DE69424171T2

DE69424171T2 - Analog Fuzzy-Logik-Prozessor

Info

Publication number: DE69424171T2
Application number: DE69424171T
Authority: DE
Inventors: Dario Bruno; Biagio Giacalone; Nicolo Manaresi
Original assignee: CORIMME Consorzio per Ricerca Sulla Microelettronica nel Mezzogiorno
Current assignee: CORIMME Consorzio per Ricerca Sulla Microelettronica nel Mezzogiorno
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2014-11-01
Also published as: US5806051A; EP0709790B1; DE69424171D1; EP0709790A1; JP3635507B2; JPH08272885A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Analog- Prozessor zur Berechnung der vorhergehenden Teile von Fuzzy-Logik-Inferenzregeln.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Analog-Prozessor zur Berechnung der vorhergehenden Teile von Fuzzy-Logik-Inferenzregeln, der eine Mehrzahl von Analog-Generatoren von Elementfunktionen umfaßt, wovon jeder einen Ausgang aufweist, der einen Wert liefert, der dem Einerkomplement eines Wahrheitsgrades von logischen Zuweisungen des Typs "A ist A'" entspricht, und die Ausgänge so miteinander verbunden sind, daß sie einen gemeinsamen Schaltungsknoten bilden und der Knoten außerdem mit einer Stromquelle verbunden ist.

Stand der Technik

Die Fuzzy-Logik ist nun als eine Technik etabliert worden, die Lösungen für breite Klassen von Regel- bzw. Steuerproblemen liefern kann, für die sich die herkömmlichen Techniken, z. B. diejenigen, die auf der Booleschen Logik basieren, als ungeeignet für das Bereitstellen einer annehmbaren Leistung bei annehmbaren Kosten erwiesen haben.
Die Fuzzy-Logik liefert ein Verfahren des Modellierens der 'ungenauen' Arten der Schlußfolgerung, die für den menschlichen Geist typisch sind, die aber eine wesentliche Rolle bei der menschlichen Fähigkeit spielen, unter Bedingungen der Unsicherheit Entscheidungen zu treffen.
Die Fuzzy-Logik arbeitet mit einer linguistischen Beschreibung der Wirklichkeit unter Verwendung einer speziellen Klasse von Variablen, die als linguistische Variablen bezeichnet werden. Der Wert dieser Variablen besteht z. B. aus Wörtern oder Wortverbindungen aus irgendeiner natürlichen oder künstlichen Sprache. Jeder Variablen ist praktisch eine entsprechende semantische Bedeutung der Wörter oder Wortverbindungen zugeordnet, die während der Modellierung eines gegebenen Problems verwendet werden. Außerdem kann jeder Variablen eine Gruppe von Werten syntaktisch angefügt sein, die von ihr abhängen und die abhängig von dem Kontext, in dem sie verwendet werden, verschiedene Bedeutungen annehmen können.
Jeder Wert, der einer linguistischen Variablen zugeordnet ist, wird durch eine sogenannte Fuzzy-Menge dargestellt, d. h. eine Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion, die jeden Wert der Variablen in dem entsprechenden Definitionsbereich verbindet, der außerdem als die Diskurswelt U bekannt ist.
Die Funktionen, die eine Fuzzy-Menge in der Diskurswelt einer Variablen identifizieren, werden Elementfunktionen FA genannt. Zum Beispiel zeigt ein Wert FA(m) = 0 die Nichtmitgliedschaft des Punktes m in der Fuzzy-Menge an, die durch die Funktion identifiziert wird, während umgekehrt ein Wert FA(m) = 1 die bestimmte Mitgliedschaft des Punktes m in der Fuzzy-Menge anzeigt.
Unter den Elementfunktionen sind geeignete logische Verknüpfungen - die als 'abgeleitet' bezeichnet werden - ausführbar, die die Beschreibung des Verhaltens eines Systems bei der Änderung der Eingangsparameter erlauben. Diese Verknüpfungen werden mittels der Fuzzy-Regeln aus geführt, die im allgemeinen eine Syntax des folgenden Typs besitzen:
WENN (A&sub1; ist A'&sub1;) UND(ODER) (A&sub2; ist A'&sub2;) ...,
DANN (Y ist Y')
wobei Ai die Eingangswerte sind, A'i und Y' sind die Fuzzy-Mengen, die den entsprechenden Elementfunktionen FA zugeordnet sind, während Y der Ausgangswert ist.
Der Teil der Regel, der dem Term DANN vorangeht, wird "linker" oder vorhergehender Teil genannt, während derjenige, der diesem Term folgt, "rechter" oder darauffolgender Teil der Inferenzregel genannt wird.
Eine der grundlegenden Fuzzy-Logik-Verknüpfungen ist die Zuweisungsoperation "A ist A'", wobei A der einer Eingabe des Systems zugeordnete Term ist, während A' der linguistische Ausdruck ist, der eine der Fuzzy-Mengen identifiziert, die dieser Eingabe mit der zugeordneten Elementfunktion FA zugeordnet sind.
Es wird beispielhaft eine Eingabe T betrachtet, die den Temperaturwerten entspricht. T' wird eines der Attribute sein, die der Temperaturvariablen zuordenbar sind. z. B. 'TIEF'. In Begriffen der Datentechnik ist die Zuordnung "T ist T'" der Zuschreibung eines Wertes zwischen 0 und 1 äquivalent, der den 'Wahrheitsgrad' α ausdrückt, mit dem die Aussage:
die 'Temperatur' ist TIEF
verifiziert wird.
Dieser Wahrheitsgrad α ist der Wert der Elementfunktionen T' über der Eingangstemperatur T, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
Hier wie im folgenden werden Eingangsfunktionen des sogenannten 'scharfen' Typs betrachtet, d. h., Funktionen mit nur einem Wert wie die Eingaben eines wirklichen Prozesses.
Die Verwendung des logischen Operators UND (logische Summe) zwischen zwei oder mehr Zuordnungen drückt mit einem Gesamtwahrheitsgrad Ω, abermals zwischen 0 und 1, aus, 'wie sehr' es wahr ist, daß die zwei oder mehr Ausdrücke gleichzeitig wahr sind.
In den bekannten technischen Lösungen wird die Berechnung der logischen Summe UND zwischen zwei linguistischen Zuordnungen durch das Wählen des kleinsten der Wahrheitsgrade α der einzelnen Ausdrücke ausgeführt.
Die logischen Operatoren des ODER-Typs sind typischerweise mit der Berechnung des höchsten unter den Wahrheitsgraden α der einzelnen Zuordnungen "A ist A'" verbunden. Die Verwendung dieser Operatoren ist jedoch nicht streng notwendig, weil immer Operatoren des UND-Typs mit den Werten des Einerkomplementes des Wahrheitsgrades α verwendet werden können.
Die Berechnung der Inferenzen in der mehrwertigen Fuzzy- Logik wurde bisher im Prinzip dank der Verwendung von digitalen Fuzzy-Prozessoren ausgeführt, die jedoch beträchtliche Problem vom Standpunkt des Speicherbereichs zeigen, der zum Speichern der Daten in den Elementfunktionen FA notwendig ist, die den zu analysierenden Prozeß beschreiben.
Außer diesen digitalen Prozessoren ist, wenn auch mehr bescheiden, ein Fundament gewonnen worden, das Konzept der Strukturen, die auf einem analogen Zugang zu dem Problem der Fuzzy-Berechnung beruhen.
Unter den unbestreitbaren Vorteilen, die durch die analoge Berechnung im Vergleich mit der digitalen gebracht wurden, sind:
- das Fehlen der Analog-Digital-Schnittstellen (A/D-Schnittstellen) im Eingang und der Digital-Analog- Schnittstellen (D/A-Schnittstellen) im Ausgang des Fuzzy- Prozessors,
- die Berechnung findet in einer völlig asynchronen Weise statt, d. h. in der Abwesenheit eines Taktsignals, und
- die Speicherung der Regeln und Elementfunktionen findet mittels analoger Pegel und nicht durch Bitwörter statt, die in geeignete Speicher zu schreiben sind, wie es in digitalen Prozessoren stattfindet.
Die Verwendung von Analog-Prozessoren mit vereinfachter Architektur im Vergleich mit digitalen wird durch die Verwendung hochwertiger Emulatoren möglich gemacht, die den Prozessor mit den Programmierparametern beliefern, die mit der Definition einer 'Zielfunktion' durch den Anwender beginnen, d. h. einem Eingabe-Ausgabe-Gesetz, das der Fuzzy-Prozessor synthetisieren muß.
Als eine Alternative oder in Synergie mit der Zielfunktion kann der Anwender außerdem die Fuzzy-Inferenzregeln schreiben und einen weiteren Freiheitsgrad des Systems einführen, der durch den Emulator zu managen ist, wie in Fig. 5 gezeigt ist.
Die Tradition der analogen Strukturen für die Fuzzy-Logik besitzt einen ersten historischen Bezug in Yamakawas Maschine.
Darin erhalten die abgeleiteten Operatoren eine Anzahl analoger Pegel, die sowohl eine Funktion der Auflösung, d. h. der Anzahl der Intervalle, in die die Diskurswelt U unterteilt ist (wie z. B. in Fig. 2 gezeigt ist), als auch der Komplexität der Inferenzregel ist.
In der Praxis wird die zu speichernde Anzahl von Pegeln auf der Grundlage der Auflösung der Diskurswelt U und auf der Grundlage der Anzahl der Eingangsvariablen und der Anzahl der Fuzzy-Mengen für jede Variable berechnet.
Es ist deshalb offensichtlich, daß die Komplexitäten und die Dimensionen einer derartigen Maschine mit der Zunahme dieser Parameter sehr groß werden. Diese Technik wurde deshalb zugunsten von Techniken der Erzeugung von Elementfunktionen der Fuzzy-Mengen mit Schaltungen aufgegeben, die auf einem konstruktiven Eingabe/Ausgabe-Gesetz basieren, das eine dreieckige oder trapezförmige Form reproduziert.
Die Einführung dieser Einschränkung in der Form der Elementfunktionen, einer Einschränkung, die den guten Betrieb der Fuzzy-Inferenzlogik im größeren Teil der wirklichen Anwendungen nicht verhindert, hat ermöglicht, daß Schaltungen erhalten werden, die als die 'zweite Generation' bezeichnet werden und in der CMOS-Technologie realisierbar sind.
Unter diesen am weitesten verwendeten befindet sich Sasakis Schaltung, weil sie als die zweckmäßigste erscheint, was die Einfachheit und die Belegung von Chip-Fläche anbelangt.
Dieses ist eine in der CMOS-Technologie bereitgestellte Struktur, sie enthält einen ersten Spannungseingang für die Berechnung, ebenso einen zweiten und dritten Spannungseingang für die Steuerung der Position und der Form der Elementfunktion und einen Stromausgang, der die Informationen über den Wahrheitsgrad α des Einerkomplementes der einzelnen Elementfunktion enthält.
Fig. 3a zeigt schematisch Sasakis Elementfunktion-Generator 1', der als Eingabe die Berechnungsspannung Vin erhält und der als Ausgabe den Komplementwert α' des Wahrheitsgrades α liefert, der dieser Eingabe entspricht. Der Betrieb des Sasaki-Generators 1' wird durch zwei Steuerspannungen Vr und Vf geregelt, die die Position und die Form der Elementfunktion FA' feststellen, die erzeugt wird, wie in den graphischen Darstellungen nach Fig. 3B und 3C gezeigt ist.
Die Hardware-Ausführungsform des Sasaki-Generators ist in Fig. 4 gezeigt, sie enthält ein Paar Rechteckformer, die jeder ein Paar MOS-Transistoren enthalten, die so angeordnet sind, damit sie als Ausgabe die Überlagerung ihrer partiellen Merkmale besitzen.
Jeder Rechteckformer wird durch einen Generator mit Strom mit dem Wert Imax beliefert, der gleich dem höchsten Aktivierungsgrad ist. Die Sasaki-Elementfunktion-Erzeugung 1' ist folglich ein Beispiel der Struktur, die auf einem Eingabe/Ausgabe-Gesetz des Strom/Spannung-Typs basiert.
Eine Einschränkung dieser Schaltung ist die Unmöglichkeit der Steuerung des Anstiegs der fallenden und steigenden Abschnitte der erzeugten komplementären Elementfunktion FA'.
Eine dritte bekannte Schaltung beruht auf einem Eingabe/Ausgabe-Gesetz des Strom/Strom-Typs, sie wurde von Huertas entwickelt. Dieses ist eine Struktur, die außer dem die Steuerung der Anstiege der aufsteigenden und absteigenden Abschnitte der erzeugten komplementären Elementfunktion FA' erlaubt, jedoch auf Kosten einer strukturellen Verwicklung der Schaltung.
Alle bekannten Schaltungen setzen sich mit dem Problem der Einfügung analoger Blöcke auseinander, die der Berechnung des Maximums (Operator ODER) und/oder des Minimums (Operator UND) des Wahrheitsgrades α speziell zugeordnet sind.
Diese analogen Blöcke besitzen hinsichtlich der beanspruchten Fläche und der Schnelligkeit der Antwort der Schaltung ernste Einschränkungen.
Um diese Einschränkungen zu überwinden, führte Landolt ein neues Verfahren für die Berechnung der UND-Operatoren ein, das in dem Artikel 'Efficient analog CMOS implementation of fuzzy rules by direct synthesis of multidimensional fuzzy subspace' beschrieben ist.
Fig. 6 zeigt einen Analog-Prozessor 2' der vorhergehenden Teile von Fuzzy-Logik-Inferenzregeln, der mehrere Analog- Generatoren 3' von Elementfunktionen FA umfaßt, von denen jeder einen Stromausgang 4' aufweist.
Insbesondere ist es möglich, den bereits unter Bezugnahme auf Fig. 3A beschriebenen Sasaki-Generator als Analog- Prozessor 2' zu verwenden.
Jeder Analog-Generator 3' liefert am Ausgang 4' einen Wert α', der gleich dem Wert des Einerkomplementes des Wahrheitsgrades α der darin erzeugten Elementfunktion FA ist, der zu einem gegebenen Eingangswert I entgegengesetzt ist.
Die Ausgänge 4' der Analog-Generatoren 3' sind mit dem Eingang mit einer Rechenstruktur 5' verbunden, die einen Ausgang 6' zum Erzeugen eines Wertes Ω besitzt, der dem Gesamtwahrheitsgrad des vorhergehenden Teils der Fuzzy- Logikregel entspricht, die durch den Analog-Prozessor 2' verarbeitet wird.
Die Rechenstruktur 5' verwendet Landolts Definition des UND-Operators, sie ist hier im Rahmen der Verarbeitung von Fuzzy-Inferenzregeln als nichteinschränkendes Beispiel beschrieben.
Speziell diesen αi und α'i, den Wahrheitsgraden der Zuordnungen "Ai ist A'i", die in dem vorhergehenden Teil der zu verarbeitenden Fuzzy-Regel bzw. den zugeordneten Einerkomplementen enthalten sind, gibt der Operator UND die Werte:
1 - Σ α'i falls Σ α'i ≤ 1
0 falls Σ α'i > 1
zurück.
Die Operation der Struktur nach Fig. 6 ist wie folgt. Die Analog-Generatoren 3', die mit dieser Regel zusammenhängen, sind mit einem gemeinsamen Knoten 7' verbunden, in dem ein Strom Imax eingegeben wird, der gleich dem höchsten Aktivierungsgrad ist, d. h. dem höchsten Wert, den der Gesamtwahrheitsgrad Ω annehmen kann.
Die Anwendung der Kirchhoffschen Regel auf diesen Knoten 7' zeigt, wie zu dem Ausgang 6' ein Strom fließt, der dem Gesamtwahrheitsgrad Ω des vorhergehenden Teils der in Übereinstimmung mit der vorausgehend gegebenen Definition des UND zu verarbeitenden Regel entspricht.
Ein Einweg-Element und insbesondere eine Diode 8' ist zwischen dem Knoten 7' und dem Ausgang 6' eingefügt, um den Stromweg einseitig zu machen.
Wenn sie auch ihren Zweck erfüllt, ist diese Lösung auch nicht frei von Mängeln.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht darin, eine Analog-Vorrichtung für die Berechnung des vorhergehenden Teils von Fuzzy-Logik- Inferenzregeln zu schaffen, die strukturelle und funktionale Merkmale aufweist, wie z. B. das Überwinden der Mängel, die immer noch die gemäß der bekannten Technik geschaffenen Vorrichtungen einschränken.

Zusammenfassung der Erfindung

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Lösungsidee besteht darin, die Bedeutung, die dem UND-Operator von Landolt gegeben wurde, in einer derartigen Weise zu nutzen, um die Struktur einer Vorrichtung zur Berechnung des vorhergehenden Teils der Fuzzy-Logik-Inferenzregeln 4 zu vereinfachen, und die mit UND-Logikoperatoren analog definierten Elementfunktionen zu verwenden, um hohe Leistung gleichzeitig hinsichtlich des Betriebsintervalls und der Leistungsgeschwindigkeit zu erreichen.
Auf der Grundlage der vorausgehenden Lösungsidee wird das technische Problem durch eine Struktur des Typs gelöst, der vorausgehend dargelegt und in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definiert ist.
Die Merkmale und Vorteile der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind in der Beschreibung einer ihrer Ausführungsformen dargelegt, die im folgenden mittels eines nichteinschränkenden Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gegeben wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung:
zeigt Fig. 1 eine TIEF-Elementfunktion in bezug auf eine Temperatur-Eingangsvariable,
zeigt Fig. 2 ein Beispiel des Abtastens der Diskurswelt U,
zeigt Fig. 3A schematisch einen Generator von Elementfunktionen gemäß dem Stand der Technik,
zeigen Fig. 3B und 3C durch die Vorrichtung nach Fig. 3A erzeugte komplementäre Elementfunktionen FA',
zeigt Fig. 4 eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung der Vorrichtung nach Fig. 3A,
zeigt Fig. 5 schematisch eine Korrelation zwischen Hardware- und Software-Elementen in einem Prozessor, der mit Fuzzy-Logik arbeitet,
zeigt Fig. 6 schematisch einen Analog-Prozessor gemäß Landolts Definition des UND,
zeigt Fig. 7 schematisch einen Analog-Prozessor gemäß der vorliegenden Erfindung,
zeigt Fig. 8 eine Ausführungsform in CMOS-Technologie des Diagramms nach Fig. 7 und
zeigt Fig. 9 eine weitere Ausführungsform in CMOS-Technologie des Diagramms nach Fig. 7.

Ausführliche Beschreibung

Im Diagramm nach Fig. 7 stellt das Bezugszeichen 2 insgesamt einen Analog-Prozessor der vorhergehenden Teile von Fuzzy-Inferenzregeln unter Verwendung von Landolts Definition des UND-Operators als Ganzes dar.
Der Prozessor 2 umfaßt mehrere Analog-Generatoren 3 von Elementfunktionen FA. Insbesondere können diese Analog- Generatoren 3 mittels Sasaki-Generatoren bereitgestellt werden, wie in der bekannten Technik beschrieben ist.
Jeder Analog-Generator 3 weist einen Ausgangsanschluß 4 auf, der mit einem gemeinsamen Schaltungsknoten 7 verbunden ist.
Der gemeinsame Schaltungsknoten 7 ist wiederum mit einer Stromquelle 9, die einen Strom Imax liefert, mit einer Spannungssteuerungseinheit 5, mit einer Spannungsverstärkungseinheit 6 und mit einem Einweg-Element 8 verbunden.
Der Ausgang dieses Einweg-Elements 8 bildet den Ausgang 10 des Prozessors 2 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform in CMOS-Technologie des Prozessors 2.
Der gemeinsame Schaltungsknoten 7 ist mit dem Drain-Anschluß D2 eines ersten p-Kanal-MOS-Transistors M2 verbunden, dessen Source-Anschluß S2 mit einem Versorgungsspannungspol VD verbunden ist.
Der Gate-Anschluß G2 des ersten Transistors M2 erhält eine erste Polarisationsspannung Vg.
Der gemeinsame Schaltungsknoten 7 ist außerdem mit dem Source-Anschluß S3 eines zweiten p-Kanal-MOS-Transistors M3 verbunden, dessen Drain-Anschluß D3 den Ausgang 10 des Prozessors 2 gemäß der vorliegenden Erfindung bildet.
Der Transistor M3 bildet das Einweg-Element 8 des Diagramms nach Fig. 7.
Der gemeinsame Schaltungsknoten 7 ist dann an die Spannungssteuerungseinheit 5 angeschlossen, die einen dritten p-Kanal-MOS-Transistor M4 und einen vierten n-Kanal-MOS- Transistor M5 sowie eine zweite Polarisationsspannung Vb umfaßt.
Insbesondere ist der gemeinsame Schaltungsknoten 7 mit dem Gate-Anschluß G4 des dritten Transistors M4 verbunden, dessen Source-Anschluß S4 mit dem Pol der Versorgungsspannung VD verbunden ist, während der Drain-Anschluß D4 mit dem Drain-Anschluß D5 des vierten Transistors M5 verbunden ist.
Der Source-Anschluß S5 des vierten Transistors M5 ist mit der Massereferenz GND verbunden, während der Gate-Anschluß G5 die zweite Polarisationsspannung Vb erhält.
Die Transistoren M4 und M5 bilden ein komplementäres Paar, das zwischen die Stromversorgung und die Masse GND eingefügt ist. Deren Drain-Anschlüsse D4 und D5 sind mit dem Gate-Anschluß G3 des zweiten Transistors M3 verbunden.
Vorteilhafterweise ist der gemeinsame Spannungsknoten 7 außerdem mit der Spannungsverstärkungseinheit 6 verbunden, die einen fünften n-Kanal-MOS-Transistor M1 enthält.
Der gemeinsame Schaltungsknoten 7 ist in der Tat mit dem Source-Anschluß S1 des fünften Transistors M1 verbunden, dessen Drain-Anschluß D1 mit dem Pol der Versorgungsspannung VD verbunden ist.
Der Gate-Anschluß G1 des fünften Transistors M1 erhält eine dritte Polarisationsspannung Vs.
Nun wird der Betrieb dieses Analog-Prozessors 2 erörtert.
Der erste Transistor M2 wird durch die erste Polarisationsspannung Vg in einer derartigen Weise vorgepolt, um einen Strom Imax zu erzeugen, der dem höchsten Wahrheitsgrad der Elementfunktionen der zu verarbeitenden Fuzzy- Regel entspricht.
Die Transistoren M4 und M5 haben die Aufgabe, den gemeinsamen Spannungsknoten 7 auf einem sehr konstanten festen Potential zu halten und die Modulationseffekte des Stroms Imax aufzuheben, der durch den ersten Transistor M2 mit der Änderung der Drain-Source-Spannung des Transistors M2 erzeugt wird. Sie bilden außerdem Nullstrom-Absorptionswege.
Die zweite Vorpolungsspannung Vb erlaubt die Steuerung der Spannung an dem gemeinsamen Schaltungsknoten 7.
Der zweite Transistor M3 hat die Aufgabe, die Spannung des gemeinsamen Schaltungsknotens 7, der auf einem konstanten Spannungswert gehalten wird, von der Spannung des Ausgangs 10 zu trennen, so daß jegliche netzabwärts von dem Prozessor 2 geschaltete Stromkreise dessen normale Funktion nicht beeinflussen werden.
Um dieses auszuführen, ist der Transistor M3 durch die Drain-Spannung der Transistoren M4 und M5 vorgepolt, die sich mit der Änderung der Betriebsbedingungen des Prozessors 2 ändern.
Vorteilhafterweise ist der fünfte Transistor M1 durch die dritte Polarisationsspannung Vs an der Grenze der verbotenen Zone vorgepolt. In dieser Weise ist die Lieferung eines Stroms gesichert, der ausreichend ist, um die n-Kanal-MOS-Transistoren in der Sättigung zu halten, die sich am Ausgang der Analog-Generatoren 3 befinden, die von Sasaki geschaffen wurden, falls die folgenden Bedingungen eintreten:
Σ α'i > 1.
Dieses hält an dem gemeinsamen Spannungsknoten 7 einen Spannungspegel, der eine hohe Antwortgeschwindigkeit der Schaltung gemäß dem Analog-Prozessor der vorliegenden Erfindung sichern kann.
Die Verwendung des Analog-Prozessors gemäß der vorliegenden Erfindung bringt zwei Hauptvorteile, nämlich:
- es erhöht die Spannung des gemeinsamen Schaltungsknotens 7 und erweitert auf diese Weise das Betriebsintervall der Analog-Generatoren 3, die dank der Anwesenheit der Spannungssteuerungseinheit 5 verwendet werden, und
- es beschleunigt dank der Anwesenheit der Spannungsverstärkungseinheit 6 den Prozessor 2 bei dem Übergang von der Betriebsbedingung, bei der:
Σ α'i ≤ 1,
zu derjenigen, bei der:
X α'i > 1
gilt.
Fig. 9 zeigt eine alternative Ausführungsform mit CMOS- Technologie für den Prozessor 2 gemäß der vorliegenden Erfindung.
In dieser Fig. 9 ist zu sehen, wie die Spannungssteuerungseinheit 5 einen sechsten n-Kanal-MOS-Transistor M6 enthält, der zwischen den dritten Transistor M4 und den vierten Transistor M5 eingefügt ist.
Insbesondere ist der Drain-Anschluß D6 des sechsten Transistors M6 mit dem Drain-Anschluß des dritten Transistors M4 verbunden, während der Source-Anschluß S6 des sechsten Transistors M6 mit dem Drain-Anschluß D5 des vierten Transistors M5 verbunden ist.
Außerdem ist der Gate-Anschluß G6 des sechsten Transistors M6 vorteilhafterweise mit dem Gate-Anschluß G1 des fünften Transistors M1 verbunden.
Die Ausführungsform nach Fig. 9 bringt zwei weitere Vorteile in bezug auf diejenige nach Fig. 8, nämlich:
- Die Anwesenheit einer externen Versorgungsspannung Vs ist nicht länger notwendig, weil der sechste Transistor M6, der wie eine Diode geschaltet ist, an den fünften Transistor M1 eine Spannung liefert, die ausreichend ist, um diesen Transistor M1 zu sperren, wenn der Ausgang 10 einen Wert Ω > 0 aufweist. Außerdem erfüllen die Spannungsänderungen des Gate-Anschlusses G6 des sechsten Transistors M6 die Stromanforderung der Analog-Generatoren 3, die mit dem gemeinsamen Schaltungsknoten 7 verbunden sind, selbst wenn der Ausgangswert Ω null ist.
- Beim Übergang des Ausgangs 10 von einem Wert Ω > 0 zu einem Wert Ω = 0 ist der Spannungsunterschied an dem Gate-Anschluß G3 des zweiten Transistors M3 kleiner als derjenige der Ausführungsform nach Fig. 8, wobei die Antwortgeschwindigkeit der Vorrichtung gemäß dem Analog-Prozessor der vorliegenden Erfindung weiter vergrößert wird.

Claims

1. Analog-Prozessor (2) zur Berechnung der vorhergehenden Teile von Fuzzy-Logik-Inferenzregeln, der eine Mehrzahl von Analog-Generatoren (3) von Elementfunktionen (FA) umfaßt, von denen jeder einen Ausgang (4) aufweist, der einen Wert liefert, der dem Einerkomplement (α') eines Wahrheitsgrades von logischen Zuweisungen des Typs "A ist A'" entspricht, und die Ausgänge (4) so miteinander verbunden sind, daß sie einen gemeinsamen Schaltungsknoten (7) bilden und der Knoten auch mit einer Stromquelle (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (2) eine Spannungssteuerungseinheit (5), die zwischen einer Versorgungsspannung (VD) und einer geerdeten Bezugsspannung (GND) geschaltet ist, und ein Einweg- Element (8) umfaßt, wobei die Spannungssteuerungseinheit (5) und das Einweg-Element (8) mit dem gemeinsamen Schaltungsknoten (7) verbunden sind, wobei die Spannungssteuerungseinheit (5) den gemeinsamen Schaltungsknoten (7) auf einem konstanten Dauerpotential hält und die Modulationseffekte der Stromquelle (7) aufhebt, und wobei das Einweg- Element (8) einen Ausgang (10) aufweist, der einen auf den vorhergehenden Teil der zu verarbeitenden Fuzzy-Regel bezogenen Gesamtwahrheitsgrad (Ω) erzeugt.

2. Analog-Prozessor (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssteuerungseinheit (5) erste und zweite Transistoren (M4, M5) enthält, die gemeinsam zwi schen den Pol der Versorgungsspannung (VD) und die zweite geerdeten Bezugsspannung (GND) in Reihe geschaltet sind, wobei der Kommandoanschluß (G4) des ersten Transistors (M4) mit dem gemeinsamen Schaltungsknoten (7) und der Kommandoanschluß (G5) des zweiten Transistors (M5) mit einem ersten Polarisationsspannungspol (Vb) verbunden ist.

3. Analog-Prozessor (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einweg-Element (8) einen dritten Transistor (M3) enthält, dessen Steueranschluß (G3) mit dem Drain-Anschluß (D4) des ersten Transistors (M4) verbunden ist und dessen Source-Anschluß (S3) mit dem gemeinsamen Schaltungsknoten (7) verbunden ist.

4. Analog-Prozessor (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er eine weitere Spannungsverstärkungseinheit (6) besitzt, welche zwischen die Bezugsversorungsspannung (VD) und den gemeinsamen Schaltungsknoten (7) geschaltet ist.

5. Analog-Prozessor (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsverstärkungseinheit (6) einen vierten Transistor (M1) enthält, dessen Kommandoanschluß (G1) mit einem zweiten Polarisationsspannungspol (Vs) verbunden ist und dessen Source-Anschluß (S1) mit dem gemeinsamen Schaltungsknoten (7) verbunden ist.

6. Analog-Prozessor (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssteuerungseinheit (5) einen fünften Transistor (M6) enthält, der zwischen den Drain- Anschluß (D4) des ersten Transistors (M4) und den Drain- Anschluß (D5) des zweiten Transistors (M5) geschaltet ist.

7. Analog Prozessor (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er eine weitere Spannungsverstärkungseinheit (6) enthält, die zwischen die Versorgungsbezugsspannung (VD) und den gemeinsamen Schaltungsknoten (7) geschaltet ist.

8. Analog-Prozessor (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsverstärkungseinheit (6) einen vierten Transistor (M1) enthält, dessen Kommandoanschluß (G1) mit dem Kommandoanschluß des fünften Transistors (M6) verbunden ist und dessen Source-Anschluß (S1) mit dem gemeinsamen Schaltungsknoten (7) verbunden ist.

9. Analog-Prozessor (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (9) einen Strom (Imax) liefert, der gleich dem höchsten Wahrheitsgrad (α) der Elementfunktionen der zu verarbeitenden Fuzzy-Regel ist.

10. Analog-Prozessor (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (9) einen sechsten Transistor (M2) enthält, dessen Source-Anschluß (S2) mit dem Versorgungsspannungspol (VD) verbunden ist und dessen Drain- Anschluß (D2) mit dem gemeinsamen Schaltungsknoten (7) verbunden ist und dessen Kommandoanschluß (G2) eine dritte Polarisationsspannung (Vg) erhält.

11. Analog-Prozessor (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssteuerungseinheit (5) den gemeinsamen Schaltungsknoten (7) auf einem festen und sehr konstanten Potential hält und die Modulationseffekte des Stroms (Imax), den die Stromquelle (9) bei Veränderungen der Drain-Source-Spannung des sechsten Transistors (M2) liefert, aufhebt.

12. Analog-Prozessor (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Transistor (M1), welcher Bestandteil der Spannungsverstärkungseinheit (6) ist, an der Grenze zu der verbotenen Zone durch die zweite Polarisationsspannung (Vs) derart vorgepolt ist, daß die Versorgung mit einem Strom gesichert ist, der ausreicht, um die in den Analog-Generatoren (3) vorhandenen Transistoren in Sättigung zu halten, falls die folgende Bedingung eintritt:

Σ α'i > 1.

13. Analog-Prozessor (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Einweg-Element (8) enthaltene dritte Transistor (M3) die Spannung des gemeinsamen Schaltungsknotens (7), welcher auf einem konstanten Spannungswert gehalten wird, von der des Ausgangs (10) trennt, so daß jegliche netzabwärts von dem Prozessor (2) geschalteten Stromkreise dessen normale Funktion nicht beeinflussen.

14. Analog-Prozessor (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Transistoren (M4, M5) Nullstrom-Absorptionswege bilden.