一種基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路，包括憶阻器、第一電阻、第二電阻和運(yùn)算比較器；第一電阻和憶阻器依次串聯(lián)在運(yùn)算比較器的第一輸入端，憶阻器的非串聯(lián)連接端作為聯(lián)想記憶電路的第一輸入端；第一電阻和憶阻器的串聯(lián)連接端作為聯(lián)想記憶電路的第二輸入端；第二電阻的一端連接至運(yùn)算比較器的第一輸入端，第二電阻的另一端接地；運(yùn)算比較器的第二輸入端用于連接參考電壓，運(yùn)算比較器的輸出端作為聯(lián)想記憶電路的輸出端；聯(lián)想記憶電路的第一輸入端和第二輸入端分別用于接收條件刺激信號(hào)和非條件刺激信號(hào)，聯(lián)想記憶電路的輸出端用于輸出反應(yīng)信號(hào)。本發(fā)明可以根據(jù)施加條件刺激和非條件刺激信號(hào)的時(shí)間關(guān)系，模擬生物聯(lián)想記憶的形成過(guò)程和遺忘過(guò)程。
【專利說(shuō)明】—種基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]聯(lián)想記憶是一種生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知行為，其神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)是神經(jīng)突觸的可塑性變化。聯(lián)想記憶也是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論中一個(gè)重要功能，廣泛應(yīng)用在智能控制、模式識(shí)別和人工智能等領(lǐng)域。然而在傳統(tǒng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路中，搭建一個(gè)神經(jīng)元、一個(gè)突觸就需要數(shù)十個(gè)晶體管、電容、加法器等元器件，實(shí)現(xiàn)聯(lián)想記憶功能需要構(gòu)建一個(gè)復(fù)雜龐大的電路系統(tǒng)。
[0003]目前，部分研究機(jī)構(gòu)通過(guò)CMOS電路實(shí)現(xiàn)了聯(lián)想記憶功能，當(dāng)時(shí)鑒于CMOS電路實(shí)現(xiàn)聯(lián)想記憶功能，需要眾多電子元件，電路規(guī)模大，功耗高。同時(shí)這種方法沒(méi)有表現(xiàn)聯(lián)想記憶基于刺激信號(hào)的時(shí)間關(guān)系的基本生物模型。
[0004]針對(duì)上述情況，一種原理可行、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的基于神經(jīng)突觸行為的聯(lián)想記憶電路和功能實(shí)現(xiàn)方法亟待開(kāi)發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種可以用于模擬生物聯(lián)想記憶的形成過(guò)程和遺忘過(guò)程的基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路，用于模擬生物的聯(lián)想記憶行為；聯(lián)想記憶電路包括第一憶阻器Ml、第二憶阻器M2、定值電阻R和運(yùn)算比較器；第一憶阻器Ml的一端作為所述聯(lián)想記憶電路的第一輸入端，第一憶阻器Ml的另一端連接至所述運(yùn)算比較器的第一輸入端；第二憶阻器M2的一端作為聯(lián)想記憶電路的第二輸入端，第二憶阻器M2的另一端連接至運(yùn)算比較器的第一輸入端；定值電阻R的一端連接至運(yùn)算比較器的第一輸入端，定值電阻R的另一端接地；所述運(yùn)算比較器的第二輸入端用于連接參考電壓，運(yùn)算比較器的輸出端作為聯(lián)想記憶電路的輸出端；聯(lián)想記憶電路的第一輸入端和第二輸入端分別用于接收條件刺激信號(hào)和非條件刺激信號(hào)，聯(lián)想記憶電路的輸出端用于輸出反應(yīng)信號(hào)。
[0007]本發(fā)明還提供了一種基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路，用于模擬生物的聯(lián)想記憶行為；所述聯(lián)想記憶電路包括憶阻器M、第一電阻R1、第二電阻R2和運(yùn)算比較器；所述憶阻器M的一端作為所述聯(lián)想記憶電路的第一輸入端，所述憶阻器M的另一端連接至所述運(yùn)算比較器的第一輸入端；所述第一電阻Rl的一端作為所述聯(lián)想記憶電路的第二輸入端，所述第一電阻Rl的另一端連接至所述運(yùn)算比較器的第一輸入端；所述第二電阻R2的一端連接至所述運(yùn)算比較器的第一輸入端，所述第二電阻R2的另一端接地；所述運(yùn)算比較器的第二輸入端用于連接參考電壓，所述運(yùn)算比較器的輸出端作為所述聯(lián)想記憶電路的輸出端；所述聯(lián)想記憶電路的第一輸入端和第二輸入端分別用于接收條件刺激信號(hào)和非條件刺激信號(hào)，所述聯(lián)想記憶電路的輸出端用于輸出反應(yīng)信號(hào)。[0008]本發(fā)明還提供了一種基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路，用于模擬生物的聯(lián)想記憶行為；聯(lián)想記憶電路包括憶阻器M、第一電阻R1、第二電阻R2和運(yùn)算比較器；第一電阻Rl和憶阻器M依次串聯(lián)在運(yùn)算比較器的第一輸入端，憶阻器M的非串聯(lián)連接端作為聯(lián)想記憶電路的第一輸入端；第一電阻Rl和憶阻器M的串聯(lián)連接端作為聯(lián)想記憶電路的第二輸入端；第二電阻R2的一端連接至運(yùn)算比較器的第一輸入端，第二電阻R2的另一端接地；運(yùn)算比較器的第二輸入端用于連接參考電壓，運(yùn)算比較器的輸出端作為聯(lián)想記憶電路的輸出端；聯(lián)想記憶電路的第一輸入端和第二輸入端分別用于接收條件刺激信號(hào)和非條件刺激信號(hào)，聯(lián)想記憶電路的輸出端用于輸出反應(yīng)信號(hào)。
[0009]優(yōu)選地，當(dāng)條件刺激信號(hào)先于非條件刺激信號(hào)很短或者兩個(gè)信號(hào)同時(shí)輸入時(shí)，所述聯(lián)想記憶電路形成聯(lián)想記憶；當(dāng)條件刺激信號(hào)落后于非條件刺激信號(hào)輸入時(shí)，所述聯(lián)想記憶電路無(wú)法形成聯(lián)想記憶；當(dāng)聯(lián)想記憶已經(jīng)形成后，若同時(shí)輸入條件刺激信號(hào)和非條件刺激信號(hào)，當(dāng)條件刺激信號(hào)先于非條件刺激信號(hào)很長(zhǎng)時(shí)間，聯(lián)想記憶將被遺忘；若持續(xù)單獨(dú)輸入條件刺激信號(hào)，聯(lián)想記憶也將被遺忘。
[0010]優(yōu)選地，定值電阻R的阻值近似等于憶阻器低阻阻值。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述參考電壓的值根據(jù)所施加信號(hào)在比較其輸入端分壓后的電壓值來(lái)確定。
[0012]優(yōu)選地，憶阻器包括依次電連接的第一電極層、功能材料層和第二電極層。
[0013]優(yōu)選地，功能材料層為氧化物功能材料層TiOx、TaOx, W0X、CuOx, AlOx, NiOx, HfOx,ZrOx、SiOx, NbOx、VOx 或 GeO x。
[0014]優(yōu)選地，功能材料層為硫系化合物功能材料層GeSe、Ag2Se> Ag2S> Cu2S> GeSx、Ge2Sb2Te5^ GeTe 或 AglnSbTe。
[0015]優(yōu)選地，功能材料層為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)功能材料層SrTi03、BaTiO3^ BiFeO3^ CaMn03、PrMnO3 或 La0 7Sr0.3Μη03。優(yōu)選地，
[0016]本發(fā)明憶阻器能根據(jù)單端或二端的輸入信號(hào)改變其權(quán)重狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)類生物神經(jīng)元突觸可塑性功能。聯(lián)想記憶電路可以根據(jù)施加條件刺激和非條件刺激信號(hào)的時(shí)間關(guān)系，模擬生物聯(lián)想記憶的形成過(guò)程和遺忘過(guò)程。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路的電路圖；
[0018]圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路的電路圖；
[0019]圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例提供的基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路的電路圖；
[0020]圖4本發(fā)明實(shí)施例提供聯(lián)想記憶電路中憶阻器的結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖5本發(fā)明第一實(shí)施例提供的輸入信號(hào)與憶阻器的示意圖；圖5八為器件電阻隨脈沖信號(hào)的漸變特性；圖5B為器件電阻隨脈沖信號(hào)的開(kāi)關(guān)特性；
[0022]圖6本發(fā)明第二實(shí)施例提供的輸入信號(hào)與憶阻器的示意圖；圖6八為施加于器件兩端使器件產(chǎn)生STDP的輸入信號(hào)，圖6B為器件STDP示意圖；
[0023]圖7本發(fā)明第三實(shí)施例提供的輸入信號(hào)與憶阻器的示意圖；
[0024]圖8本發(fā)明第四實(shí)施例提供的輸入信號(hào)與憶阻器的示意圖；
[0025]圖9本發(fā)明第五實(shí)施例提供的輸入信號(hào)與憶阻器的示意圖；[0026]圖10本發(fā)明第六實(shí)施例提供的輸入信號(hào)與憶阻器的示意圖；圖1OA為條件刺激信號(hào)先于非條件刺激信號(hào)很長(zhǎng)時(shí)間，聯(lián)想記憶被遺忘示意圖；圖1OB為持續(xù)單獨(dú)輸入條件刺激信號(hào)，聯(lián)想記憶被遺忘示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0028]本發(fā)明的目的在于提供一種基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路，電路能夠?qū)崿F(xiàn)類似人腦的聯(lián)想記憶功能。該電路由基于憶阻器的人工神經(jīng)突觸器件和傳統(tǒng)電子元器件(電阻、運(yùn)算放大器)組成。憶阻器作為一種新型電子器件，其特殊的非線性阻變特性能夠用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。憶阻器的電阻能夠隨流經(jīng)的電荷而變化，通過(guò)施加電脈沖可以調(diào)控憶阻器的電阻值，類似于生物神經(jīng)突觸在生物電信號(hào)作用下的權(quán)重改變。因此，憶阻器可以被用作人工神經(jīng)突觸器件，并且在速度、功耗和集成度方面相對(duì)傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路具有優(yōu)勢(shì)。
[0029]本發(fā)明中憶阻器人工神經(jīng)突觸器件能夠模擬生物神經(jīng)突觸的功能，包括(I)能調(diào)節(jié)突觸的權(quán)重；(2)突觸權(quán)重可根據(jù)突觸前后脈沖的時(shí)間差改變，實(shí)現(xiàn)脈沖時(shí)間依賴的可塑性(STDP)功能。該神經(jīng)突觸為一個(gè)兩端電阻器件，一端為突觸前，另一端為突觸后。其電阻值根據(jù)通過(guò)它的電流的方向而改變，正向電流使其電阻上升，反向電流使其電阻下降。但當(dāng)電流小于一定閾值時(shí)，其電阻不發(fā)生變化?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)突觸前后脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)脈沖時(shí)間依賴的可塑性(STDP)，具體實(shí)現(xiàn)通過(guò)實(shí)施例說(shuō)明。
[0030]本發(fā)明的聯(lián)想記憶電路可以模擬生物的聯(lián)想記憶行為，其包含兩個(gè)信號(hào)輸入端和一個(gè)信號(hào)輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端由人工神經(jīng)器件或電阻構(gòu)成，分別模擬生物的兩個(gè)感覺(jué)神經(jīng)元，用來(lái)接收條件刺激信號(hào)(CS)和非條件刺激信號(hào)(US);信號(hào)輸出端由比較器構(gòu)成，模擬生物的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，輸出反應(yīng)信號(hào)。
[0031]本發(fā)明的基于憶阻器的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路能實(shí)現(xiàn)類似大腦的基于刺激信號(hào)時(shí)間關(guān)系的聯(lián)想記憶功能，能為開(kāi)發(fā)具有更復(fù)雜認(rèn)知功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路奠定基礎(chǔ)。
[0032]圖1是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)聯(lián)想記憶電路I。其中包括第一信號(hào)輸入端101，第二信號(hào)輸入端102和信號(hào)輸出端106。電路由兩個(gè)人工神經(jīng)突觸器件M1、M2，一個(gè)定值電阻R和一個(gè)運(yùn)算比較器105構(gòu)成；其中運(yùn)算比較器105可以采用型號(hào)為L(zhǎng)M339的比較器。
[0033]在本發(fā)明實(shí)施例中，定值電阻R阻值的選取需要參考所使用憶阻器的高阻低阻的阻值。一般情況為，定值電阻阻值近似等于憶阻器低阻阻值。比較器105參考電壓的選擇需要根據(jù)所施加信號(hào)在比較其輸入端分壓后的電壓值給出，使不能產(chǎn)生輸出的信號(hào)低于該電壓，能產(chǎn)生輸出的信號(hào)高于該電壓。
[0034]圖2是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)聯(lián)想記憶電路2。其中包括第一信號(hào)輸入端201，第二信號(hào)輸入端202和信號(hào)輸出端206。電路由一個(gè)人工神經(jīng)突觸器件M，兩個(gè)定值電阻R1、R2和一個(gè)運(yùn)算比較器206構(gòu)成；其中運(yùn)算比較器206可以采用型號(hào)為L(zhǎng)M339的比較器。
[0035]在本發(fā)明實(shí)施例中，定值電阻Rl、R2阻值的選取需要參考所使用憶阻器的高阻低阻的阻值。一般情況為，定值電阻阻值近似等于憶阻器低阻阻值(原則上Rl和R2可以都等于憶阻器的低阻阻值，但是Rl的阻值范圍要廣的多，但是不能影響到非條件刺激信號(hào)分壓后對(duì)于整個(gè)電路功能的影響，所以在這里就認(rèn)為等于低阻即可，如果考慮到權(quán)利保護(hù)，再做調(diào)整)。比較器參考電壓的選擇需要根據(jù)所施加信號(hào)在比較其輸入端分壓后的電壓值給出，使不能產(chǎn)生輸出的信號(hào)低于該電壓，能產(chǎn)生輸出的信號(hào)高于該電壓。
[0036]圖3是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)聯(lián)想記憶電路3。其中包括第一信號(hào)輸入端301，第二信號(hào)輸入端305和信號(hào)輸出端306。電路由一個(gè)人工神經(jīng)突觸器件M，兩個(gè)定值電阻R1、R2和一個(gè)運(yùn)算比較器(LM339)307構(gòu)成。其中，定值電阻阻值的選取需要參考所使用憶阻器的高阻低阻的阻值。一般情況為，定值電阻阻值近似等于憶阻器低阻阻值。比較器參考電壓的選擇需要根據(jù)所施加信號(hào)在比較其輸入端分壓后的電壓值給出，使不能產(chǎn)生輸出的信號(hào)低于該電壓，能產(chǎn)生輸出的信號(hào)高于該電壓。
[0037]在本發(fā)明實(shí)施例中，基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路能模擬實(shí)現(xiàn)生物大腦聯(lián)想記憶行為，包括條件刺激和非條件刺激聯(lián)想記憶的形成和遺忘。電路由兩個(gè)信號(hào)輸入端和一個(gè)信號(hào)輸出端構(gòu)成，分別用來(lái)模擬生物聯(lián)想記憶模型中的兩個(gè)感覺(jué)神經(jīng)元和一個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。信號(hào)輸入端由憶阻器構(gòu)成或直接接入，信號(hào)輸出端由電阻及運(yùn)算比較器構(gòu)成；其中憶阻器用作人工神經(jīng)突觸器件。構(gòu)成其輸入端的人工神經(jīng)突觸，對(duì)于不同極性(正或負(fù))的電輸入信號(hào)，其電阻能向不同的方向變化(增大或減小)。其中脈沖時(shí)間依賴的可塑性(STDP)功能為:當(dāng)At > O時(shí)，AW > 0，且隨At指數(shù)衰減；當(dāng)At < O時(shí)，Aff < 0，且隨Λ t指數(shù)衰減。實(shí)現(xiàn)聯(lián)想記憶行為符合生物學(xué)上條件刺激信號(hào)和非條件刺激信號(hào)之間的時(shí)間關(guān)系。實(shí)現(xiàn)聯(lián)想記憶功能的基礎(chǔ)是人工神經(jīng)突觸器件的脈沖時(shí)間依賴突觸可塑性(STDP)。
[0038]當(dāng)條件刺激信號(hào)先于非條件刺激信號(hào)很短或者兩個(gè)信號(hào)同時(shí)輸入，聯(lián)想記憶形成；當(dāng)條件刺激信號(hào)落后于非條件刺激信號(hào)輸入，電路無(wú)法形成聯(lián)想記憶。聯(lián)想記憶已經(jīng)形成后，若同時(shí)輸入條件刺激信號(hào)和非條件刺激信號(hào)，當(dāng)條件刺激信號(hào)先于非條件刺激信號(hào)很長(zhǎng)時(shí)間，聯(lián)想記憶將被遺忘。若持續(xù)單獨(dú)輸入條件刺激信號(hào)，聯(lián)想記憶也將被遺忘。
[0039]參考圖4，本發(fā)明的基于憶阻器的人工神經(jīng)突觸器件包括第一電極層401、第二電極層403和第一電極層401和第二電極層403之間功能材料層402。第一電極層401和功能材料層402、功能材料層402和第二電極層403形成電接觸。其中，功能材料層402可以為氧化物功能材料層，包括 TiOx、TaOx, TOX、CuOx, AlOx, NiOx, HfOx, ZrOx, SiOx, NbOx, VOx 和GeOx等；功能材料層402還可以為硫系化合物功能材料層，包括GeSe、Ag2Se、Ag2S、Cu2S、GeSx, Ge2Sb2Te5, GeTe和AgInSbTe等；功能材料層402還可以為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)功能材料層，包括 SrTi03、BaTi03、BiFeO3、(Pr, Ca) MnO3 和 Laa7Sra3MnO3 等。
[0040]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)突觸的突觸權(quán)重調(diào)節(jié)功能。其中脈沖信號(hào)施加在第二電極403，第一電極401接地，電阻402為第一電極401與第二電極403之間的人工神經(jīng)元100的電阻。
[0041]參考圖5A，表示基于憶阻器的神經(jīng)突觸器件的電阻具有漸變特性，能隨脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)而逐漸改變。當(dāng)脈沖信號(hào)為正，電阻增大；當(dāng)脈沖信號(hào)為負(fù)，電阻減小。正脈沖信號(hào)幅值越大，電阻越大；負(fù)脈沖信號(hào)越小，電阻越小。
[0042]圖5B，表示基于憶阻器的神經(jīng)突觸器件的電阻具有二值開(kāi)關(guān)突變特性。只須輸入的正負(fù)脈沖信號(hào)，神經(jīng)突觸器件的阻態(tài)就能在高阻與低阻之間切換。
[0043]圖6A和6B是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)突觸器件的一種脈沖時(shí)間依賴突觸可塑性(STDP)功能。其中信號(hào)601施加在第一電極401，信號(hào)602施加在第二電極403,信號(hào)603為第一電極401與第二電極403之間的信號(hào)差。
[0044]人工神經(jīng)突觸100的第一電極401是突觸前，第二電極403是突觸后。信號(hào)601施加在第一電極401，為突觸前刺激；信號(hào)602施加在第二電極403上，是突觸后刺激。At為突觸前后刺激的時(shí)間差，當(dāng)突觸前刺激先于突觸后刺激，At > O ;當(dāng)突觸前刺激后于突觸后刺激，At < O。突觸權(quán)重W = 1/R，R為人工神經(jīng)突觸器件電阻，AW為刺激作用前后，突觸權(quán)重的改變量。
[0045]當(dāng)Λ t > 0，突觸前刺激與突觸后刺激之差603的峰值604為負(fù)，在此組突觸前后刺激作用下，人工神經(jīng)突觸的電阻下降，突觸權(quán)重增加。當(dāng)At <0，突觸前刺激與突觸后刺激之差603的峰值605為正，在此組突觸前后刺激作用下，人工神經(jīng)突觸的電阻上升，突觸權(quán)重減小。
[0046]參考圖6B，在前突觸后刺激601和602的共同作用下，人工神經(jīng)突觸能實(shí)現(xiàn)生物上的一種脈沖時(shí)間依賴突觸可塑性(STDP)功能:當(dāng)At > O時(shí)，電阻下降，突觸權(quán)重上升，AW >0，并且AW隨At指數(shù)衰減；當(dāng)At < O時(shí)，電阻上升，突觸權(quán)重下降，AW<0，并且AW隨At指數(shù)衰減。
[0047]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例。在301端施加條件刺激信號(hào)(CS)704，在305端施加非條件刺激信號(hào)(US) 701。人工神經(jīng)突觸器件初始狀態(tài)為高阻態(tài)。單獨(dú)輸入非條件刺激信號(hào)(US) 701，通過(guò)電阻分壓后，比較器輸入端分得信號(hào)702，比較器有信號(hào)輸出703 ;單獨(dú)輸人條件刺激信號(hào)(CS)，通過(guò)高阻態(tài)人工神經(jīng)突觸器件和電阻分壓，由于定值電阻阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于高阻態(tài)人工神經(jīng)突觸器件阻值，比較器輸入端分的電壓可以忽略。比較器沒(méi)有信號(hào)輸出。方波只是電刺激的示意圖，具體要根據(jù)器件憶阻特性來(lái)設(shè)計(jì)。
[0048]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例。在301端施加條件刺激信號(hào)(CS)801，在305端施加非條件刺激信號(hào)(US)802。人工神經(jīng)突觸器件初始狀態(tài)為高阻態(tài)。施加非條件刺激信號(hào)(US)SOl和條件刺激信號(hào)(CS)802，經(jīng)電阻分壓后，在比較器輸入端信號(hào)803主要是非條件刺激信號(hào)(US)802分壓所得，比較器有輸出804。如果施加的兩個(gè)信號(hào)，條件刺激信號(hào)(CS)先于非條件刺激信號(hào)(US) ( Λ t > O)，人工神經(jīng)突觸權(quán)重增加(Λ W > O)，電阻降低，通過(guò)定值電阻分壓增加。再次輸入條件刺激信號(hào)(CS)805時(shí)，經(jīng)過(guò)電阻分壓，比較器輸入端有信號(hào)806，比較器有信號(hào)輸出807，這就是當(dāng)條件刺激信號(hào)(CS)先于非條件刺激信號(hào)(US)很短或者同時(shí)作用，聯(lián)想記憶形成。方波只是電刺激的示意圖，具體要根據(jù)器件憶阻特性來(lái)設(shè)計(jì)。
[0049]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例。在301端施加條件刺激信號(hào)(CS)901，在305端施加非條件刺激信號(hào)(US)902。人工神經(jīng)突觸器件初始狀態(tài)為高阻態(tài)。施加非條件刺激信號(hào)(US)901和條件刺激信號(hào)(CS)902，經(jīng)電阻分壓后，在比較器輸入端信號(hào)903主要是非條件刺激信號(hào)(US) 902分壓所得，比較器有輸出904。如果施加的兩個(gè)信號(hào)，CS落后于US(At<0)，人工神經(jīng)突觸權(quán)重減少(AW<0)，電阻增加，由于電阻已經(jīng)處于高阻態(tài)，此時(shí)對(duì)于定值電阻分壓影響不大，再次輸入條件刺激信號(hào)(CS)時(shí)，比較器沒(méi)有信號(hào)輸出，這就是當(dāng)CS落后于US，不能形成聯(lián)想記憶。方波只是電刺激的示意圖，具體要根據(jù)器件憶阻特性來(lái)設(shè)計(jì)。
[0050]圖1OA是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例。在301端施加條件刺激信號(hào)(CS) 1004，在305端施加非條件刺激信號(hào)(US) 1005。經(jīng)過(guò)實(shí)施例8操作，使器件具有聯(lián)想記憶功能后(認(rèn)知神經(jīng)突觸器件處于低阻狀態(tài))。輸入條件刺激信號(hào)(CS) 1001，經(jīng)過(guò)電阻分壓得到比較器輸入端信號(hào)1002，比較器有信號(hào)輸出1003，施加非條件刺激信號(hào)(US) 1005和條件刺激信號(hào)(CS) 1004，經(jīng)電阻分壓后，在比較器輸入端信號(hào)1006主要是非條件刺激信號(hào)(US) 1005分壓所得，比較器有輸出1007。如果施加的兩個(gè)信號(hào)，非條件刺激信號(hào)1005(US)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于條件刺激信號(hào)(CS) (US要超前于下一周期的CS)，這時(shí)非條件刺激信號(hào)(US) 1005受到下一個(gè)條件刺激信號(hào)(CS) 1004的作用更大，可以認(rèn)為非條件刺激信號(hào)(US) 1005超前于下一周期條件刺激信號(hào)(CS) 1004 ( Λ t < O)，人工神經(jīng)突觸權(quán)重減少(Λ W < O)，電阻增加，定值電阻分壓減少，再次輸入條件刺激信號(hào)(CS)IOOS時(shí)，比較器沒(méi)有信號(hào)輸出，這就是聯(lián)想記憶的遺忘。
[0051]圖1OB是另一種聯(lián)想記憶遺忘方式。當(dāng)在1009端輸入條件刺激，開(kāi)始由于電路已形成聯(lián)想記憶，所以1010端有信號(hào)輸出。之后持續(xù)的施加條件刺激后，突觸權(quán)重持續(xù)減小，比較器輸入端信號(hào)也持續(xù)減小，當(dāng)非條件刺激信號(hào)達(dá)到一定數(shù)目時(shí)，1010端將沒(méi)有信號(hào)輸出，聯(lián)想記憶被遺忘。其中方波只是電刺激的示意圖，具體要根據(jù)器件憶阻特性來(lái)設(shè)計(jì)。
[0052]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路，其特征在于，用于模擬生物的聯(lián)想記憶行為；所述聯(lián)想記憶電路包括第一憶阻器Ml、第二憶阻器M2、定值電阻R和運(yùn)算比較器(105)； 所述第一憶阻器Ml的一端作為所述聯(lián)想記憶電路的第一輸入端(101)，所述第一憶阻器Ml的另一端連接至所述運(yùn)算比較器(105)的第一輸入端； 所述第二憶阻器M2的一端作為所述聯(lián)想記憶電路的第二輸入端(102)，所述第二憶阻器M2的另一端連接至所述運(yùn)算比較器(105)的第一輸入端； 所述定值電阻R的一端連接至所述運(yùn)算比較器(105)的第一輸入端，所述定值電阻R的另一端接地； 所述運(yùn)算比較器(105)的第二輸入端用于連接參考電壓，所述運(yùn)算比較器(105)的輸出端作為所述聯(lián)想記憶電路的輸出端(106)； 所述聯(lián)想記憶電路的第一輸入端(101)和第二輸入端(102)分別用于接收條件刺激信號(hào)和非條件刺激信號(hào)，所述聯(lián)想記憶電路的輸出端(106)用于輸出反應(yīng)信號(hào)。
2.一種基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路，其特征在于，用于模擬生物的聯(lián)想記憶行為；所述聯(lián)想記憶電路包括憶阻器M、第一電阻R1、第二電阻R2和運(yùn)算比較器(205)； 所述憶阻器M的一端作為所述聯(lián)想記憶電路的第一輸入端(201)，所述憶阻器M的另一端連接至所述運(yùn)算比較器(205)的第一輸入端； 所述第一電阻Rl的一端作為所述聯(lián)想記憶電路的第二輸入端(202)，所述第一電阻Rl的另一端連接至所述運(yùn)算比較器(205)的第一輸入端； 所述第二電阻R2的一端連接至所述運(yùn)算比較器(205)的第一輸入端，所述第二電阻R2的另一端接地； 所述運(yùn)算比較器(205)的第二輸入端用于連接參考電壓，所述運(yùn)算比較器(205)的輸出端作為所述聯(lián)想記憶電路的輸出端(206)； 所述聯(lián)想記憶電路的第一輸入端(201)和第二輸入端(202)分別用于接收條件刺激信號(hào)和非條件刺激信號(hào)，所述聯(lián)想記憶電路的輸出端(206)用于輸出反應(yīng)信號(hào)。
3.一種基于憶阻器的聯(lián)想記憶電路，其特征在于，用于模擬生物的聯(lián)想記憶行為；所述聯(lián)想記憶電路包括憶阻器M、第一電阻R1、第二電阻R2和運(yùn)算比較器(307)； 所述第一電阻Rl和所述憶阻器M依次串聯(lián)在所述運(yùn)算比較器(307)的第一輸入端，所述憶阻器M的非串聯(lián)連接端作為所述聯(lián)想記憶電路的第一輸入端(301)； 所述第一電阻Rl和所述憶阻器M的串聯(lián)連接端作為所述聯(lián)想記憶電路的第二輸入端(305)； 所述第二電阻R2的一端連接至所述運(yùn)算比較器(307)的第一輸入端，所述第二電阻R2的另一端接地； 所述運(yùn)算比較器(307)的第二輸入端用于連接參考電壓，所述運(yùn)算比較器(307)的輸出端作為所述聯(lián)想記憶電路的輸出端(306)； 所述聯(lián)想記憶電路的第一輸入端(301)和第二輸入端(305)分別用于接收條件刺激信號(hào)和非條件刺激信號(hào)，所述聯(lián)想記憶電路的輸出端(306)用于輸出反應(yīng)信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的聯(lián)想記憶電路，其特征在于，當(dāng)條件刺激信號(hào)先于非條件刺激信號(hào)很短或者兩個(gè)信號(hào)同時(shí)輸入時(shí)，所述聯(lián)想記憶電路形成聯(lián)想記憶；當(dāng)條件刺激信號(hào)落后于非條件刺激信號(hào)輸入時(shí)，所述聯(lián)想記憶電路無(wú)法形成聯(lián)想記憶；當(dāng)聯(lián)想記憶已經(jīng)形成后，若同時(shí)輸入條件刺激信號(hào)和非條件刺激信號(hào)，當(dāng)條件刺激信號(hào)先于非條件刺激信號(hào)很長(zhǎng)時(shí)間，聯(lián)想記憶將被遺忘；若持續(xù)單獨(dú)輸入條件刺激信號(hào)，聯(lián)想記憶也將被遺忘。
5.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的聯(lián)想記憶電路，其特征在于，所述定值電阻R的阻值近似等于憶阻器低阻阻值。
6.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的聯(lián)想記憶電路，其特征在于，所述參考電壓的值根據(jù)所施加信號(hào)在比較器第一輸入端的電壓值來(lái)確定。
7.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的聯(lián)想記憶電路，其特征在于，所述憶阻器包括依次電連接的第一電極層(401)、功能材料層(402)和第二電極層(403)。
8.如權(quán)利要求7所述的聯(lián)想記憶電路，其特征在于，所述功能材料層為氧化物功能材料層 TiOx、TaOx、WOx、CuOx、AlOx、NiOx、HfOx、ZrxO、SiOx、NbOx、VOx 或 GeOx。
9.如權(quán)利要求7所述的聯(lián)想記憶電路，其特征在于，所述功能材料層為硫系化合物功能材料層 GeSe、 Ag2Se、 Ag2S、 Cu2S、GeSx、Ge2Sb2Te5、 GeTe 或 AgInSbTe。
10.如權(quán)利要求7所述的聯(lián)想記憶電路，其特征在于，所述功能材料層為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)功能材料層 SrTiO3、BaTiO3、 BiFeO3、 CaMnO3、 PrMnO3 或 La0.7Sr0.3ΜnO3。
【文檔編號(hào)】H03K19/00GK103580668SQ201310516829
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】繆向水, 李祎, 許磊, 鐘應(yīng)鵬 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)