在尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(SNNs)工作過(guò)程中，需要將真實(shí)世界的模擬信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為編碼的電脈沖信號(hào)。此類人工神經(jīng)元傳感器的設(shè)計(jì)和制備仍面臨挑戰(zhàn)。本研究采用閾值開(kāi)關(guān)(TS)憶阻器和二階RC塊構(gòu)成的穩(wěn)定神經(jīng)元電路，提出了一種SNN兼容的尖峰模式傳感器，將模擬電流信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)編碼的尖峰信號(hào)，實(shí)時(shí)傳送給SNNs。這種設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)時(shí)間延遲的尖峰發(fā)射，在低電壓下工作，并提供較寬的信號(hào)響應(yīng)范圍，實(shí)現(xiàn)多種脈沖編碼策略。 01 圖1給出尖峰模式傳感器的結(jié)構(gòu)，包括傳統(tǒng)的電流模式傳感單元，如光電探測(cè)器，以及神經(jīng)元電路。這些電流模式傳感器產(chǎn)生電流信號(hào)，其強(qiáng)度與外部刺激的強(qiáng)度相關(guān)。隨后，神經(jīng)元電路將該電流轉(zhuǎn)換為編碼的尖峰信號(hào)，并與SNN網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫對(duì)接。因此，尖峰模式傳感器具有同時(shí)接收環(huán)境刺激和編碼電脈沖的能力。 圖1 生物感覺(jué)器官與脈沖模式傳感器 神經(jīng)元電路包括電流模式傳感器， RC振蕩部分(Csum, Rin)，TS憶阻器作為閾值開(kāi)關(guān)，能量供應(yīng)模塊(Vdd, Rs)和輸出部分(Cc, Route)。傳統(tǒng)傳感器產(chǎn)生輸入電流(It)，其強(qiáng)度與信號(hào)強(qiáng)度相關(guān)。神經(jīng)元回路產(chǎn)生一個(gè)尖峰序列作為輸出。采用電流模式操作使神經(jīng)元電路具有良好的特性，如強(qiáng)大的抗干擾能力、擴(kuò)展的傳播距離以及與物理環(huán)境的兼容性。（圖2） 圖 2基于TS記憶器的電流模式神經(jīng)元傳感電路 與傳統(tǒng)1C1R電路相比，本文的脈沖傳感加入了二階RC本分并通過(guò)電流模式輸入信號(hào)，從而使器件能夠在較低電位下工作。如圖3所示，與1C1R電路相比，我們提出的電路在尖峰放電中沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的延遲。這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了我們的神經(jīng)元電路在準(zhǔn)確編碼SNN信息方面的優(yōu)勢(shì)。 圖3 脈沖傳感對(duì)連續(xù)信號(hào)的穩(wěn)定無(wú)延遲響應(yīng) 通過(guò)采用本研究中的人工感覺(jué)神經(jīng)元作為SNN輸入層用于圖像訓(xùn)練和識(shí)別任務(wù)，我們?cè)贛NIST數(shù)據(jù)集上實(shí)現(xiàn)了87.58%的識(shí)別準(zhǔn)確率，展現(xiàn)了神經(jīng)編碼的可靠性。我們的研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了人工感覺(jué)神經(jīng)元作為物理環(huán)境和SNN框架之間的關(guān)鍵接口的應(yīng)用潛力。（圖4） 圖4 尖峰模式傳感器作為SNN的輸入層應(yīng)用于數(shù)字圖像識(shí)別 本文還提供了該電路的解析分析方法和SPICE模型。 02 李德力，福建師范大學(xué)，副教授。 研究方向： 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和憶阻器 半導(dǎo)體器件物理，理論物理 楊思邈，福建師范大學(xué)（碩士研究生），中國(guó)先進(jìn)技術(shù)研究院（博士）
