Схема нейрона
NEURON CIRCUIT

Предлагаемое изобретение относится к Компьютерным системам, основанным на биологических моделях, и может быть использовано при разработке аппаратной реализации нейронной сети.
Известна схема нейрона US 3476954, G06G 7/12, H03K 19/08, 19/12 4.11.1969, включающая операционный усилитель и симулирующую переходную характеристику биологического нейрона. Однако указанное устройство имеет значительные размеры за счет наличия в нем операционного усилителя и большого количества резисторов.
Кроме того, известна схема нейрона US 20020167332 A1, H03K 19/23, 14.11.2002, являющаяся прототипом предлагаемого изобретения, содержит синапс, выполненный на 3 транзисторах, один из которых контролируется с помощью взвешенного ввода, и тело нейрона, соединенное с указанным синапсом, состоящее из 5 транзисторов и включающее в себя токовое зеркало, схему суммирования и схему инвертора.
Однако, указанная схема тела нейрона не обеспечивает достаточно широкую рабочую зону выходной пары транзисторов.
Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является реализация схемы нейрона, с телом нейрона, обеспечивающим более широкую рабочую зону выходной пары транзисторов.
Поставленная задача достигается тем что, схема нейрона содержит по меньшей мере один синапс и одно тело нейрона, отличающаяся тем, что синапс содержит нелинейный элемент преобразования напряжения в ток, реализованный на одном транзисторе, преобразователь тока, реализованный на одном транзисторе для положительного коэффициента преобразования и одном транзисторе для отрицательного коэффициента преобразования, и выполняющий роль управляемого весового коэффициента, преобразующего ток, поступающий от преобразователя напряжения в ток, а тело нейрона содержит токовое зеркало для отрицательных коэффициентов  преобразования, на вход которого поступает ток от преобразователя тока с отрицательным коэффициентом преобразования, реализованное на двух транзисторах, и элемент преобразования тока в напряжение, реализованный на токовом зеркале, на вход которого поступает ток от преобразователя тока с положительным коэффициентом преобразования а также токового зеркала для отрицательных коэффициентов преобразования, выполненном на двух транзисторах, и транзисторе, преобразующем ток от токового зеркала в напряжение.
На чертеже приведена принципиальная схема нейрона.
Схема нейрона включает в себя по меньшей мере один синапс 1 и тело нейрона 2. Синапс содержит инвертор тока, образованный транзистором 3, а также преобразователь тока, образованный транзистором 4 для отрицательного коэффициента преобразования и транзистором 5 для положительного коэффициента преобразования. Блок синапсов 1 включает в себя три транзистора n-типа 3-5. Стоки транзисторов 4 и 5 подключены к входам 6, 7, соответственно. Входы 6, 7 предназначены для подключения непоказанных на рисунке синапсов, если всего синапсов более одного. Затворы транзисторов 4 и 5 соединены с входами 8 и 9, соответственно. Истоки транзисторов 4, 5 соединены со стоком транзистора 3. Затвор транзистора 3 соединен со входом 10, и исток транзистора 3 соединен с землей.
Блок-схема тела нейрона 2 включает в себя токовое зеркало, а также преобразователь тока в напряжение, образованный токовым зеркалом и транзистором. Схема токового зеркала включает в себя два транзистора р-типа 11 и 12. Сток транзистора 11 и затворы транзисторов 11 и 12 соединены со входом 6. Сток транзистора 12 соединен со входом 7.
Преобразователь тока в напряжение, образован токовым зеркалом на транзисторах р-типа 13 и 14, и транзистором 15. Затворы транзисторов 13 и 14 соединены со стоком транзистора 12 и входом 7. Сток транзистора 15 соединен со стоком транзистора 14 и с выходом 16. Затвор транзистора 15 соединен с истоками транзисторов 13, 14. Исток транзистора 15 соединен с землей.
Схема нейрона работает следующим образом: входное напряжение поступает на вход 10 синапса 1, т.к. вход 10 соединен со входом транзистора 3, следовательно, входное напряжение поступает на вход преобразователя напряжения в ток 3, полученные токи поступают на преобразователи тока 4 и 5, где преобразуются в соответствии с поданными на преобразователи тока напряжениями управления весовыми коэффициентами. На вход синапса 9 поступает напряжение управления положительным весовым коэффициентом, и на вход 8 поступает напряжение управления отрицательным весовым коэффициентом. После этого токи от преобразователей с отрицательным коэффициентом преобразования разных синапсов (если в схеме несколько синапсов) суммируются между собой и поступают на токовое зеркало 11-12. Токи от преобразователей с положительным коэффициентом преобразования суммируются между собой, из них вычитаются ток от токового зеркала. Результирующий ток поступает на вход преобразователя тока в напряжение 13-15, где преобразуется в выходное напряжение. Это напряжение поступает на выход 16. Синапсы и тело нейрона имеют нелинейный коэффициент преобразования.
Техническим результатом является реализация схемы нейрона, с телом нейрона, обеспечивающим более широкую рабочую зону выходной пары транзисторов за счет использования преобразователя тока в напряжение, выполненного на токовом зеркале и транзисторе.