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1、第19卷第4期 半 导 体 学 报 Vol.19,No.41998年4月 CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSApr.,1998一种用于模式识别的新型多功能3开关电流模糊处理器林 谷 石秉学(清华大学微电子学研究所 北京 100084)摘要 本文首次提出了一种用于模式识别的新型多功能开关电流模糊处理器.该模糊处理器不仅可以求出最大综合隶属度相应的标准模式,而且可以按综合隶属度大小的顺序依次输出综合隶属度以及相应的标准模式,这将十分有利于系统性能
2、的改善.该处理器可以进行绝对拒识和相对拒识的判断,大大提高了系统的可靠性.另外,为了提高该处理器的自适应能力,将综合函数中的权重设计为可调节的.PSPICE模拟结果表明该处理器具有高精度、高分辨率等特点.在电路上,该处理器结构简单、灵活,模块化的设计使处理器的规模易于扩展.同开关电容技术相比,开关电流技术不需要双层多晶工艺,使得该处理器可以直接采用标准的数字CMOS工艺来实现.EEACC:1280,2570D,01801 引言模糊逻辑的概念是由Zadeh在1965年提出的,它的产生是使计算机科学向人脑的自然
3、[1]机理方面发展的重大突破.模糊模式识别的基本原则是最大隶属度原则.目前,模糊模式[2,3]识别硬件电路都是基于该原则实现的.在这种原则下,将只找出与待识模式最接近的那一个标准模式作为识别结果输出.然而,随着系统复杂程度的提高、标准模式数目n的增加,尤其是具有多级的级联系统的发展,这种仅求出最接近那一个标准模式的方法已远不能满足系统性能的要求.为了提高系统性能,就非常有必要根据标准模式与待识模式的综合隶属度,找出最接近的两个甚至三个以上的标准模式.为此,本文首次提出了一种新型的开关电流模糊处理器,它可以按
4、综合隶属度大小的顺序依次输出综合隶属度以及相应的标准模式,即可以依次找出与待识模式最接近和较接近的h个标准模式,其中1FhFn.这将极大改善硬件系统的性能.同时,本文还设计了一种新的拒识判断电路,它的电路结构简单、性能好,3本课题由国家自然科学基金和高校博士点基金资助林 谷 男,1972年出生,博士生,从事人工神经网络及模糊逻辑系统的集成电路实现、数字和模拟集成电路研究石秉学 男,1936年出生,男,教授,博士生导师,从事人工神经网络及模糊逻辑系统及其集成电路实现、模拟集成和数ö模混合集成电路与系统研究19
5、97202220收到,1997205208定稿292 半 导 体 学 报 19卷可以同时进行绝对拒识和相对拒识的判断,这将较大地提高系统的可靠性.在多特征的模糊模识别中,综合函数的选择有多种,常用的有:m求小函数:∧j(X)=∧xj(1)j=1m加权求和函数:∑X=∑Ajxj(2)j=1其中 X=(x1,x2,⋯,xm),xi(1FiFm)是第i个模糊特征对应的隶属度值;Aj∈[0,1].由于求小函数只强调了某一个局部特征,完全忽略了其它特征,较难适于模式识别;而加权求和函数不仅
6、能通过对权重Aj的调整来强调局部特征,而且也不会忽略其它特征,所以加权求和函数更适于模式识别.因此,本文中模糊处理器的综合函数采用加权求和函数.同时,为了提高系统的自适应能力,拓展其应用场合,综合函数中的权重被设计为可调节的.在本文第二部分将讨论开关电流型模糊处理器的结构,第三部分给出了模拟结果,最后在第四部分作总结.2 开关电流型模糊处理器的结构本文的开关电流型模糊处理器总体结构和部分时序如图1所示,其中综合隶属度比较电路所需的时序在后面给出.该处理器是一个电流型的模拟ö数字混合系统.图1中,左边虚线框内
7、为数字电路,右边虚线框中为模拟电路,其中MFGij(1FiFn,1FjFm)为第i个标准模式的第j个特征所对应的隶属函数发生器.该系统中数字电路部分用于对输入码进行译码,并产生系统所需的时序和控制信号.模拟电路部分用于处理模糊信息并输出识别结果.图1 开关电流模糊处理器结构框图和时序图4期 林 谷等: 一种用于模式识别的新型多功能开关电流模糊处理器 293k输入特征采用二进制编码,假设k位,则每个特征可取2个值.为了减小芯片压焊块数,并共享同一个特征译码器,m个特征在L信号(参照时序图)的
8、控制下分时输入.在我们的系统中k=5,m=4.当模糊处理器启动后,首先将特征码输入,特征译码器对输入特征码进行译码,其输出进入隶属函数发生器,得出该特征分别对于n个标准模式的隶属度(我们系统中,n=11).同时,输入的p位权重码通过权重译码器译码(我们系统中,p=1),权重调整电路根据权重译码器的输出,选通相应的权重系数组,对来自于不同隶属函数发生器的隶属度进行加权.经过加权的隶属度被输入到累加器中,累加器对多个
