神经形态电路和信号频移检测系统论文和设计-满梦华

全文摘要

本实用新型属于频移检测技术领域，提供一种神经形态电路和信号频移检测系统。所述系统中，第一信号接收模块与神经形态电路连接，接收外部发射机发射的第一信号；第二信号接收模块与神经形态电路连接，接收外部接收机接收的第二信号；神经形态电路与信号转换模块连接，根据第一信号和第二信号输出第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲；信号转换模块与控制模块连接，用于将第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲转为方波脉冲电压信号，控制模块根据方波脉冲电压信号确定第一信号和第二信号之间的频移信息。本实用新型可以快速准确的检测信号频移信息，还可以监控多普勒频移随时间变化的情况，实时性好。

主设计要求

1.一种神经形态电路，其特征在于，包括：兴奋性突触电路、抑制性突触电路和神经元仿生电路；所述兴奋性突触电路，与所述神经元仿生电路连接，用于接收外部发射机发射的第一信号，并根据所述第一信号向所述神经元仿生电路输出兴奋性突触电流；所述抑制性突触电路，与所述神经元仿生电路连接，用于接收外部接收机接收的第二信号，并根据所述第二信号向所述神经元仿生电路输出抑制性突触电流；所述第二信号为所述第一信号经目标设备反射回的信号；所述神经元仿生电路，用于根据所述兴奋性突触电流和所述抑制性突触电流输出所述第一信号和所述第二信号之间的频移信息所对应的神经元仿生脉冲。

设计方案

1.一种神经形态电路，其特征在于，包括：兴奋性突触电路、抑制性突触电路和神经元仿生电路；

所述兴奋性突触电路，与所述神经元仿生电路连接，用于接收外部发射机发射的第一信号，并根据所述第一信号向所述神经元仿生电路输出兴奋性突触电流；

所述抑制性突触电路，与所述神经元仿生电路连接，用于接收外部接收机接收的第二信号，并根据所述第二信号向所述神经元仿生电路输出抑制性突触电流；所述第二信号为所述第一信号经目标设备反射回的信号；

所述神经元仿生电路，用于根据所述兴奋性突触电流和所述抑制性突触电流输出所述第一信号和所述第二信号之间的频移信息所对应的神经元仿生脉冲。

2.如权利要求1所述的神经形态电路，其特征在于，所述兴奋性突触电路包括：输入端、输出端、第一电阻、第一可变电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管和第一电源；

所述第一电阻的第一端与所述兴奋性突触电路的输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一三极管的基极连接；

所述第一三极管的集电极与所述第三三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的基极连接；

所述第二三极管的集电极与所述第三三极管的基极连接；

所述第三三极管的集电极与所述第一可变电阻的第一端连接，所述第三三极管的发射极与所述第一电源的正极连接；

所述第二三极管的发射极与所述第一电源的负极接地；

所述第一可变电阻的第二端与所述兴奋性突触电路的输出端连接。

3.如权利要求1所述的神经形态电路，其特征在于，所述抑制性突触电路包括：输入端、输出端、第二电阻、第三电阻、第二可变电阻、第四三极管、第五三极管、第六三极管和第二电源；

所述第二电阻的第一端与所述抑制性突触电路的输入端连接，所述第二电阻的第二端与所述第四三极管的基极连接；

所述第四三极管的集电极与所述第六三极管的基极连接，所述第四三极管的发射极与所述第五三极管的基极连接；

所述第五三极管的集电极与所述第六三极管的基极连接，所述第五三极管的发射极接地；

所述第六三极管的集电极与所述第二电源的正极连接，所述第六三极管的发射极通过所述第三电阻接地；

所述第二电源的负极通过所述第二可变电阻与所述抑制性突触电路的输出端连接。

4.如权利要求1至3任一项所述的神经形态电路，其特征在于，所述神经元仿生电路包括：充放电模块、钠通道模块和钾通道模块；

所述充放电模块，分别与所述钠通道模块和所述钾通道模块并联，用于所述兴奋性突触电流和所述抑制性突触电流充电并形成膜电压；

所述钠通道模块，用于在所述膜电压大于第一预设电压时输出钠通道电流；

所述钾通道模块，用于根据所述兴奋性突触电流、所述抑制性突触电流和所述钠通道电流充电，在充电电压大于第二预设电压时输出钾通道电流；

所述充放电模块还根据所述钠通道电流充电，根据所述钾通道电流进行放电，并输出所述第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲。

5.如权利要求4所述的神经形态电路，其特征在于，所述充放电模块包括：第一端、第二端、膜电容和泄放电阻；

所述充放电模块的第一端分别与所述电流泵和所述钠通道模块连接，第二端与所述钠通道模块连接；

所述膜电容的第一端分别与所述充放电模块的第一端和所述泄放电阻的第一端连接，所述膜电容的第二端分别与所述充放电模块的第二端和所述泄放电阻的第二端连接，所述泄放电阻的第二端接地。

6.如权利要求4所述的神经形态电路，其特征在于，所述钠通道模块包括：第一端、第二端、第七三极管、第八三极管、第四电阻、第五电阻和模拟钠通道平衡电压的电压源；

所述钠通道模块的第一端与所述钾通道模块的第一端连接，所述钠通道模块的第二端与所述钾通道模块的第二端连接；

所述第七三极管的基极与所述钠通道模块的第一端和所述第八三极管的集电极连接，所述第七三极管的集电极与所述第八三极管的基极连接，所述第七三极管的发射极通过所述第四电阻分别与所述模拟钠通道平衡电压的电压源的第二端、所述钠通道模块的第二端和地端连接；

所述第八三极管的集电极还与所述钠通道模块的第一端连接，所述第八三极管的发射极通过所述第五电阻与所述模拟钠通道平衡电压的电压源的第一端连接。

7.如权利要求4所述的神经形态电路，其特征在于，所述钾通道模块包括：第一端、第二端、第六电阻、第七电阻、第九三极管、第一电容和模拟钾通道平衡电压的电压源；

所述钾通道模块的第一端与所述钠通道模块的第一端连接，所述钾通道模块的第二端与所述钠通道模块的第二端连接；

所述第六电阻的第一端分别与所述钾通道模块的第一端和所述第七电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端与所述第九三极管的集电极连接；

所述第九三极管的基极分别与所述第七电阻的第二端和所述第一电容的第一端连接，所述第九三极管的发射极通过所述模拟钾通道平衡电压的电压源与所述钾通道模块的第二端、所述第一电容的第二端和地端连接。

8.一种信号频移检测系统，其特征在于，包括：第一信号接收模块、第二信号接收模块、信号转换模块和控制模块，还包括如权利要求1至7任一项所述的神经形态电路；

所述第一信号接收模块，与所述神经形态电路连接，用于接收外部发射机发射的第一信号；

所述第二信号接收模块，与所述神经形态电路连接，用于接收外部接收机接收的第二信号；

所述神经形态电路，与所述信号转换模块连接，用于根据所述第一信号和所述第二信号向所述信号转换模块输出所述第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲；

所述信号转换模块，与所述控制模块连接，用于将所述第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲转换为方波脉冲电压信号发送给所述控制模块；

所述控制模块，用于对所述方波脉冲电压信号进行计数，当所述方波脉冲电压信号的计数值达到预设值时得到目标计数时间，根据所述目标计数时间确定所述第一信号和所述第二信号之间的频移信息。

9.如权利要求8所述的信号频移检测系统，其特征在于，所述第一信号接收模块和所述第二信号接收模块均包括：放大单元和整形单元；

所述放大单元，用于对接收的所述第一信号或第二信号进行放大；

所述整形单元，用于将放大后的所述第一信号或第二信号进行整形处理并发送给所述神经形态电路。

10.如权利要求8或9所述的信号频移检测系统，其特征在于，所述信号转换模块为电压比较器。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于频移检测技术领域，更具体地说，是涉及一种神经形态电路和信号频移检测系统。

背景技术

当发射源与接收体之间存在相对运动时，接收体接收的发射源发射信息的频率与发射源发射信息频率不相同，这种现象称为多普勒效应，接收频率与发射频率之差称为多普勒频移，它揭示了波的属性在运动中发生变化的规律。当前多普勒效应已经非常成熟地应用于各领域，例如医学等领域，应用于X光等检查项目中；在能源开发探测领域，监测海洋污染、测绘海底地貌和检测材料的缺陷等；在航天天文探测领域，监测人造卫星的速度和人造地球卫星测地系统等；在交通运输领域，电子眼系统用来检测机动车是否超速；军事上用于卫星信标跟踪、战场雷达侦察等；体育竞赛中用于测量球速等。

但在无线移动通信中，例如卫星通信系统、飞行器测控系统和高速铁路系统等，由于发送端和接收端之间的相对运动，会造成接收端接收的信号频率的偏移，对接收信号产生严重的影响，即多普勒效应会破坏通信系统中各个子载波间的正交性，产生子载波间干扰，使得系统的误码率增高，大大降低通信系统性能。所以，多普勒频移的检测可实现对接收信号进行补偿矫正，降低误码率，还可以通过获取的多普勒频移信息实现对接收端与发射源间相对位置的估计等。现有多普勒频移的检测多是利用软件算法获取最大多普勒频移值，软件算法较为复杂，实时性差，并且不能实时获取多普勒频移信息。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型提供一种神经形态电路和信号频移检测系统，旨在现有技术中检测多普勒频移的方法复杂，实时性差，且不能实时获取多普勒频移信息的问题。

本实用新型实施例的第一方面提供了一种神经形态电路，包括：兴奋性突触电路、抑制性突触电路和神经元仿生电路；

所述神经元仿生电路，用于根据所述兴奋性突触电流和所述抑制性突触电流输出所述第一信号和所述第二信号之间的的频移信息所对应的神经元仿生脉冲。

可选的，所述兴奋性突触电路包括：输入端、输出端、第一电阻、第一可变电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管和第一电源；

所述第一电阻的第一端与所述兴奋性突触电路的输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一三极管的基极连接；

所述第一三极管的集电极与所述第三三极管的基极和所述第二三极管的集电极连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的基极连接；

所述第二三极管的集电极还与所述第三三极管的基极连接；

所述第三三极管的集电极与所述第一可变电阻的第一端连接，所述第三三极管的发射极与所述第一电源的正极连接；

所述第二三极管的发射极与所述第一电源的负极接地；

所述第一可变电阻的第二端与所述兴奋性突触电路的输出端连接。

可选的，所述抑制性突触电路包括：输入端、输出端、第二电阻、第三电阻、第二可变电阻、第四三极管、第五三极管、第六三极管和第二电源；

所述第二电阻的第一端与所述抑制性突触电路的输入端连接，所述第二电阻的第二端与所述第四三极管的基极连接；

所述第四三极管的集电极与所述第六三极管的基极和所述第五三极管的集电极连接，所述第四三极管的发射极与所述第五三极管的基极连接；

所述第五三极管的集电极还与所述第六三极管的基极连接，所述第五三极管的发射极接地；

所述第六三极管的集电极与所述第二电源的正极连接，所述第六三极管的发射极通过所述第三电阻接地；

所述第二电源的负极通过所述第二可变电阻与所述抑制性突触电路的输出端连接。

可选的，所述神经元仿生电路包括：充放电模块、钠通道模块和钾通道模块；

所述充放电模块，分别与所述钠通道模块和所述钾通道模块并联，用于根据所述兴奋性突触电流和所述抑制性突触电流进行充电并形成膜电压；

所述钠通道模块，用于在所述膜电压大于第一预设电压时输出钠通道电流；

所述钾通道模块，用于根据所述兴奋性突触电流、所述抑制性突触电流和所述钠通道电流充电，在充电电压大于第二预设电压时输出钾通道电流；

所述充放电模块还根据所述钠通道电流进行充电，根据所述钾通道电流进行放电，并输出所述第二信号与所述第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲。

可选的，所述充放电模块包括：第一端、第二端、膜电容和泄放电阻；

所述充放电模块的第一端分别与所述兴奋性突触电路的输出端、抑制性突触电路的输出端和所述钠通道模块的第一端连接，第二端与所述钠通道模块的第二端连接；

可选的，所述钠通道模块包括：第一端、第二端、第七三极管、第八三极管、第四电阻、第五电阻和模拟钠通道平衡电压的电压源；

所述钠通道模块的第一端与所述钾通道模块的第一端连接，所述钠通道模块的第二端与所述钾通道模块的第二端连接；

可选的，所述钾通道模块包括：第一端、第二端、第六电阻、第七电阻、第九三极管、第一电容和模拟钾通道平衡电压的电压源；

所述钾通道模块的第一端与所述钠通道模块的第一端连接，所述钾通道模块的第二端与所述钠通道模块的第二端连接；

所述第六电阻的第一端分别与所述钾通道模块的第一端和所述第七电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端与所述第九三极管的集电极连接；

本实用新型实施例的第二方面提供了一种信号频移检测系统，包括：第一信号接收模块、第二信号接收模块、信号转换模块和控制模块，还包括如实施例的第一方面提供的任一项所述的神经形态电路；

所述第一信号接收模块，与所述神经形态电路连接，用于接收外部发射机发射的第一信号；

所述第二信号接收模块，与所述神经形态电路连接，用于接收外部接收机接收的第二信号；

所述神经形态电路，与所述信号转换模块连接，用于根据所述第一信号和所述第二信号向所述信号转换模块输出所述第二信号相对于所述第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲；

所述信号转换模块，与所述控制模块连接，用于将所述第二信号相对于所述第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲转换为方波脉冲电压信号发送给所述控制模块；

可选的，所述第一信号接收模块和所述第二信号接收模块均包括：放大单元和整形单元；

所述放大单元，用于对接收的所述第一信号或第二信号进行放大；

所述整形单元，用于将放大后的所述第一信号或第二信号进行整形处理并发送给所述神经形态电路。

可选的，所述信号转换模块为电压比较器。

本实用新型实施例中神经形态电路和信号频移检测系统与现有技术相比的有益效果在于：通过第一信号接收模块接收外部发射机发射的第一信号，第二信号接收模块接收外部接收机接收的第二信号，然后神经形态电路可以根据第一信号和第二信号输出第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲；信号转换模块再将第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲转换为方波脉冲电压信号；最后控制模块根据所述目标计数时间确定所述第一信号和所述第二信号之间的频移信息，检测方法快速准确，不需要进行模数转换，实时性好，控制模块还可以根据电压信号监控多普勒频移随时间变化的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的神经形态电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的兴奋性突触电路和抑制性突触电路的具体电路图；

图3为本实用新型实施例提供的兴奋性突触电路输出的电流波形示意图；

图4为本实用新型实施例提供的抑制性突触电路输出的电流波形示意图；

图5为本实用新型实施例提供的神经元仿生电路的具体电路图；

图6为本实用新型实施例提供的神经元仿生电路输出的神经元仿生脉冲波形示意图；

图7为本实用新型实施例提供的信号频移检测系统的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的另一种信号频移检测系统的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

参见图1，本实用新型实施例提供的一种神经形态电路，包括：兴奋性突触电路10、抑制性突触电路20和神经元仿生电路30。兴奋性突触电路10与神经元仿生电路30连接，抑制性突触电路20与神经元仿生电路30连接。

具体的，兴奋性突触电路10用于接收外部发射机发射的第一信号，并根据所述第一信号向神经元仿生电路30输出兴奋性突触电流，如图3，为兴奋性突触电路10输出的电流波形示意图；抑制性突触电路20用于接收外部接收机接收的第二信号，并根据所述第二信号向神经元仿生电路30输出抑制性突触电流，如图4，为抑制性突触电路输出的电流波形示意图；其中，所述第二信号为所述第一信号经目标设备反射回的信号；神经元仿生电路30用于根据所述兴奋性突触电流和所述抑制性突触电流输出所述第一信号和所述第二信号之间的频移信息所对应的神经元仿生脉冲，参见图6，为神经元仿生电路输出的神经元仿生脉冲波形示意图。

上述神经形态电路，是由纯模拟电路实现，具有实时性，且成本低、功耗低，即通过兴奋性突触电流和所述抑制性突触电流对充放电模块31充电，然后充放电模块31根据钠通道模块32输出的钠通道电流和钾通道模块33输出的钾通道电流充放电，并输出所述第二信号与所述第一信号之间的频移信息所对应的神经元仿生脉冲，信号处理简单快速，对多普勒频移的分辨精度高。

一个实施例中，参见图2，兴奋性突触电路10可以包括：输入端、输出端、第一电阻R1、第一可变电阻Rx、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3和第一电源V1。

其中，第一电阻R1的第一端与兴奋性突触电路10的输入端连接，第一电阻R1的第二端与第一三极管Q1的基极连接；第一三极管Q1的集电极与第三三极管Q3的基极和第二三极管Q2的集电极连接，第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的基极连接；第二三极管Q2的集电极还与第三三极管Q3的基极连接；第三三极管Q3的集电极与第一可变电阻Rx的第一端连接，第三三极管Q3的发射极与第一电源V1的正极连接；第二三极管Q2的发射极与第一电源V1的负极接地；第一可变电阻Rx的第二端与兴奋性突触电路10的输出端连接。

可选的，第一三极管Q1和第二三极管Q2为NPN型三极管，第三三极管 Q3为PNP型三极管。

兴奋性突触电路10模拟了非NMDA(N-甲基-D-天冬氨酸)突触的电学特性，可以产生正向电流使得突触后膜产生类突触的兴奋性突触后电位(兴奋性突触电流)。其中第一电阻R1是一个阻值较高的电阻(MΩ)，使得很小的电流流出，对信号起到隔离的作用，第一可变电阻Rx为权重电阻，阻值较小，用来调节输出的兴奋性突触电流的大小。

具体的，两个NPN型三极管(第一三极管Q1和第二三极管Q2)串联，形成达林顿连接，可以看成一个NPN三极管，用来调节PNP三极管(第三三极管Q3)的集电极与发射极之间的电流。当第一电阻R1两端的电压大于第一三极管Q1的基极与第二三极管Q2的发射极之间的电压时，第一三极管Q1的基极与第二三极管Q2的发射极之间的电流使得第三三极管Q3的基极产生电流，从而导致第三三极管Q3的集电极到发射极有电流流过，然后从第一电源V1流出，经第一可变电阻Rx输出兴奋性突触电流。

可选的，参见图2，抑制性突触电路20可以包括：输入端、输出端、第二电阻R2、第三电阻R3、第二可变电阻Ry、第四三极管Q4、第五三极管Q5、第六三极管Q6和第二电源V2。

其中，第二电阻R2的第一端与抑制性突触电路20的输入端连接，第二电阻R2的第二端与第四三极管Q4的基极连接；第四三极管Q4的集电极与第六三极管Q6的基极和第五三极管Q5的集电极连接，第四三极管Q4的发射极与第五三极管Q5的基极连接；第五三极管Q5的集电极还与第六三极管Q6的基极连接，第五三极管Q5的发射极接地；第六三极管Q6的集电极与第二电源 V2的正极连接，第六三极管Q6的发射极通过第三电阻R3接地；第二电源V2的负极通过第二可变电阻Ry与抑制性突触电路20的输出端连接。

可选的，第四三极管Q4和第五三极管Q5可以为NPN型三极管，第六三极管Q6可以为PNP型三极管。

抑制性突触电路20与兴奋性突触电路10不同，第二电源V2呈反向连接，第六三极管Q6的发射极与集电极流出的电流方向与兴奋性突触电路10中第三三极管Q6的发射极与集电极流出的电流方向相反，使得电流经第二可变电阻 Ry流出抑制性突触电流。

一个实施例中，参见图5，神经元仿生电路30可以包括：充放电模块31、钠通道模块32和钾通道模块33。充放电模块31分别与钠通道模块32和钾通道模块33并联。

充放电模块31用于根据所述兴奋性突触电流和所述抑制性突触电流进行充电并形成膜电压；钠通道模块32用于在所述膜电压大于第一预设电压时输出钠通道电流；钾通道模块33用于根据所述兴奋性突触电流、所述抑制性突触电流和所述钠通道电流充电，在充电电压大于第二预设电压时输出钾通道电流；充放电模块31还根据所述钠通道电流进行充电，根据所述钾通道电流进行放电，并输出所述第二信号与所述第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲。

可选的，参见图5，充放电模块31包括：第一端、第二端、膜电容Cr和泄放电阻Rn。泄放电阻Rn可以快速泄放膜电容Cr上的电压。

充放电模块31的第一端与兴奋性突触电路的输出端、抑制性突触电路的输出端连接，第一端和第二端均与钠通道模块32连接。膜电容Cr的第一端分别与充放电模块31的第一端和泄放电阻Rn的第一端连接，膜电容Cr的第二端分别与充放电模块31的第二端和泄放电阻Rn的第二端连接，泄放电阻Rn的第二端接地。

一个实施例中，参见图5，钠通道模块32可以包括：第一端、第二端、第七三极管Q7、第八三极管Q8、第四电阻R4、第五电阻R5和模拟钠通道平衡电压源V_{Na<\/sub>。钠通道模块32的第一端分别与钾通道模块33的第一端和充放电模块31的第一端连接，钠通道模块32的第二端分别与充放电模块31的第二端和钾通道模块33的第二端连接。}

第七三极管Q7的基极与钠通道模块32的第一端和第八三极管Q8的集电极连接，第七三极管Q7的集电极与第八三极管Q8的基极连接，第七三极管 Q7的发射极通过第四电阻R4分别与钠通道模块32的第二端、模拟钠通道平衡电压源V _{Na<\/sub>的第二端和地端连接。}

第八三极管Q8的集电极还与钠通道模块32的第一端连接，第八三极管 Q8的发射极通过第五电阻R5与模拟钠通道平衡电压源V _{Na<\/sub>的第一端连接。}

一个实施例中，参见图5，钾通道模块33可以包括：第一端、第二端、第六电阻R6、第七电阻R7、第九三极管Q9、第一电容C1和模拟钠通道平衡电压的电压源V_{K<\/sub>。钾通道模块33的第一端与钠通道模块32的第一端连接，钾通道模块33的第二端与钠通道模块32的第二端连接。}

第六电阻R6的第一端分别与钾通道模块33的第一端和第七电阻R7的第一端连接，第六电阻R6的第二端与第九三极管Q9的集电极连接。

第九三极管Q9的基极分别与第七电阻R7的第二端和第一电容C1的第一端连接，第九三极管Q9的发射极通过模拟钠通道平衡电压的电压源V_{K<\/sub>与钾通道模块33的第二端、第一电容C1的第二端和地端连接。}

结合上述实施例中的神经元仿生电路的具体电路结构，对本实施的神经形态电路的工作原理进行说明，详述如下：

参见图5和图6，兴奋性突触电流和所述抑制性突触电流对充放电模块31 的膜电容Cr进行充电，膜电容Cr两端形成膜电压，膜电压逐渐升高直到超过第七三极管Q7的开启电压(第一预设电压)，第七三极管Q7导通，第八三极管Q8也导通，模拟钠通道平衡电压源V _{Na<\/sub>经第五电阻R5和第八三极管Q8产生正的钠通道电流输出，钠通道电流对膜电容Cr快速充电，膜电压快速升高，模拟了生物神经元细胞膜外钠离子迅速内流而使膜电压快速升高的去极化过程。}

同时，钠通道电流和信号电流还通过第七电阻R7对第一电容C1充电，在第一电容C1两端的电压大于第九三极管Q9的开启电压(第二预设电压)时，第九三极管Q9导通，模拟钠通道平衡电压的电压源V_{K<\/sub>产生负的钾通道电流，膜电容Cr根据钾通道电流快速放电，膜电压迅速下降，输出所述第二信号与所述第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲，参见图6。}

上述实施例中，神经形态电路是由纯模拟电路实现，具有实时性，且成本小、功耗低，即通过兴奋性突触电流和所述抑制性突触电流对充放电模块31 充电，然后充放电模块31根据钠通道模块32输出的钠通道电流和钾通道模块33输出的钾通道电流充放电，并输出所述第二信号与所述第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲，信号处理简单快速，对多普勒频移的分辨精度高。

实施例二

基于上述实施例一提供的神经形态电路，本实施例提供了的一种信号频移检测系统。参见图7，信号频移检测系统包括：第一信号接收模块100、第二信号接收模块200、信号转换模块400和控制模块500，还包括上述实施例一提供的神经形态电路300。

第一信号接收模块100与神经形态电路300连接，第二信号接收模块200 与神经形态电路300连接，神经形态电路300与信号转换模块400连接，信号转换模块400与控制模块500连接。

其中，第一信号接收模块100用于接收外部发射机发射的第一信号；第二信号接收模块200用于接收外部接收机接收的第二信号；神经形态电路300用于根据所述第一信号和所述第二信号向信号转换模块400输出第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲；信号转换模块400用于将所述第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲转换为方波脉冲电压信号发送给控制模块500；控制模块500用于对所述方波脉冲电压信号进行计数，当所述方波脉冲电压信号的计数值达到预设值时得到目标计数时间，检测人员可以根据所述目标计数时间确定所述第一信号和所述第二信号之间的频移信息。目标计数时间是指对电压信号开始计数，直到电压信号的计数值达到预设值时整个过程所用的计数时间。

上述信号频移检测系统，主要通过第一信号接收模块100接收外部发射机发射的第一信号，第二信号接收模块200接收外部接收机接收的第二信号，然后神经形态电路300可以根据第一信号和第二信号输出第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲；信号转换模块400再将第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲转换为方波脉冲电压信号；最后控制模块500根据所述目标计数时间确定所述第一信号和所述第二信号之间的频移信息，检测方法快速准确，不需要进行模数转换，实时性好，控制模块 500还可以根据电压信号监控多普勒频移随时间变化的情况。

实际应用中，可以先通过控制模块500得到未发生频移的信号对应的标定计数时间t_{0<\/sub>；检测人员将得到的目标计数时间t_{i<\/sub>与所述标定计数时间t_{0<\/sub>进行比较，在目标计数时间t_{i<\/sub>与所述标定计数时间t_{0<\/sub>不相等时，则确定第一信号和第二信号之间发生频移。另外，第二信号接收模块200可以实时接收第二信号，也可以定时接收所述第二信号，所以控制模块500会按时间顺序得到多个所述目标计数时间t_{1<\/sub>，t_{2<\/sub>，...，t_{i-1<\/sub>，t_{i<\/sub>，示例性的，当t_{i<\/sub>-t_{0<\/sub>>t_{i-1<\/sub>-t_{0<\/sub>时，则确定第一信号和第二信号之间的频移越来越大，说明发射机与接收机越来越远，当t_{i<\/sub>-t_{0<\/sub><t_{i-1<\/sub>-t_{0<\/sub>时，则确定第一信号和第二信号之间的频移越来越小，说明发射机与接收机越来越近。}}}}}}}}}}}}}}}}}

一个实施例中，第一信号接收模块100和第二信号接收模块200均可以包括：放大单元和整形单元。放大单元用于对接收的所述第一信号或第二信号进行放大；整形单元用于将放大后的所述第一信号或第二信号进行整形处理并发送给神经形态电路300。

可选的，放大单元可以为放大电路和\/或衰减电路组成，将所述第一信号或第二信号进行放大和\/或衰减，转换成合适的电压范围进行传输。放大电路和\/ 或衰减电路可以由比较器、运算放大器、二极管和反相器等实现。

可选的，整形单元可以由施密特触发器来实现，将放大\/衰减后的被测信号整形成方波脉冲。

示例性的，参见图8，第一信号接收模块100可以包括第一放大单元110 和第一整形单元120。第一放大单元110用于对接收的所述第一信号进行放大；第一整形单元120用于将放大后的第一信号进行整形处理并发送给神经形态电路300。

示例性的，参见图8，第二信号接收模块200可以包括第二放大单元210 和第二整形单元220。第二放大单元210用于对接收的所述第二信号进行放大；整形单元220用于将放大后的所述第二信号进行整形处理并发送给神经形态电路300。

一个实施例中，信号转换模块400为电压比较器。电压比较器可以将第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲转换为方波脉冲电压信号发送给控制模块500。

可选的，参见图8，控制模块500可以包括计数器510和计时器520。计数器510与信号转换模块400连接，计数器510接收信号转换模块400输出的电压信号并开始计时，在计数器510的计数值达到预设值时计时器520停止计时，计时器520得到目标计数时间，即检测人员可以根据目标计数时间和标定计数时间确定第一信号和第二信号之间的频移信息。

具体的，第一信号接收模块100接收外部发射机发射的第一信号(频率为 f1)，第二信号接收模块200接收外部接收机接收的第二信号(频率为f2)，即第二信号为外部发射机发射的第一信号传输到外部接收机后外部接收机接收到的信号；第一信号和第二信号经过放大\/衰减单元及整形单元之后分别得到相同频率的方波电压信号S1和S2，然后输入到神经形态电路300。

然后，方波电压信号S_{1<\/sub>经兴奋性突触电路10产生正的电流信号(兴奋性突触电流)，如图3所示，模仿生物突触前膜释放兴奋性递质的过程，方波电压信号S_{2<\/sub>经抑制性突触电路20产生负的电流信号(抑制性突触电流)，如图4所示，模仿生物突触前膜释放抑制性递质的过程。兴奋性突触电流与抑制性突触电流同时输入到神经元仿生电路30，使得神经元仿生电路30产生动作电位脉冲δ(第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲)，如图6 所示。}}

最后，动作电位脉冲δ经信号转换模块400转换成方波电压信号(方波脉冲电压信号)，计数器510对方波电压信号进行计数，同时计时器520开始计时，当计数器510的计数值到预设值时，计时器520停止计时，得到目标计数时间，实现第二信号接收模块200的第二信号实时检测。如果第一信号和第二信号完全相同时，即第一信号与第二信号没有多普勒频移，按上述检测方法进行计时，最终计数时间为t_{0<\/sub>，但实际检测的目标计数时间为t_{i<\/sub>，若t_{i<\/sub>≠t_{0<\/sub>，则第一信号与第二信号之间发生频移，显示模块600可以显示t_{i<\/sub>-t_{0<\/sub>的值。}}}}}}

假设前后两次得到的目标计数时间分别为t_{1<\/sub>和t_{2<\/sub>，则当t_{2<\/sub>＝t_{1<\/sub>＝t_{0<\/sub>时，说明第二信号没有产生频移，当t_{2<\/sub>-t_{0<\/sub>>t_{1<\/sub>-t_{0<\/sub>时，则确定第一信号和第二信号之间的频移越来越大，说明发射机与接收机越来越远，当t_{2<\/sub>-t_{0<\/sub><t_{1<\/sub>-t_{0<\/sub>时，则确定第一信号和第二信号之间的频移越来越小，说明发射机与接收机越来越近。}}}}}}}}}}}}}

示例性的，参见表1，设定计数器510的预设值为10，即计数脉冲为10 个，第一信号的频率f1为1kHz时，测量方波脉冲电压信号的十个脉冲的时间 t _{i<\/sub>如下表所示。}

表1

由表1可知，当t_{i<\/sub>-t_{0<\/sub>>t_{i<\/sub>-1-t_{0<\/sub>时，说明多普勒频移越来越大，接收机与发射机越来越远，当t_{i<\/sub>-t_{0<\/sub><t_{i<\/sub>-1-t_{0<\/sub>时，说明多普勒频移越来越小，接收机与发射机越来越近。}}}}}}}}

上述实施例中，信号频移检测系统成本低、功耗低，主要通过第一信号接收模块100接收外部发射机发射的第一信号，第二信号接收模块200接收外部接收机接收的第二信号，然后神经形态电路300可以根据第一信号和第二信号输出第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲；信号转换模块400再将第二信号相对于第一信号的频移信息所对应的神经元仿生脉冲转换为方波脉冲电压信号；最后控制模块500根据所述目标计数时间确定所述第一信号和所述第二信号之间的频移信息，检测方法快速准确，不需要进行模数转换，实时性好，控制模块500还可以根据电压信号监控多普勒频移随时间变化的情况。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

神经形态电路和信号频移检测系统论文和设计

神经形态电路和信号频移检测系统论文和设计-满梦华

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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