一种应用于图像识别领域的忆阻器感存算一体电路结构的制作方法

技术特征：

1.一种应用于图像识别领域的忆阻器感存算一体电路结构，包括忆阻器阵列模块、外部擦写电路模块与运算电路模块；其特征在于，

所述忆阻器阵列模块包括正权值忆阻器阵列模块与负权值忆阻器阵列模块，所述正权值忆阻器阵列模块与负权值忆阻器阵列模块结构相同、均包括呈阵列分布的m×n个忆阻器；所述正权值忆阻器阵列模块中，忆阻器的第一端连接于输入行线rlm上、第二端连接于输出列线上；所述负权值忆阻器阵列模块中，忆阻器的第一端连接于输入行线rlm上、第二端连接于输出列线上；所述忆阻器与忆阻器对应设置、共同构成一组忆阻器组；所述输入行线rlm连接输入电压vin,m，n＝1,2,...,n，m＝1,2,...,m；

所述外部擦写电路模块耦接到忆阻器阵列模块中的每一个忆阻器的两端；

所述运算电路模块包括：n个运算单元，每个运算单元由第一电流转电压电路模块、第二电流转电压电路模块与减法电路模块构成；其中，针对第n个运算单元，第一电流转电压电路模块的输入端连接输出列线第二电流转电压电路模块的输入端连接输出列线第一电流转电压电路模块与第二电流转电压电路模块的输出分别输入减法电路模块，减法电路模块的输出端作为忆阻器感存算一体电路结构的输出端，共n个输出端。

2.按权利要求1所述应用于图像识别领域的忆阻器感存算一体电路结构，其特征在于，所述正权值忆阻器阵列模块中还包括与忆阻器同分布的m×n个二极管，其中，二极管的负极连接于忆阻器的第一端、二极管的正极连接于行线rlm上；所述负权值忆阻器阵列模块中还包括与忆阻器同分布的m×n个二极管，其中，二极管的负极连接于忆阻器的第一端、二极管的正极连接于行线rlm上。

3.按权利要求1所述应用于图像识别领域的忆阻器感存算一体电路结构，其特征在于，所述正权值忆阻器阵列模块中还包括与忆阻器同分布的m×n个mos晶体管，其中，mos晶体管的源极连接于忆阻器的第一端，mos晶体管的漏极连接于行线rlm上，mos晶体管的栅极连接控制信号所述负权值忆阻器阵列模块中还包括与忆阻器同分布的m×n个mos晶体管，其中，mos晶体管的源极连接于忆阻器的第一端，mos晶体管的漏极连连接于行线rlm上，mos晶体管的栅极连接控制信号

4.按权利要求1所述应用于图像识别领域的忆阻器感存算一体电路结构，其特征在于，所述应用于图像识别领域的忆阻器感存算一体电路结构的图像识别过程包括以下步骤：

步骤1.电路结构初始化；

设忆阻器阵列模块中所有忆阻器的初始状态为高阻态z，图像类别数为n，待识别图像的尺寸为m×m；

针对正权值忆阻器阵列模块，通过外部擦写电路模块于每一个忆阻器两端施加预设正向电压，使每一个忆阻器由高阻态编写到其对应的预设低阻态初值g′m,n：

则正权值忆阻器阵列模块中所有输出列线的初始输出电流为：

同理，负权值忆阻器阵列模块中所有输出列线的输出电流为：

由所述运算电路模块中电流转电压电路模块分别将正、负权值忆阻器阵列模块的传感电流转换为电压信号，依次为：

并由减法电路模块输出电路初始化后的初始运算值：

步骤2.图像信息传感；

采用忆阻器阵列模块作为图像传感器阵列；

针对正权值忆阻器阵列模块，当图像信息输入时，相应位置的忆阻器的电导变化为低阻态传感值g″m,n：

则正权值忆阻器阵列模块中所有输出列线的输出电流为：

同理，负权值忆阻器阵列模块中所有输出列线的输出电流为：

由所述运算电路模块中电流转电压电路模块分别将正、负权值忆阻器阵列模块的传感电流转换为电压信号，依次为：

并由减法电路模块输出电路完成图像信息传感后得到的识别运算值：

步骤3.图像识别；

将初始运算值和识别运算值输出到后续电路，进行存储和运算，运算规则为：

其中，vout1～voutn中最大值对应的图像类别，即为最终图像识别结果。

技术总结
本发明属于半导体器件与集成电路技术领域，提供一种应用于图像识别领域的忆阻器感存算一体电路结构，旨在利用具有光电特性和存储特性的忆阻器与CMOS集成电路进行单片集成，进而实现图像信息传感、存储及运算的完整过程。本发明充分利用了忆阻器的光电特性和存储特性，将忆阻器器件作为图像信息传感器件和存储单元，并结合相应的运算电路模块，实现了在单片上同时集成传感、存储与运算的电路功能模块；同时，本发明还结合二极管和MOS晶体管进行电路结构的优化。综上，本发明中应用于图像识别领域的忆阻器感存算一体电路结构能够用于图像传感、图像识别等应用领域，且具有体积小、速度快、功耗低、集成度高、成本低、抗干扰能力强的特点。

技术研发人员：胡绍刚;周桐;王宇婷;黄家;刘洋
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2021.04.08
技术公布日：2021.07.27