A low power real time izhikevich neuron with synchronous network behavior
Yükleniyor...
Dosyalar
Tarih
2013
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
İstanbul Ticaret Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
This paper presents a low power, compact VLSI implementation of a silicon neuron based on Izhikevich neuron model and synchronous network behavior of three coupled neurons, operating at biological timescale. The neuron circuit consists of two first order log domain filters, each corresponding to a variable of the neuron model, a positive feedback and resetting circuitry. The filters and as well as the other parts of the design involve source shifted transistors and active diode connections in order to operate at very low current levels yielding low power consumption and large time constants realized with small capacitances. The resetting circuitry contains cascaded simple differential pairs serving as comparators. The inphase and n -phase synchronization behaviors as a possible network dynamics of three coupled neurons are also presented. The coupling is provided by a synapse circuit which is again a first order log domain filter with sigmoid steady state and time constant functions. These sigmoid functions are obtained by using a simple differential pair and translinear loop current multipliers. The log domain design and current -mode operation in a 0.15 µm CMOS process results in low area and sub nano watt power consumption during real time scale operation which makes the circuit suitable for hybrid interface applications or large scale VLSI neuromorphic networks as a hard ware simulation tool for computational neuroscience.
Bu çalışmada, Izhikevich sinir hücresi modelini esas alan düşük güçlü, kompakt ve gerçek zamanlı VLSI bir silikon sinir hücresi gerçeklemesi ile üç hücrenin kuplajından oluşan bir ağın senkron davranışı sunulmuştur. Sinir hücresi devresi, her biri bir değişkene karşılık gelen iki tane birinci derece logaritmik tanım bölgesi filtresinden, pozitif geri besleme ve resetleme alt devrelerinden oluşmaktadır. Filtreler ve diğer devre kısımları, düşük güç tüketimi sağlamak üzere düşük akım seviyelerinde çalışabilmek ve küçük kapasite değerleriyle büyük zaman sabitleri elde edebilmek için, ötelenmiş kaynak gerilimli transistörler, aktif diyot bağları içermektedir. Resetleme alt devresi, karşılaştırıcı olarak kaskat bağlanmış basit fark kuvvetlendiricileri içermektedir. Muhtemel bir ağ dinamiği olarak, kuple edilmiş üç nöronun aynıfazlı ve n-fazlı senkronizasyon davranışları da sunulmuştu r. Kuplaj, sigmoid sürekli hal ve zaman sabitine sahip bir birinci derece logaritmik tanım bölgesi filtresinden oluşan bir sinaps devresiyle sağlanmıştır. Bu sigmoid fonksiyonlar, basit bir fark kuvvetlendirici ve translinear çevrimli akım çarpıcılar kullanılarak elde edilmiştir. Logaritmik tanım bölgesinde 0.15 µm CMOS parametreli akım modlu bir tasarım, az yer kaplayan, nano watt altı güç tüketen ve gerçek zamanlı çalışan ve bu nedenle hibrit arayüz uygulamalarında ya da hesaplamalı sinir bilimde kullanılabilir büyük ölçekli tüm devre ağ tasarımlarında donanımsal benzetim gereci olarak kullanılabilecek bir tasarım ortaya çıkarmıştır.
Bu çalışmada, Izhikevich sinir hücresi modelini esas alan düşük güçlü, kompakt ve gerçek zamanlı VLSI bir silikon sinir hücresi gerçeklemesi ile üç hücrenin kuplajından oluşan bir ağın senkron davranışı sunulmuştur. Sinir hücresi devresi, her biri bir değişkene karşılık gelen iki tane birinci derece logaritmik tanım bölgesi filtresinden, pozitif geri besleme ve resetleme alt devrelerinden oluşmaktadır. Filtreler ve diğer devre kısımları, düşük güç tüketimi sağlamak üzere düşük akım seviyelerinde çalışabilmek ve küçük kapasite değerleriyle büyük zaman sabitleri elde edebilmek için, ötelenmiş kaynak gerilimli transistörler, aktif diyot bağları içermektedir. Resetleme alt devresi, karşılaştırıcı olarak kaskat bağlanmış basit fark kuvvetlendiricileri içermektedir. Muhtemel bir ağ dinamiği olarak, kuple edilmiş üç nöronun aynıfazlı ve n-fazlı senkronizasyon davranışları da sunulmuştu r. Kuplaj, sigmoid sürekli hal ve zaman sabitine sahip bir birinci derece logaritmik tanım bölgesi filtresinden oluşan bir sinaps devresiyle sağlanmıştır. Bu sigmoid fonksiyonlar, basit bir fark kuvvetlendirici ve translinear çevrimli akım çarpıcılar kullanılarak elde edilmiştir. Logaritmik tanım bölgesinde 0.15 µm CMOS parametreli akım modlu bir tasarım, az yer kaplayan, nano watt altı güç tüketen ve gerçek zamanlı çalışan ve bu nedenle hibrit arayüz uygulamalarında ya da hesaplamalı sinir bilimde kullanılabilir büyük ölçekli tüm devre ağ tasarımlarında donanımsal benzetim gereci olarak kullanılabilecek bir tasarım ortaya çıkarmıştır.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
VLSI Neuron, Bioinspired, Low Power, Neuromorphic, Coupled Neurons, VLSI Nöron, Biyoesinlenilmiş, Düşük Güçlü, Nöromorfik, Kuplajlı Nöronlar
Kaynak
İstanbul Ticaret Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
12
Sayı
23
