[發(fā)明專利]一種基于分?jǐn)?shù)階憶阻器陣列的加權(quán)求和電路及其使用方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110670536.4
• 申請(qǐng)日: 2021-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN113487011A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 甘朝暉;楊柳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06N3/04
• 分類號(hào): G06N3/04;G06N3/063
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

1.一種基于分?jǐn)?shù)階憶阻器陣列的加權(quán)求和電路，其特征在于所述加權(quán)求和電路中：

i表示分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)組成的陣列(101)中的行數(shù)，1≤i≤M，

j表示分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)組成的陣列(101)中的列數(shù)，1≤j≤N；

所述加權(quán)求和電路是由一個(gè)M×N分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)組成的陣列(101)和N個(gè)電流采樣電路(103)構(gòu)成；

第1行電壓輸入端子r₁通過連接線與N個(gè)分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)各自對(duì)應(yīng)的端子R_M0分別連接，……，第i行電壓輸入端子r_i通過連接線與N個(gè)分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)各自對(duì)應(yīng)的端子R_M0分別連接，……，第M行電壓輸入端子r_M通過連接線與N個(gè)分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)各自對(duì)應(yīng)的端子R_M0分別連接；

第1列電壓輸入端子c₁通過連接線與M個(gè)分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)各自對(duì)應(yīng)的端子R_M1分別連接，……，第j列電壓輸入端子c_j通過連接線與M個(gè)分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)各自對(duì)應(yīng)的端子R_M1分別連接，……，第N列電壓輸入端子c_N通過連接線與M個(gè)分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)各自對(duì)應(yīng)的端子R_M1分別連接；

第1行第1列的電壓輸入端子A₁₁通過連接線與第1行第1列的分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)端子R_M2連接，……；第i行第1列的電壓輸入端子A_i1通過連接線與第i行第1列的分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)端子R_M2連接，……；第M行第1列的電壓輸入端子A_M1通過連接線與第M行第1列的分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)端子R_M2連接；

……；

第1行第N列的電壓輸入端子A_1N通過連接線與第1行第N列的分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)端子R_M2連接，……，第i行第N列的電壓輸入端子A_iN通過連接線與第i行第N列的分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)端子R_M2連接，……，第M行第N列的電壓輸入端子A_MN通過連接線與第M行第N列的分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)端子R_M2連接；

所述電流采樣電路(103)由第一電阻(201)、運(yùn)算放大器(202)、第三電阻(203)、第二電阻(204)和采樣電阻(205)組成；電流采樣電路(103)的輸入端I_j與采樣電阻(205)的端子R_c1和第一電阻(201)的端子R₁₁分別連接；第一電阻(201)的端子R₁₂與運(yùn)算放大器(202)的端子V₊連接，第三電阻(203)的端子R₃₁與運(yùn)算放大器(202)的端子V_-和第二電阻(204)的端子R₂₂分別連接，采樣電阻(205)的端子R_c2、第二電阻(204)的端子R₂₁分別與GND連接；電流采樣電路(103)的輸出端V_outj分別與運(yùn)算放大器(202)的端子V_o和第三電阻(203)的端子R₃₂連接；

所述M×N分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)組成的陣列(101)中第j列電壓輸入端子c_j與第j個(gè)電流采樣電路(103)的輸入端I_j連接。

2.一種基于分?jǐn)?shù)階憶阻器陣列的加權(quán)求和電路的使用方法，其特征在于所述使用方法是：

步驟一、阻值調(diào)整

在第1行第1列的電壓輸入端子A₁₁與GND之間施加一個(gè)第1行第1列的階次控制信號(hào)U₁₁，……，在第i行第j列的電壓輸入端子A_ij與GND之間施加一個(gè)第i行第j列的階次控制信號(hào)U_ij，……，在第M行第N列的電壓輸入端子A_MN與GND之間施加一個(gè)第M行第N列的階次控制信號(hào)U_MN；以改變每個(gè)分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)的階次；

第1行電壓輸入端子r₁與GND之間施加第1行的正電壓脈沖信號(hào)U_r1，……，第i行電壓輸入端子r_i與GND之間施加第i行的正電壓脈沖信號(hào)U_ri，……，第M行電壓輸入端子r_M與GND之間施加第M行的正電壓脈沖信號(hào)U_rM；第1行的正電壓脈沖信號(hào)U_r1、……、第i行的正電壓脈沖信號(hào)U_ri、……、第M行的正電壓脈沖信號(hào)U_rM均相同；

第1列電壓輸入端子c₁與GND之間施加第1列的正電壓脈沖信號(hào)U_c1，……，第j列的電壓輸入端子c_j與GND之間施加第j列的正電壓脈沖信號(hào)U_cj，……，第N列電壓輸入端子c_N與GND之間施加第N列的正電壓脈沖信號(hào)U_cN，使每個(gè)分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)的阻值為目標(biāo)阻值；第1列的正電壓脈沖信號(hào)U_c1、……、第j列的正電壓脈沖信號(hào)U_cj、……、第N列的正電壓脈沖信號(hào)U_cN均相同；

第i行的正電壓脈沖信號(hào)U_ri的脈沖寬度t_ri和第j列的正電壓脈沖信號(hào)U_cj的脈沖寬度t_cj相同，第i行的正電壓脈沖信號(hào)U_ri的幅值A(chǔ)_ri和第j列的正電壓脈沖信號(hào)U_cj的幅值A(chǔ)_cj不同；

所述第i行第j列分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)的目標(biāo)阻值：

式(1)中：

R_mij表示第i行第j列分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)的目標(biāo)阻值，Ω，

R_in表示分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)的初始阻值，Ω，

R_on表示分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)阻值的變化下限，Ω，

R_off表示分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)阻值的變化上限，Ω，

α_ij表示第i行第j列分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)的分?jǐn)?shù)階階次，所述第i行第j列分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)的分?jǐn)?shù)階階次等于第i行第j列的電壓輸入端子A_ij與GND之間施加一個(gè)第i行第j列的階次控制信號(hào)U_ij的電壓值，

k表示分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)材料的常量，S^-1V^-1，

t_ri表示第i行的正電壓脈沖信號(hào)U_ri的脈沖寬度，S，

A_ri表示第i行電壓輸入端子r_i與GND之間施加第i行的正電壓脈沖信號(hào)U_ri的幅值，V，

A_cj表示第j列電壓輸入端子c_j與GND之間施加第j列的正電壓脈沖信號(hào)U_cj的幅值，V；

步驟二、加權(quán)求和

在第1行第1列的電壓輸入端子A₁₁與GND之間施加另一個(gè)第1行第1列的階次控制信號(hào)U′₁₁，……，在第i行第j列的電壓輸入端子A_ij與GND之間施加另一個(gè)第i行第j列的階次控制信號(hào)U′_ij，……，在第M行第N列的電壓輸入端子A_MN與GND之間施加另一個(gè)第M行第N列的階次控制信號(hào)U＇_MN，使得每個(gè)分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)的階次相同；第1行第1列的階次控制信號(hào)U′₁₁、……、第i行第j列的階次控制信號(hào)U′_ij、……、第M行第N列的階次控制信號(hào)U＇_MN的幅值均為1.6V；

第1行電壓輸入端子r₁與GND之間施加另一個(gè)第1行的正電壓脈沖信號(hào)U＇_r1，……，第i行電壓輸入端子r_i與GND之間施加另一個(gè)第i行的正電壓脈沖信號(hào)U′_ri，……，第M行電壓輸入端子r_M與GND之間施加另一個(gè)第M行的正電壓脈沖信號(hào)U＇_rM；第1行的正電壓脈沖信號(hào)U＇_r1、……、第i行的正電壓脈沖信號(hào)U′_ri、……、第M行的正電壓脈沖信號(hào)U＇_rM均相同，第1行的正電壓脈沖信號(hào)U＇_r1、……、第i行的正電壓脈沖信號(hào)U′_ri、……、第M行的正電壓脈沖信號(hào)U＇_rM的電壓脈沖寬度t＇_ri均為1μs；

所述第j個(gè)電流采樣電路(103)的輸出電壓：

式(2)中：

U_outj表示第j個(gè)電流采樣電路(103)輸出端V_outj的電壓，V，

A′_ri表示第i行電壓輸入端子r_i與GND之間施加另一個(gè)第i行的正電壓脈沖信號(hào)U′_ri的幅值，V，

R_mij表示第i行第j列分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)的目標(biāo)阻值，Ω，

R₂表示第二電阻(204)的阻值，Ω，

R₃表示第三電阻(203)的阻值，Ω，

R_c表示采樣電阻(205)的阻值，Ω；

所述加權(quán)求和電路中第j列加權(quán)求和的結(jié)果為：

式(3)中：

R₂表示第二電阻(204)的阻值，Ω，

R₃表示第三電阻(203)的阻值，Ω，

R_c表示采樣電阻(205)的阻值，Ω，

U_outj表示第j個(gè)電流采樣電路(103)輸出端V_outj的輸出電壓，V；

將式(2)帶入式(3)，所述加權(quán)求和電路中第j列加權(quán)求和的結(jié)果為：

式(4)中：

A′_ri表示第i行電壓輸入端子r_i與GND之間施加另一個(gè)第i行的正電壓脈沖信號(hào)U′_ri的幅值，V，

R_mij表示第i行第j列分?jǐn)?shù)階憶阻器(102)的目標(biāo)阻值，Ω。