Design and Simulation of Time-Pulse Coded Optoelectronic Neural

Abstract

Розглянуто проєктування та апаратну реалізацію оптоелектронних логічних елементів двозначної логіки зі струмовими входами та струмовими виходами на основі КМОН струмових дзеркал. У розділі розглянуто все сімейство запропонованих схем, наведено результати моделювання та можливі перспективи застосування цих схем, зокрема для часоімпульсного кодування у багатозначних, неперервних, нейронечітких і матричних логіках. Розглянуто побудову нейронів і результати моделювання багатоканального просторово-часового алгебраїчного накопичення-інтегрування оптичних сигналів. Показано переваги для нелінійного перетворення та інтегрування. Інтегратор-нейрон побудовано на КМОН струмових дзеркалах і компараторах. Характеристики: споживана потужність — 10…500 мкВт, період сигналу — 0,1…5 мкс, потужність вхідних оптичних сигналів — 0,2…20 мкВт; часові затримки — менше 0,01–1 мкс, кількість вхідних оптичних сигналів — 2…64 і більше, час інтегрування — 10…100 періодів сигналу, точність, або похибка інтегрування, — близько 1–10 %. Біологічно мотивована концепція та принципи часоімпульсного кодування фотострумових дзеркал неперервної логіки і пристроїв вибірки-зберігання з широтно-імпульсними фотоперетворювачами дали змогу розробити узагальнені структури для реалізації сімейства нормалізованих лінійних векторних операцій «еквівалентність»-«нееквівалентність».We consider design and hardware realizations of optoelectronic logical elements of twovalued logic with current inputs and current outputs on the basis of CMOS current mirrors. In the chapter we consider the whole family of the offered circuits, show the simulation results and possible prospects of application of the circuits in particular for time-pulse coding for multivalued, continuous, neuro-fuzzy and matrix logics. We consider neurons design and simulation results of multichannel spatio-time algebraic accumulation -integration of optical signals. Advantages for nonlinear transformation and integration are shown. The integrator-neuron is based on CMOS current mirrors and comparators. The performance: consumable power – 10…500 μW, signal period– 0.1…5µs, input optical signals power – 0.2… 20 μW; time delays – less 0.01-1μs, the number of input optical signals - 2…64 and more, integration time – 10…100 of signal periods, accuracy or integration error – about 1%-10%. A biologically motivated concept and time pulse encoding principles of continuous logic photocurrent mirrors and sample-storage devices with pulse-width photoconverters have allowed us to design generalized structures for realization of a family of normalized linear vector operations “equivalence”-“nonequivalence”.