CN203537370U - 基于cmos运算放大器的阈值逻辑电路 - Google Patents

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魏榕山
陈锦锋
何明华
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Abstract

本实用新型基于CMOS运算放大器设计了一个实现阈值逻辑的电路。该电路仅由一个输入电阻阵列，一个运算放大器和一个反相器构成。其阈值由参考电压和输入权重决定，而各输入端的权重仅与反馈电阻和输入电阻的比值相关，具有很强的可重构特性，能够实现多种不同的逻辑功能。基于CMOS运算放大器的阈值逻辑电路具有结构简单，可重构性强等优点，能够作为一个基本单元应用于神经网络等领域。

Description

基于CMOS运算放大器的阈值逻辑电路
技术领域
本实用新型涉及集成电路技术领域，特别是一种基于CMOS运算放大器的阈值逻辑电路。
背景技术
阈值逻辑强大的逻辑功能和显著的优点，使其曾经受到广泛的关注。阈值逻辑具有比布尔逻辑更复杂的逻辑过程，所以它能够更有效地实现逻辑功能。基于阈值逻辑的电路设计，能够增强电路的功能和提高电路的集成度。此外，阈值逻辑电路还可以作为一个基本单元应用于神经网络等领域中。因此，阈值逻辑电路的研究具有重要的意义。
目前，基于CMOS晶体管的阈值逻辑电路主要包括电容型和电流型。但是由于这些电路不能很好地实现阈值逻辑的功能，使得阈值逻辑的研究逐渐降温。本实用新型试图使用一种基于CMOS运算放大器的电路来有效地实现阈值逻辑。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于CMOS运算放大器的阈值逻辑电路，该电路具有很强的可重构特性，只需改变输入电阻，反馈电阻和参考电压就可以实现多种不同的逻辑功能。
本实用新型采用以下方案实现：一种基于CMOS运算放大器的阈值逻辑电路，其特征在于：包括第一信号V1输入端、第二信号V2输入端、第三信号V3输入端以及一电压Vout输出端；所述的第一信号V1输入端经一输入电阻R1与一反馈电阻Rf的一端以及运算放大器的正端连接；所述第二信号V2输入端经一输入电阻R2与所述运算放大器的正端连接；所述第三信号V3输入端经一输入电阻R3与所述运算放大器的正端连接；所述运算放大器的负端接一参考电压；所述运算放大器的输出端与所述反馈电阻Rf的另一端以及一反相器的输入端连接；所述反相器的输出端与所述电压Vout输出端连接。
本实用新型的阈值逻辑电路结构简单，仅由一个输入电阻阵列，一个运算放大器和一个反相器构成。该电路具有很强的可重构特性，只需改变输入电阻，反馈电阻和参考电压就可以实现多种不同的逻辑功能。总之，基于CMOS运算放大器的阈值逻辑电路具有结构简单，可重构性强等优点，能够作为一个基本单元应用于神经网络等领域。
附图说明
图1是本实用新型基于CMOS运算放大器的阈值逻辑电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。
 如图1所示，本实用新型提供一种基于CMOS运算放大器的阈值逻辑电路，其特征在于：包括第一信号V1输入端、第二信号V2输入端、第三信号V3输入端以及一电压Vout输出端；所述的第一信号V1输入端经一输入电阻R1与一反馈电阻Rf的一端以及运算放大器的正端连接；所述第二信号V2输入端经一输入电阻R2与所述运算放大器的正端连接；所述第三信号V3输入端经一输入电阻R3与所述运算放大器的正端连接；所述运算放大器的负端接一参考电压；所述运算放大器的输出端与所述反馈电阻Rf的另一端以及一反相器的输入端连接；所述反相器的输出端与所述电压Vout输出端连接。
为了更好的让一般技术人员理解本实用新型的阈值电路，下面对阈值电路的逻辑表达式进行说明。该阈值逻辑电路的阈值逻辑工作原理是根据输入的权重计算总输入值，并将总输入值与阈值进行比较。若总输入值大于等于阈值，则输出为逻辑“1”，否则为逻辑“0”。阈值逻辑要满足的逻辑方程为：
                                                                （1）
其中，wi为输入xi对应的权重，n为输入的个数，θ为阈值。
   请继续参见图1，该电路由一个三输入的电阻阵列，一个运算放大器和一个反相器构成。电阻阵列和运算放大器用于产生Vout1，而由CMOS晶体管构成的反相器则用于产生Vout。同时，运算放大器应具有较高的增益，使其输入端满足“虚短虚断”的条件。该电路实现阈值逻辑的推导过程如下所述。
   图1中的运算放大器增益足够大，满足“虚短虚断”的条件，即正端电压与负端电压相等为Vref, 则输出电压（Vout1）满足：
         
Figure 863775DEST_PATH_IMAGE002
    （2）
其中，R1，R2，R3为输入电阻，Rf为反馈电阻，Vref为参考电压。则Vout1可以化简为：
         
Figure 361752DEST_PATH_IMAGE003
    （3）
   令 
Figure 8765DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 959404DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 841909DEST_PATH_IMAGE006
，则式（3）可以化为：
          
Figure 69759DEST_PATH_IMAGE007
     （4）
   Vout1通过反相器后，其值变为Vout，表示为：
     
Figure 12307DEST_PATH_IMAGE008
（5）
   令
Figure 325608DEST_PATH_IMAGE009
，则有：
               
Figure 746225DEST_PATH_IMAGE010
          （6）
其中，
Figure 218795DEST_PATH_IMAGE011
可以认为是输入电压经过电阻阵列加权后的总输入值，而
Figure 207610DEST_PATH_IMAGE012
为该电路的阈值。输入电压的权重w1, w2, w3由反馈电阻与输入电阻的比值决定。通过设置不同的电阻比值就可以改变输入的权重，实现新的逻辑功能。
   由式（6）可知，该电路可以实现对三个输入电压的加权求和，并将得到的总输入值与一个阈值电压相比较，进而得到最终的输出。电路的阈值仅与参考电压和输入权重有关，而各输入端的权重则由反馈电阻和输入电阻的比值决定。通过改变参考电压，反馈电阻和输入电阻，即可改变输入权重和阈值。因此，该电路具有较强的可重构的功能。
   以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。 

Claims (1)

1.一种基于CMOS运算放大器的阈值逻辑电路，其特征在于：包括第一信号V1输入端、第二信号V2输入端、第三信号V3输入端以及一电压Vout输出端；所述的第一信号V1输入端经一输入电阻R1与一反馈电阻Rf的一端以及运算放大器的正端连接；所述第二信号V2输入端经一输入电阻R2与所述运算放大器的正端连接；所述第三信号V3输入端经一输入电阻R3与所述运算放大器的正端连接；所述运算放大器的负端接一参考电压；所述运算放大器的输出端与所述反馈电阻Rf的另一端以及一反相器的输入端连接；所述反相器的输出端与所述电压Vout输出端连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103560781A (zh) * 2013-10-31 2014-02-05 福州大学 基于cmos运算放大器的阈值逻辑电路
CN112290931A (zh) * 2020-12-07 2021-01-29 南京元络芯科技有限公司 基于化合物半导体的逻辑控制电路

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