前馈人工神经网络的硬件实现研究

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jimiwison
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
人工神经网络(ANN)是一种力图建立人脑神经活动的数学模型,进而模仿人脑结构及其功能的信息处理系统。人工神经网络能够大规模并行处理信息,具有自组织、自适应、自学习能力和容错性的优点。人工神经网络的实现方法主要有软件实现和硬件实现。传统的软件实现方法无法实现并行计算,处理速度有限,难于满足实时性的要求,使得应用研究跟不上理论研究。而采用硬件方法实现的神经网络则克服了前者的缺点,能够充分体现人工神经网络并行处理信息的特点。模拟电路结构简单、功耗低、处理速度快、占片面积小,适合用来实现结构复杂的神经网络。但是,相对于设计方法成熟、精度高而且扩展性好的数字电路,模拟电路需要同时考虑功耗、速度、精度、增益、带宽、摆幅、电源电压等各个方面的影响并进行折衷处理,这正是模拟VLSI(Very Large Scale Integration)技术始终没有取得突破的原因。本文运用TMSC0.35μm标准CMOS工艺设计了前馈人工神经网络的各单元模块电路,进而利用提出的单元模块电路实现了前馈人工神经网络系统的设计,并探讨了其应用,本论文做的主要工作有:(1)采用两个平方电路分别为两个基本差分式OTA提供偏置电流,实现了一种跨导宽范围线性可调全差分OTA(LOTA)。提出的LOTA解决了电压输入范围和跨导调节范围不能同时增大的矛盾,实现了跨导增益从负到正的范围内连续线性调节,因而满足神经网络突触电路的要求。(2)在AB类电流镜基础上采用两个跨导线性环电路,设计了一个高精度电流模式四象限模拟乘法器。Pspice仿真测试结果表明提出的乘法器具有精度高、输入范围广、线性度好、功耗低等优点,可作为电流输入的突触电路应用于神经网路中。(3)为了解决神经元激活函数电路结构复杂、参数不可调、与突触电路不匹配的问题,基于跨导线性环和基本差分跨导电路,提出了一种神经元双极性Sigmoid激活函数及其导函数发生器,该函数发生器结构简单、易于编程。通过改变外部偏置电流和电压可调节函数的幅值、阈值和增益因子。(4)为了克服传统单层感知器不能解决异或问题以及对线性不可分数据进行分类的缺点,提出了一个神经元梯形激活函数电路,电路结构简单,仅由一个减法电路和两个阈值函数电路构成。(5)利用提出的单元模块电路实现了前馈人工神经网络的设计,并探讨了其应用,实现的神经网络可用于解决异或问题,实现一维、多维数据分类。(6)简要介绍了版图设计的一般规则、基本流程、工具平台以及应对外部干扰的防护措施,采用Cadence软件的Virtuoso Layout Editor对LOTA、电流模式乘法器、双极性Sigmoid函数和梯形函数电路等神经网络单元模块电路进行了版图设计。
其他文献
疫情形势趋缓,很多企事业单位复工复产.rn一个特殊的超长假期之后,那些备受“居家工作”困扰的人们纷纷跪求“让我回单位上班吧”,而那些要陷入经济困境的人们更是迫切要求返
期刊
GPRS(General Packet Radio Service)通用无线分组业务,是一种基于GSM系统的无线分组交换技术,提供端到端的、广域的无线IP连接,因为具有传输速率快、运营费用低、可靠性高、开发方便等明显的优点,十分适用于远程控制以及数据采集,尤其是广泛应用于环境恶劣的油田、发电等多种工业现场,本文介绍了一种基于GPRS的开关磁阻电机控制器远程控制调速系统以及进行数据采集的系统,包括其
随着科学技术的迅猛发展,工程中超急速热传导和微尺度热传导问题越来越多的出现,采用经典的Fourier导热定律计算会造成较大误差。本文在总结和评述前人研究成果的基础上,采用广
随着电力电子技术的迅速发展以及现代工业发展的需要,电力电子器件的大规模使用,对电网造成了较大的冲击,尤其以其中的谐波污染问题最为严重。谐波危害着电力系统的正常运行,尤其在一些对电能质量要求较高的生产企业,谐波污染更为严重,谐波治理问题刻不容缓。APF正逐渐成为解决谐污染问题的主要手段,而谐波电流检测作为APF工作的关键环节之一,其检测性能的优越与否直接关系到APF的运行性能,因此一直是致力于研究A
大多数复合材料都不同程度地存在着蠕变与应力松弛等粘弹性现象,关于材料应力松弛行为的研究和预测不仅能使我们正确认识复合材料长期服役时的失效机制,同时也为复合材料的设计
温度是工业和农业生产、科学实验和日常生活中需要普遍进行测量和控制的一个重要物理量,是与生活密切相关。以温度测量与控制的典型工程实例为对象,开设温度测控实验,可以引
看过中医的人都知道,“伸舌头”是一个必须环节.这叫舌诊或观舌象,属于中医望诊的范畴,是中医诊断疾病的一个重要手段.rn舌象是反映人体健康的晴雨表.舌为心之苗,脾之外候,舌
期刊
气体绝缘变电站(GIS)中的分合闸操作产生的陡波前过电压(VFTO)会使连接到GIS的变压器发生故障,甚至造成严重损坏。因此,研究VFTO对变压器的影响具有重要意义。本文采用了一种集中参数电路模型来研究变压器绕组在VFTO下的暂态电位分布。在对电路模型进行降阶处理时,以前的Pade逼近算法不能保证系统的稳定性。基于此,本文采用了Arnoldi算法对电压传输函数进行降阶。利用网络综合的方法对降阶后的
由于传统的观念和经验,人们对缺陷都有很强的排斥感,都会认为如果结构中存在缺陷就会带来不好的影响,但是由于所有的构件和材料在制造或生产的同时都会产生缺陷(裂纹、空洞、夹