體管M24~M26發(fā)射極連接在一起接地。在本實(shí)用新型一實(shí)施例中,所述類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路包括第二十七至第五十二晶體管M27~M52;第二十七晶體管M27發(fā)射極、第二十八晶體管M28發(fā)射極及第三十五至第第四十二晶體管M35~M42發(fā)射極連接在一起接高電平;所述第二十七晶體管M27基極分別接第二十七晶體管M27的集電極及第二十八晶體管M28基極;第二十七晶體管M27的集電極接第二十九晶體管M29的發(fā)射極;第二十八晶體管M28集電極接第三十晶體管M30發(fā)射極;第二十九晶體管M29基極分別接第二十九晶體管M29集電極接第三十晶體管M30基極;第二十九晶體管M29集電極接第三十一晶體管M31集電極;第三十晶體管M30集電極接第四十七晶體管M47集電極;第三十一晶體管M31集電極接其基極;第三十一晶體管M31基極分別接第三十一晶體管M31集電極及第三十二晶體管M32基極;第三十一晶體管M31發(fā)射極接第三十三M33集電極;第三十二晶體管M32集電極接第三十五M35集電極;第三十二晶體管M32發(fā)射極接第三十四晶體管M34集電極;第三十三晶體管M33基極分別接第三十三晶體管M33集電極及第三十四晶體管M34基極;第三十三晶體管M33發(fā)射極、第三十四晶體管M34發(fā)射極、第五十至第五十二晶體管發(fā)射極連接在一起接地;第三十五晶體管M35基極分別連接第三十五晶體管M35集電極、第三十六晶體管M36基極、第四十一晶體管M41基極及第四十二晶體管M42基極;第三十六晶體管M36集電極接第三十七晶體管M37基極;第三十七晶體管M37集電極分別接第四十三晶體管M43集電極及接第四十五晶體管M45集電極;第三十七晶體管M37基極接第三十八晶體管M38基極;第三十八晶體管M38基極、第三十九晶體管M39集電極、第四十二晶體管M42集電極連接在一起接輸出Iout3;第三十九晶體管M39基極分別接第四十晶體管M40基極及第四十一晶體管M41集電極;第四十晶體管M40集電極分別接第四十四晶體管M44集電極及第四十六晶體管M46集電極;第四十三晶體管M43基極與第四十六晶體管M46基極一起接輸入Vin,第四十三晶體管M43發(fā)射極分別接第四十四晶體管M44發(fā)射極及第四十八晶體管M48集電極;第四十四晶體管M44基極接V1;第四十五晶體管M45基極接V2;第四十五晶體管M45發(fā)射極分別接第四十六晶體管M46發(fā)射極及第四十九晶體管M49集電極;第四十七晶體管M47基極分別第四十七晶體管M47集電極、第四十八晶體管M48基極、第四十九晶體管M49基極;第四十七晶體管M47發(fā)射極接第五十晶體管M50集電極;第四十八晶體管M48集電極接第五十一晶體管M51集電極;第四十九晶體管M49發(fā)射極接第五十二晶體管M52集電極;第五十晶體管M50基極分別接第五十晶體管M50集電極、第五十一晶體管M51基極、第五十二晶體管M52基極。本實(shí)用新型提出了一種基于RBF的模式分類器的模擬電路實(shí)現(xiàn)方案,通過并聯(lián)適當(dāng)數(shù)量的模式分類器,給定適當(dāng)?shù)耐饨缙秒妷?,可?shí)現(xiàn)模式分類的功能。本實(shí)用新型可集成為專用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片,具有體積小、方便攜帶、可嵌入等優(yōu)點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)高度的并行計(jì)算,克服了軟件實(shí)現(xiàn)模式分類器的體積大、不易攜帶、不易嵌入、運(yùn)算速度慢的缺陷。本實(shí)用新型還可以通過適當(dāng)增加RBF神經(jīng)元電路模塊的數(shù)目或通過將本實(shí)用新型進(jìn)行并聯(lián)的方式,來擴(kuò)展電路的功能,使其解決更復(fù)雜的模式分類問題。本實(shí)用新型憑借其可嵌入性、便攜性、高速性、可擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn),有望在模式分類等人工智能領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。附圖說明圖1為模式分類器的示意圖。圖2為模式分類器的原理圖。圖3為Gilbert乘法器的晶體管級(jí)電路圖。圖4為開平方根電路的晶體管級(jí)電路圖。圖5類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路的晶體管級(jí)電路圖。圖6類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路的仿真圖。圖7類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路的仿真波形與理想高斯函數(shù)對(duì)比圖。圖8五個(gè)點(diǎn)的分布圖。圖9模式分類器的功能仿真圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型利用Gilbert乘法器,開平方根電路,類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路這些基本電路單元設(shè)計(jì)了一個(gè)基于RBF的模式分類器。如圖1所示,該模式分類器有兩個(gè)輸入端(Vx,Vy),一個(gè)輸出端(Iout),以及二十一個(gè)控制端(其中(Vx0,Vy0),(Vx0',Vy0'),(Vx0”,Vy0”),(Vx0”',Vy0”')分別表示四個(gè)類高斯函數(shù)的中心(即控制輸入-隱含層權(quán)值),V1和V2用來控制類高斯函數(shù)的形狀(即控制輸入-隱含層閾值),(Vw1,Vw2),(Vw1',Vw2'),(Vw1”,Vw2”),(Vw1”',Vw2”'),(Vw1””,Vw2””)分別用來控制五個(gè)隱含-輸出層權(quán)值,圖2中(Vw1”,Vw2”)控制的隱含-輸出層權(quán)值默認(rèn)為1),Vb用來控制隱含-輸出層閾值)。通過在控制端加載適當(dāng)?shù)钠秒妷?,便可?shí)現(xiàn)將二維平面上的幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行正確分類的功能。即二維平面上的點(diǎn)的數(shù)據(jù)由(Vx,Vy)輸入,該模式分類器將平面上某些點(diǎn)歸為Type1,此時(shí)網(wǎng)絡(luò)輸出Iout為1;而將平面上另外一些點(diǎn)歸為Type2,此時(shí)網(wǎng)絡(luò)輸出Iout為0。本實(shí)用新型的原理圖如圖2所示,該分類器包括第一至第四RBF神經(jīng)元電路模塊、第一至第四電阻及第一至第五Gilbert乘法器;所述第一至第五Gilbert乘法器的電流輸出端依次連接作為分類器的輸出端Iout;第一RBF神經(jīng)元電路的輸出分別接第一電阻一端及第一Gilbert乘法器的第一輸入;第一電阻另一端分別接地及第一Gilbert乘法器第二輸入;第二RBF神經(jīng)元電路的輸出分別接第二電阻一端及第二Gilbert乘法器的第一輸入;第二電阻另一端分別接地及第二Gilbert乘法器第二輸入;第三RBF神經(jīng)元電路的輸出分別接第三電阻一端及第四Gilbert乘法器第一輸入;第三電阻另一端分別接地及第四Gilbert乘法器第二輸入;第四RBF神經(jīng)元電路的輸出分別接第四電阻一端及第五Gilbert乘法器;第四電阻另一端分別接地及第五Gilbert乘法器第二輸入;所述第一RBF神經(jīng)元電路模塊的第一輸出端為Vx,第二輸出端為Vx0,第三輸出端為Vy,第四輸出端為Vy0;所述第二RBF神經(jīng)元電路模塊的第一輸出端為Vx,第二輸出端為Vx0',第三輸出端為Vy,第四輸出端為Vy0';所述第三RBF神經(jīng)元電路模塊的第一輸出端為Vx,第二輸出端為Vx0”,第三輸出端為Vy,第四輸出端為Vy0”;所述第四RBF神經(jīng)元電路模塊的第一輸出端為Vx,第二輸出端為Vx0”',第三輸出端為Vy,第四輸出端為Vy0”';第一Gilbert乘法器第一輸出端為Vw1,第二輸出端為Vw2,第二Gilbert乘法器第一輸出端為Vw1',第二輸出端為Vw2';第三Gilbert乘法器第一輸出端為Vw1”,第二輸出端為Vw2”;第四Gilbert乘法器第一輸出端為Vw1”',第二輸出端為Vw2”';第五Gilbert乘法器第一輸出端為Vw1””,第二輸出端Vw2””,第三Gilbert乘法器的第三端為Vb。圖3為Gilbert乘法器的晶體管級(jí)電路圖,它在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中被廣泛用于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模處理Σ的功能。折疊式Gilbert乘法器的動(dòng)態(tài)范圍大、乘法運(yùn)算的精度高。RBF神經(jīng)元電路模塊包括兩個(gè)Gilbert乘法器、開平方根電路及類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路。Gilbert乘法器均包括第一至第十七晶體管M1~M17;第一晶體管至第六晶體管M1~M6的發(fā)射極連接在一起接高電平;第一晶體管M1的基極接第二晶體管M2的基極;第一晶體管M1的集電極接分別接第九晶體管M9的發(fā)射極及第十晶體管M10的發(fā)射極;第二晶體管M2的基極接第二晶體管的集電極;第二晶體管M2的集電極接第七晶體的管M7的集電極;第三晶體管M3的基極接第四晶體管M4的基極;第三晶體管M3的基極接第三晶體管M3的集電極;第三晶體管M3的集電極接第八晶體管M8的集電極;第四晶體管M4的集電極極分別接第十一晶體管M11的發(fā)射極及第十二晶體管M12的發(fā)射極;第五晶體管M5的基極接第六晶體管M6的基極;第五晶體管M5的基極接第五晶體管M5的集電極;第五晶體管M5的集電極接第十四晶體管M14的集電極;第六晶體管M6的集電極分別接第十七晶體管M17的集電極及輸出Iout1;第七晶體管M7的基極接Vw1;第七晶體管M7的發(fā)射極分別接第八晶體管的發(fā)射極及第十三晶體管M13的集電極;第八晶體管M8的基極接Vw2;第九晶體管M9的基極接第十二晶體管M12的基極;第九晶體管M9的集電極分別接第十一晶體管M11的集電極及第十五晶體管M15的集電極;第十晶體管M10的基極接第十一晶體管M11的基極;第十晶體管M10的集電極分別接第十二晶體管M12的集電極及第十六晶體管M16的集電極;第九晶體管M9和第十晶體管M10的基極分別接Vin的正負(fù)極;第十三晶體管M13的基極接偏置電壓Vbias;第十四晶體管M14的基極第十五晶體管M15的基極;第十五晶體管M15的基極接其集電極;第十六晶體管M16的基極接第十七管M17基極;第十六晶體管M16的基極接其集電極;第十三至第十七晶體管的發(fā)射極連接一起接地。Gilbert乘法器的晶體管尺寸參見表1。表1管子名稱寬長(zhǎng)比(W/L)管子名稱寬長(zhǎng)比(W/L)M160/1M1015/1M260/1M1115/1M360/1M1215/1M460/1M13100/1M560/1M1440/1M660/1M1540/1M75/1M1640/1M85/1M1740/1M915/1開平方根電路的晶體管級(jí)電路圖如圖4所示,其核心部分是由M18,M19,M20以及M21構(gòu)成的translinear結(jié)構(gòu),M20管和M21管的寬長(zhǎng)比是M18管和M19管的寬長(zhǎng)比的4倍,該電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)電流開平方根。具體的在本實(shí)用新型一實(shí)施例中,所述開平方根電路包括第十八至第二十六晶體管M18~M26;所述第十八晶體管M18集電極及第十九晶體管M19基極連接作為開平方根電路輸入端Iin;第十八晶體管M18基極分別接第二十六晶體管M26基極、第十九晶體管M19發(fā)射極及第二十四晶體管M24集電極;第十九晶體管M19基極接第二十一晶體管M21基極;第二十晶體管M20基極接其集電極;第二十一晶體管M21發(fā)射極接第二十晶體管M20集電極;第二十一晶體管M21集電極接第二十二晶體管M22集電極;第二十二晶體管M22基極接第二十三晶體管基極;第十九晶體管M19集電極、第二十二晶體管M22發(fā)射極及第二十三晶體管M23發(fā)射極連接在一起接高電平;第二十三晶體管M23集電極分別接第二十五晶體管M25集電極及輸出Iout2;第二十四晶體管M24基極分別接第二十五晶體管M25基極與輸出端Vb;第二十六晶體管M26集電極接輸出Iout2;第十八晶體管M18集電極及第二十四第二十六晶體管M24~M26發(fā)射極連接在一起接地。開平方根電路的晶體管尺寸參見表2。表2管子名稱寬長(zhǎng)比(W/L)M125/1M225/1M350/1M450/1M5100/1M6100/1M730/1M830/1M925/1類高斯函數(shù)電路的晶體管級(jí)電路圖如圖5所示,所述類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路包括第二十七至第五十二晶體管M27~M52;第二十七晶體管M27發(fā)射極、第二十八晶體管M28發(fā)射極及第三十五至第第四十二晶體管M35~M42發(fā)射極連接在一起接高電平;所述第二十七晶體管M27基極分別接第二十七晶體管M27的集電極及第二十八晶體管M28基極;第二十七晶體管M27的集電極接第二十九晶體管M29的發(fā)射極;第二十八晶體管M28集電極接第三十晶體管M30發(fā)射極;第二十九晶體管M29基極分別接第二十九晶體管M29集電極接第三十晶體管M30基極;第二十九晶體管M29集電極接第三十一晶體管M31集電極;第三十晶體管M30集電極接第四十七晶體管M47集電極;第三十一晶體管M31集電極接其基極;第三十一晶體管M31基極分別接第三十一晶體管M31集電極及第三十二晶體管M32基極;第三十一晶體管M31發(fā)射極接第三十三M33集電極;第三十二晶體管M32集電極接第三十五M35集電極;第三十二晶體管M32發(fā)射極接第三十四晶體管M34集電極;第三十三晶體管M33基極分別接第三十三晶體管M33集電極及第三十四晶體管M34基極;第三十三晶體管M33發(fā)射極、第三十四晶體管M34發(fā)射極、第五十至第五十二晶體管發(fā)射極連接在一起接地;第三十五晶體管M35基極分別連接第三十五晶體管M35集電極、第三十六晶體管M36基極、第四十一晶體管M41基極及第四十二晶體管M42基極;第三十六晶體管M36集電極接第三十七晶體管M37基極;第三十七晶體管M37集電極分別接第四十三晶體管M43集電極及接第四十五晶體管M45集電極;第三十七晶體管M37基極接第三十八晶體管M38基極;第三十八晶體管M38基極、第三十九晶體管M39集電極、第四十二晶體管M42集電極連接在一起接輸出Iout3;第三十九晶體管M39基極分別接第四十晶體管M40基極及第四十一晶體管M41集電極;第四十晶體管M40集電極分別接第四十四晶體管M44集電極及第四十六晶體管M46集電極;第四十三晶體管M43基極與第四十六晶體管M46基極一起接輸入Vin,第四十三晶體管M43發(fā)射極分別接第四十四晶體管M44發(fā)射極及第四十八晶體管M48集電極;第四十四晶體管M44基極接V1;第四十五晶體管M45基極接V2;第四十五晶體管M45發(fā)射極分別接第四十六晶體管M46發(fā)射極及第四十九晶體管M49集電極;第四十七晶體管M47基極分別第四十七晶體管M47集電極、第四十八晶體管M48基極、第四十九晶體管M49基極;第四十七晶體管M47發(fā)射極接第五十晶體管M50集電極;第四十八晶體管M48集電極接第五十一晶體管M51集電極;第四十九晶體管M49發(fā)射極接第五十二晶體管M52集電極;第五十晶體管M50基極分別接第五十晶體管M50集電極、第五十一晶體管M51基極、第五十二晶體管M52基極。電路晶體管尺寸如表3所示。表3管子名稱寬長(zhǎng)比(W/L)管子名稱寬長(zhǎng)比(W/L)管子名稱寬長(zhǎng)比(W/L)M2714/1M36100/1M4430/1M2814/1M37100/1M4530/1M2914/1M38100/1M46100/1M3014/1M39100/1M47100/1M319/1M40100/1M48100/1M329/1M41100/1M49100/1M339/1M42100/1M50100/1M349/1M4330/1M51100/1M35100/1M4430/1上述RBF的模式分類器的工作方法為:二維平面上的點(diǎn)的數(shù)據(jù)由(Vx,Vy)輸入,該模式分類器通過判斷將平面上某些點(diǎn)歸為Type1,此時(shí)網(wǎng)絡(luò)輸出Iout為1;而將平面上另外一些點(diǎn)歸為Type2,此時(shí)網(wǎng)絡(luò)輸出Iout為0;其中該模式分類器的判斷過程包括以下步驟:其中輸入端Vx和Vy將數(shù)據(jù)輸入該模式分類器,完成RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中輸入層的功能;(Vx0,Vy0),(Vx0',Vy0'),(Vx0”,Vy0”),(Vx0”',Vy0”')分別表示四個(gè)類高斯函數(shù)的中心即控制輸入-隱含層權(quán)值,(Vw1,Vw2),(Vw1',Vw2'),(Vw1”,Vw2”),(Vw1”',Vw2”'),(Vw1””,Vw2””)分別用來控制五個(gè)隱含-輸出層權(quán)值,(Vw1”,Vw2”)控制的隱含-輸出層權(quán)值默認(rèn)為1,Vb用來控制隱含-輸出層閾值;第一至第四RBF神經(jīng)元電路模塊實(shí)現(xiàn)Iout=bexp(-((Vx-Vx0)2+(Vy-Vy0)2)/d)的計(jì)算形式,b和d為大于零的為常數(shù),完成RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中隱含層功能;第一至第五Gilbert乘法器可對(duì)隱含層輸出進(jìn)行加權(quán)求和運(yùn)算,即Iout=k1y1+k2y2+k3y3+k4y4+k5,k1,k2,k3,k4,k5為常數(shù),y1,y2,y3,y4分別為第一、第二、第三、第四RBF神經(jīng)元電路模塊的輸出和RBF神經(jīng)元電路模塊的輸出,最終由輸出端Iout輸出分類結(jié)果,完成RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中輸出層的功能。Gilbert乘法器包括第一至第十七晶體管M1~M17,其中第七晶體管M7和第八晶體管M8具有相同的寬長(zhǎng)比,第九晶體管M9、第十晶體管M10、第十一晶體管M11和第十二M12具有相同的寬長(zhǎng)比,用W表示晶體管溝道寬度,L表示晶體管溝道長(zhǎng)度,Cox表示晶體管單位面積柵氧電容,μp和μn分別表示空穴和電子的溝道遷移率,則該電路的輸出電流為:將Vw1與Vin的正端相連,用Vx表示,將Vw2與Vin的負(fù)端相連,用Vx0表示,則可得到:即Iout1=k(Vx-Vx0)2,其中所述開平方根電路的M20管和M21管的寬長(zhǎng)比是M18管和M19管的寬長(zhǎng)比的4倍,對(duì)輸入電流開平方根即所述類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路包括第二十七至第五十二晶體管M27~M52,假設(shè)第三十六至第第四十一晶體管M36~M41具有相同的寬長(zhǎng)比,且是第三十五晶體管M35的a倍,第四十二晶體管M42的寬長(zhǎng)比是第三十五晶體管M35的c倍,第四十八晶體管M48、第四十九晶體管M49、第五十一晶體管M51、第五十為晶體管M52具有相同的寬長(zhǎng)比,并且是第四十七晶體管M47、第五十晶體管M50的a倍,得到輸出電流為:其中Cox為晶體管單位面積柵氧電容,μ為溝道遷移率,W為晶體管溝道寬度,L為晶體管溝道長(zhǎng)度,通過調(diào)整兩個(gè)差分對(duì)的輸入電壓V1和V2,調(diào)整Vinwc和Vw,從而調(diào)整該電路輸出的類高斯函數(shù)的形狀;所需的特定高斯函數(shù)為取所需的特定高斯函數(shù)一些離散的點(diǎn),通過CADENCE軟件仿真,在公式(2)的指導(dǎo)下調(diào)整電路參數(shù),從而使類高斯函數(shù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)逼近這些離散的點(diǎn),最終獲得逼近的類高斯函Iout=bexp(-((Vx-Vx0)2+(Vy-Vy0)2)/d)。通過調(diào)整兩個(gè)差分對(duì)的輸入電壓V1和V2,可以調(diào)整Vinwc和Vw,從而調(diào)整該電路輸出的類高斯函數(shù)的形狀,如圖6所示。圖7為b=40,d=0.02時(shí)的理想高斯函數(shù)和調(diào)整得到的類高斯函數(shù),在-0.4~0.4范圍內(nèi)以0.01為步長(zhǎng),對(duì)兩條曲線取相同的離散點(diǎn),分別構(gòu)成向量A和B,在MATLAB軟件中利用R2=(A*B)2/A2*B2可計(jì)算得到擬合優(yōu)度為R2=0.99775,因此,該電路仿真波形與理想高斯函數(shù)能夠進(jìn)行很好的擬合。對(duì)于所需的特定高斯函數(shù)(b和d為常數(shù)),我們可以取一些離散的點(diǎn),通過CADENCE軟件仿真,在公式(2)的指導(dǎo)下調(diào)整電路參數(shù),從而使類高斯函數(shù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)逼近這些離散的點(diǎn),最終獲得逼近的類高斯函數(shù)。例如,在圖7中b=40,d=0.02,通過仿真可得類高斯函數(shù)產(chǎn)生電路參數(shù)為V1=-0.13V,V2=0.13V,在本實(shí)用新型一具體實(shí)施例中,利用MATLAB軟件和CADENCE軟件對(duì)基于RBF的模式分類器進(jìn)行功能的仿真驗(yàn)證。該電路是基于SMIC0.18μmCMOS工藝參數(shù)完成的,電源電壓Vdd為1.8V,Vss為-1.8V。如圖8所示,在一個(gè)平面內(nèi)存在著(0,1),(1,0),(0,0),(1,0.9),(0.9,1)五個(gè)不可線性劃分的點(diǎn)(即無法用一條直線將這五個(gè)點(diǎn)分成(0,0),(1,0.9),(0.9,1)和(1,0),(0,1)兩組),我們可以利用四個(gè)高斯函數(shù)X1=G1(X,Y),X2=G2(X,Y),X3=G3(X,Y)和X4=G4(X,Y)的作用將其映射到另一個(gè)四維平面P(X1,X2,X3,X4),使得原來不可分的四個(gè)點(diǎn)在新平面P(X1,X2,X3,X4)內(nèi)重新分布,從而實(shí)現(xiàn)線性劃分。本實(shí)用新型通過解決這樣一個(gè)五個(gè)點(diǎn)的模式分類問題來驗(yàn)證該模式分類器的功能,即利用該模式分類器對(duì)二維平面上輸入的點(diǎn)進(jìn)行分類,二維平面上的點(diǎn)的數(shù)據(jù)由(Vx,Vy)輸入,該模式分類器將平面上的點(diǎn)(1,0.9),(0.9,1)和(0,0)歸為Type1,這時(shí)網(wǎng)絡(luò)輸出Iout為1;而將平面上的點(diǎn)(1,0)和(0,1)歸為Type2,這時(shí)網(wǎng)絡(luò)輸出Iout為0。通過MATLAB軟件對(duì)相應(yīng)的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,從而得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù),接著將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)轉(zhuǎn)化為該模式分類器所需的偏置參數(shù),加載到電路中以實(shí)現(xiàn)特定的模式分類功能。要實(shí)現(xiàn)不同的模式分類功能需要編寫不同的訓(xùn)練程序進(jìn)行訓(xùn)練,為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)五個(gè)點(diǎn)的模式分類功能,編寫的訓(xùn)練代碼如下所示。該編程內(nèi)容非本實(shí)用新型要保護(hù)的內(nèi)容。該程序調(diào)用MATLAB軟件中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱函數(shù)net=newrb(P,T,eg,sc)來對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。在訓(xùn)練過程中,當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入為P向量時(shí),輸出向量不斷逼近期望向量T,直到逼近的均方差精度小于eg=0.0001時(shí),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)停止訓(xùn)練,此時(shí)得到一個(gè)均方差精度eg<0.0001,散布常數(shù)sc=1的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),接著利用最后的4條命令來顯示訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練代碼:經(jīng)過MATLAB仿真,得到了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如表4所示。表4將通過MATLAB訓(xùn)練所得到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)轉(zhuǎn)化為該并聯(lián)模式分類器所需的偏置參數(shù),用0V表示輸入0,用0.3V表示輸入1,則可以通過計(jì)算得到所需要的電路參數(shù)值,其中經(jīng)過仿真可得V1和V2分別為0.13V和-0.13V,確定了類高斯函數(shù)的形狀。將所需參數(shù)直接加載到該并聯(lián)模式分類器電路上,用CADENCE進(jìn)行仿真,其仿真結(jié)果如圖9所示(其中0V表示輸入0,0.3V表示輸入1,0.27V表示輸入0.9)。從該仿真結(jié)果可以看出,當(dāng)輸入為點(diǎn)(1,0.9),(0.9,1)或(0,0)時(shí),輸出為1;當(dāng)輸入為點(diǎn)(1,0)或(0,1)時(shí),輸出為0,正確地實(shí)現(xiàn)將五個(gè)點(diǎn)進(jìn)行模式分類,驗(yàn)證了該模式分類器具有良好的模式分類功能。以上是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例,凡依本實(shí)用新型技術(shù)方案所作的改變,所產(chǎn)生的功能作用未超出本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍時(shí),均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3 
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