靈活的Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )ADC消除噪聲

　　簡(jiǎn)單電阻比較器電路形成魯棒的Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )ADC

　　Hopfield網(wǎng)絡(luò )可以將模擬信號轉換成數字形式，實(shí)現聯(lián)想記憶、信號估計和組合最優(yōu)化，類(lèi)似于人類(lèi)視網(wǎng)膜實(shí)現第一極信號處理的方法。本設計方案探究了Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )ADC的范例。

　　簡(jiǎn)單的轉換器由一層神經(jīng)元組成，其接收模擬輸入，并產(chǎn)生數字位輸出;這樣的神經(jīng)元構成了一種自適應和分布性的處理網(wǎng)絡(luò )。這些神經(jīng)元由電壓比較器組成，驅動(dòng)模擬轉換器或跟隨器，從轉換器或比較器的模擬輸出到跟隨器之間連接反饋電阻(圖1和圖2)。參考和模擬輸入電壓驅動(dòng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，數字輸出來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )中的比較器。Hopfield網(wǎng)絡(luò )具有學(xué)習能力;本設計方案的電路采用不同的自適應學(xué)習規則，通過(guò)使用可選的比較器-轉換器/比較器-跟隨器方案，電導節點(diǎn)規劃方案——反饋電阻的倒數——在輸入比較器之間，和位順序讀出器。

 

　　隨著(zhù)模擬輸入電壓的增加，電路產(chǎn)生單調增加(比較器-轉換器方案)或減少(比較器-跟隨器方案)位-字輸出。減少輸出是增加輸出的補碼，建議使用有負號的位操作。此外，形成轉換器到模擬輸入電壓的數字響應，在不同程度上使用不同的電導節點(diǎn)規劃作為規則適應的一部分。為了更多的適應性，顛倒數字讀出器的位順序考慮模擬輸入/數字輸出特性的電路響應映射。

　　簡(jiǎn)單的聲明一些符號和含義來(lái)構造兩個(gè)轉換器。對能量函數，有抵抗力的網(wǎng)絡(luò )電導——神經(jīng)鍵的權重(S)以倒數電阻的形式(R)——定義SIJ=1/RIJ，在此I 為第I 級的輸入比較器，J 為第J 級到第I 級比較器的反饋路徑，I 不等于J ——也就是說(shuō)，沒(méi)有比較器的自反饋路徑。第I 級比較器的輸入終端和參考電壓VR之間的電導，定義為SIR=1/RIR。第I 級比較器的輸入終端和模擬輸入信號電壓VS的電導，定義為SIS=1/RIS。

　　對繪曲線(xiàn)裝置，Y為規一化輸出位變量，X為非零平均值(小于1)到1的規一化輸入模擬電壓。A、B和C為用曲線(xiàn)方程Y=1–A×(1–X)C擬合的常數，補充曲線(xiàn)方程Y=A×(1–X)C，在此，A為系數，B為X的較低限制，且小于1，C為功率常數。對位格式讀出器反轉，有曲線(xiàn)方程Y=A×(X–B)C和補充曲線(xiàn)方程Y=1–A×(X–B)C。

　　圖1顯示了一個(gè)使用比較器驅動(dòng)電壓轉換器的4位神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )ADC。比較器的正端連接到輸入節點(diǎn)，負端接地。這個(gè)網(wǎng)絡(luò )的基礎是一半的反轉因數——也就是說(shuō)，兩個(gè)倒數因數——輸入節點(diǎn)的電導SIJ=–1×2(2–I–J)，在此，–1的參數來(lái)自相關(guān)電阻的負反饋;SIR=2(1–2×I);和SIS=2(1–I)。為確定節點(diǎn)電阻，選擇最大節點(diǎn)電阻為1000Ω，相應的最小電導為0.0078125，而最小節點(diǎn)電阻7.8125Ω，相應的最大電導為1。按電導和終端之間的比例計算所有電阻。使用這些值，可以構造表1。表中列出了范圍從最重要到最次要的位。表格顯示的數字化過(guò)程不準確，因為其不是線(xiàn)性的，造成輸入電壓和許多中間位字的丟失。但是過(guò)程是精確的，因為其在相當大的輸入電壓范圍內是可重復的。從表格可以得到下面的曲線(xiàn)擬合方程：

　　Y=1–1.6243×(1–X)3.1508。當X覆蓋歸一化的0.1427到1范圍，A=1.6243，B=0.1427和C=3.1508。Y方程實(shí)際上為三次方，其數量上顯示出數字化過(guò)程的高度非線(xiàn)性特性?？梢垣@得“錯亂”的映射——也就是說(shuō)，不是一個(gè)真正的反映，或假的——從電路通過(guò)反轉位順序讀出器，歸一化圖形上直線(xiàn)曲線(xiàn)的版本，所以曲線(xiàn)方程結果為：Y=1.6243×(X–0.1427)3.1508。

　　沒(méi)有模擬輸入電壓轉換，例如使用查詢(xún)表格或對數放大器處理輸入電壓，或數字校準邏輯，簡(jiǎn)單Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )轉換器的數字響應為非線(xiàn)性和粗略。然而，由于輸出精度的魯棒性，這些響應仍可能對結合存儲器和模式分類(lèi)的應用有效。

　　確實(shí)，由于輸出數字的穩定性，Hopfield神經(jīng)轉換器引入了不需要的模擬輸入信號噪聲或變化。這個(gè)情形與傳統模擬傳輸媒介和數字計算裝置之間的接口電路形成了強烈的對比。本設計方案顯示了靈活的電路適應性從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )ADC產(chǎn)生各種形式的穩定數字輸出，取決于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )信號處理的設計人員需求。這種適應性有各種輸入節點(diǎn)電導規劃的形式;比較器/轉換器和比較器/跟隨器結合;位讀出器的可選順序類(lèi)型源于比較器。