JP2002049884A - アナログ式行列演算回路 - Google Patents
アナログ式行列演算回路Info
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- JP2002049884A JP2002049884A JP2000234262A JP2000234262A JP2002049884A JP 2002049884 A JP2002049884 A JP 2002049884A JP 2000234262 A JP2000234262 A JP 2000234262A JP 2000234262 A JP2000234262 A JP 2000234262A JP 2002049884 A JP2002049884 A JP 2002049884A
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Abstract
大きくすることなくダイナミックレンジを大きくとるこ
とができ、もって低消費電力での高速動作を行わせるこ
とのできるアナログ式行列演算回路を提供する 【解決手段】 本発明のアナログ式行列演算回路は、ア
ナログ入力信号x(t)をサンプリングして行列演算の
行の各要素に対応させたサンプリング信号xjとして記
憶する各記憶回路を有する記憶回路部1と、行毎に各記
憶回路に一対一に対応する乗算回路を有しかつ各記憶回
路から出力されたサンプリング信号xjと係数信号Cij
とを各記憶回路毎に乗算する乗算回路部3と、行の各要
素毎の出力信号に対応されかつ乗算回路部3の各乗算回
路から出力された乗算信号を加算する加算回路部4と、
を有する。
Description
いて行列を演算するアナログ式行列演算回路に関するも
のである。
算を行うデジタル式行列演算回路が知られている。この
デジタル式行列演算回路は、例えば、移動体通信の送信
機、受信機の送回路の一部に用いられている。
(いわゆるOFDM)方式が用いられ、送信機側では、
入力データを例えば変調回路でQPSK方式により変調
し、デジタル式行列演算回路としての逆フーリエ変換回
路で逆フーリエ変換し、この逆変換された信号をデジタ
ルアナログ信号変換器でアナログ信号に変換し、ベース
バンドOFDM信号として送信し、受信機側では、ベー
スバンドOFDM信号を受信してアナログデジタル信号
変換器でデジタル信号に変換し、この変換されたデジタ
ル信号をデジタル式行列演算回路としてのフーリエ変換
回路でフーリエ変換し、フーリエ変換された信号を復調
回路でQPSK方式により復調して、元のデータを復調
している。
移動体通信の分野では、データを高速で効率的に処理可
能なこと、低消費電力で処理可能なことが要求され、デ
ジタル式行列演算回路においても低消費電力での高速動
作が要求される。
回路では、ダイナッミクレンジを大きくとって精度を向
上させようとすると、それだけ回路規模が大きくなって
消費電力が多くなり、低消費電力での高速動作を行わせ
ることが難しい。
ので、デジタル式行列演算回路に較べて回路規模を大き
くすることなくダイナミックレンジを大きくとることが
でき、もって低消費電力での高速動作を行わせることの
できるアナログ式行列演算回路を提供することにある。
グ式行列演算回路は、アナログ入力信号をサンプリング
して行列演算の行の各要素に対応させたサンプリング信
号として記憶する各記憶回路を有する記憶回路部と、行
毎に前記各記憶回路に一対一に対応する乗算回路を有し
かつ前記各記憶回路から出力されたサンプリング信号と
係数信号とを前記各記憶回路毎に乗算する乗算回路部
と、前記行の各要素毎の出力信号に対応されかつ前記乗
算回路部の各乗算回路から出力された乗算信号を加算す
る加算回路部と、を有することを特徴とする。
は、前記各サンプリング信号が時系列的信号であること
を特徴とする。
は、前記各サンプリング信号が空間的に点在する各点の
物理量を変換して得られたアナログ信号であることを特
徴とする。
は、前記各係数信号がフーリエ変換係数であり、前記各
乗算回路部と前記各加算回路部とによって前記アナログ
信号をフーリエ変換することを特徴とする。
は、前記加算回路ブロック部がカレントミラー回路から
なり、該カレントミラー回路は電流源と一対のMOSF
ETからなり、一方のMOSFETのゲート幅と他方の
MOSFETのゲート幅とを異ならせることにより、サ
ンプリング信号に乗算すべき係数が異ならされているこ
とを特徴とする。
は、一周期T内にアナログ入力信号をサンプリングして
行列演算の行の各要素に対応させたN個のサンプリング
信号として記憶する各記憶回路を有する記憶回路部と、
行毎に前記各記憶回路に一対一に対応する積算回路を有
しかつ前記各記憶回路から出力されたサンプリング信号
と係数信号とを前記各記憶回路毎に乗算する乗算回路部
と、前記各記憶回路がN個のサンプリング信号をサンプ
リングすると同時に、前記サンプリング信号を出力する
スイッチ部と、前記行の各要素毎の出力信号に対応され
かつ前記乗算回路部の各乗算回路から出力された乗算信
号を加算する加算回路部と、を有することを特徴とす
る。
行列演算回路のブロック図である。このアナログ式行列
演算回路は、表1に示すn×n個の行列演算を行うもの
である。
号x(t)のj番目のサンプリング信号、yiはアナロ
グ出力信号、Cijはアナログ出力信号yiを演算すると
きに、サンプリング信号xjに乗算されるべき係数で、
添え字i、jは0からnまでの自然数である。
的フーリエ変換を行うものであるとする。アナログ入力
信号x(t)は図2に示すように連続的に変化する曲線
で表現されるものとし、サンプリング信号xjはそのア
ナログ入力信号x(t)から周期T内で一定時間間隔で
サンプリングされるものとし、そのサンプリング個数は
N個であるとする。
グ入力信号xjをフーリエ変換によって得られる周波数
成分であるとする。
i/N+x2・e-k2π・2・i/ N+…++…xj・e-k2π・j・
i/N+…+xn-1・e-k2π・(n-1)i/N) と表現され、従って、 一般に、i次の周波数成分yi
を求めるための係数は、 Cij=e-k2π・j・i/N である。
ある。
段1、スイッチ回路部2、乗算回路部3、加算回路部4
を有する。
(t)をサンプリングして行列演算の行の各要素に対応
させたサンプリング信号xjを記憶する記憶回路部とし
てのサンプルホールド回路から構成され、そのサンプル
ホールド回路は、各記憶素子としての電流フリップフロ
ップCDF/Fから構成されている。その電流フリップ
は行列の列の個数に対応させてN個設けられている。符
号CDF/Fjはそのj番目の電流フリップフロップを
示している。
1)は入力端子、T2j(j=0、1、…、N−1)、
T3j(j=0、1、…、N−1)はクロック信号の入
力端子、符号T4j(j=0、1、…、N−2)、T5j
(j=0、1、…、N−1)はホールドされた電流信号
の出力端子である。
図3に示すように、第1サンプルホールド回路SH1j
と第2サンプルホールド回路SH2jとから構成されて
いる。第1サンプルホールド回路SH1はソース接地の
n型MOSトランジスタ(nチャンネルMOSFET)
M1、M2を有する。
定電流源A1を介して電源Vddに接続されると共に、
入力端子T1jに接続されている。n型MOSトランジ
スタM1のゲートはそのドレインに接続されている。
定電流源A2を介して電源Vddに接続されている。n
型MOSトランジスタM2のゲートはサンプルホールド
スイッチSW1を介してn型MOSトランジスタM1の
ゲートに接続されている。
ース接地のサンプルホールド用のn型MOSトランジス
タ(nチャネルMOSFET)M3〜M5を有する。n
型MOSトランジスタM3のドレインは定電流源A3を
介して電源Vddに接続されると共にn型MOSトラン
ジスタM2のドレインに接続されている。
定電流源A4を介して電源Vddに接続されると共に出
力端子T4jに接続されている。n型MOSトランジス
タM4のゲートはサンプルホールドスイッチSW2を介
してn型MOSトランジスタM3のゲートに接続されて
いる。
定電流源A5を介して電源Vddに接続されると共に出
力端子T5iに接続されている。n型MOSトランジス
タM5のゲートはn型MOSトランジスタM4のゲート
に接続されている。なお、符号C1はn型MOSトラン
ジスタM2のゲート−ソース間の寄生容量であり、符号
C2はn型MOSトランジスタM4、M5のゲート−ソ
ース間の寄生容量である。
はクロック信号Wによってオンオフされる。クロック信
号Wは図4(a)、図4(b)に示すように、時系列的
に発生される第1クロックパルスW1と第1クロックパ
ルスW1と逆位相で時系列的に発生される第2クロック
パルスW2とからなる。
は理想的条件のもとで同一とする。定電流源A3〜A5
に流れている電流値Jも理想的条件のもとで定電流源A
1、A2と同一とする。また、n型MOSトランジスタ
M1、M2のゲート長Lに対するゲート幅Wの比(W/
L)(図5参照)も同一とする。n型MOSトランジス
タM3〜M5のゲート長Lに対するゲート幅Wの比につ
いても同様であるとする。
ルド回路SH1jに入力される電流信号Iinと、第1
サンプルホールド回路SH1jにホールドされた後第2
サンプルホールド回路SH2jに転送される電流信号I
sの大きさの絶対値を理想的には等しくできる。また、
第2サンプルホールド回路SH2jに入力される電流信
号Isと出力端子T4j、T5jから出力される電流信号
Ioutの大きさの絶対値を理想的には等しくできる。
また、定電流源A1〜A5の電流値を等しくすると、n
個の電流フリップフロップを全て同じ回路で構成できる
ので、回路設計が容易となる。
には、例えば、n型MOSトランジスタが用いられる。
このn型MOSトランジスタはそのゲートに電源電圧V
ddが印加されると、そのドレイン−ソース間が導通
(オン)となり、ゲートに印加される電圧がゼロのと
き、ドレイン−ソース間が遮断(オフ)となる。
電圧Vddに対応され、第1クロックパルスW1の
「0」は電源電圧ゼロに対応されている。従って、サン
プルホールドスイッチSW1、SW2は「1」のときオ
ンされ、「0」のときオフされ、サンプルホールドスイ
ッチSW1とサンプルホールドスイッチSW2とは、第
1クロックパルスW1、W2が逆位相であるので、同時
にオンされず、そのオンオフ関係は逆となる。
(c)に示すように、電流信号Iinが第1サンプルホ
ールド回路SH1jに流入したとする。この電流信号I
inはMOSトランジスタM1のドレインに入力され、
MOSトランジスタM1のドレイン−ソース間に流れる
電流は、もし、T1jに電流Iinを流し込む電流源が
理想電流源であるときには、「J+Iin」となる。
スW1が「1」となり、第2クロックパルスW2が
「0」となったとする。第1クロックパルスW1が
「1」となることによってサンプルホールドスイッチS
W1はオン(閉成)となり、第2クロックパルスW2が
「0」となることによって、サンプルホールドスイッチ
SW2はオフ(開成)となる。
れることによって、MOSトランジスタM1のゲートと
MOSトランジスタM2のゲートとが短絡され、サンプ
ルホールドスイッチSW2が開かれることによって、M
OSトランジスタM3のゲートとMOSトランジスタM
4のゲートは切り離される。
とMOSトランジスタM2の電流系統とは、サンプルホ
ールドスイッチSW1が閉じられることによって、カレ
ントミラー回路を構成し、MOSトランジスタM2のド
レイン−ソース間にはMOSトランジスタM1に流れる
電流「J+Iin」と同じ電流「J+Iin」が流れ
る。これにより、MOSトランジスタM2のドレイン側
からMOSトランジスタM3のドレイン側に転送される
電流信号Isは、Is=−Iinとなり、図4(d)に
示すように、転送電流「I=−Iin」が生成される。
M3のドレイン−ソース間に電流「J−Iin」が流
れ、MOSトランジスタM2のゲート−ソース間の寄生
容量C1に電荷が注入されて充電され、第1サンプルホ
ールド回路SH1jはこの過程により電流信号Iinを
サンプリングする。
W1が「0」、クロックパルスW2が「1」となると、
サンプルホールドスイッチSW1がオフ(開成)され、
サンプルホールドスイッチSW2がオン(閉成)され
る。サンプルホールドスイッチSW1が開かれるとによ
って、MOSトランジスタM1のゲートとMOSトラン
ジスタM2のゲートとは切り離されるが、MOSトラン
ジスタM2のドレイン−ソース間には寄生容量C1の存
在によって「J+Iin」の電流が流れ続け得る電荷が
蓄積され続けるので、電流信号Isも「−Iin」に保
持され、この過程により電流信号がホールドされてい
る。
jは電流信号を遅延させるために第1クロックパルスS
W1の立ち上がりで電流信号をサンプリングしかつ立ち
下がりでホールドすることになる。
ドスイッチSW2が閉じられることによって、MOSト
ランジスタM3のゲートとMOSトランジスタM4、M
5のゲートが短絡される。MOSトランジスタM3の電
流系統とMOSトランジスタM4、M5の電流系統と
は、サンプルホールドスイッチSW2が閉じられること
によって、同様にカレントミラー回路を構成し、これに
より、MOSトランジスタM4、M5のドレイン−ソー
ス間に流れる電流は共に「J−Iin」となる。
される電流信号Ioutは、図4(e)に示す入力され
た電流信号「Iin」と同じ値となる。また、MOSト
ランジスタM4、M5のドレイン−ソース間の寄生容量
C2に電荷が注入されて充電される。
ルスW1が「1」、第2クロックパルスW2が「0」と
なると、次に到来する電流信号Iinが第1サンプルホ
ールド回路SH1jにサンプルされる。また、サンプリ
ングスイッチSW2が開かれることによって、MOSト
ランジスタM3のゲートとMOSトランジスタM4、M
5のゲートとは切り離されるが、MOSトランジスタM
4、M5のドレイン−ソース間には寄生容量C1の存在
によって「J−Iin」の電流が流れ続け、電流信号I
outは電流信号「Iin」に保持される。
jは第1サンプルホールド回路SH1iにホールドされた
電流信号を第2クロックパルスSW2の立ち上がりでサ
ンプリングしかつ立ち下がりでホールドしてホールドさ
れた電流信号を次段の電流フリップCDF/Fj+1に転
送すると共に、スイッチ回路部2に出力する。
号x0、x1、…、xj、…、xN-1がサンプルホールドさ
れる。
N個のオンオフスイッチSj(j=0、1、2、…、N
−1)を有する。このオンオフスイッチSjは、N個の
電流信号をサンプルすると同時にオンされ、各電流信号
Ioutが乗算回路部3に出力される。乗算回路部3は
行の個数に対応してN個設けられ、i番目の乗算回路ブ
ロック部を符号3iで示す。
Qj(j=0、1、2、…、N−1)を有する。i番目
の乗算回路ブロック部Qjには、j番目の電流フリップ
フロップCDF/Fjの出力信号Iout(Xj)が入力
されると共に、この出力信号X jに乗算されるべき係数
信号Cijが入力される。その乗算回路ブロック部Q
jは、係数信号Cijとj番目の出力信号Iout(Xj)
とを乗算して、その信号を後段の加算回路部4に出力す
る。
i(i=0、1、2、…、N−1)を有する。この加算
回路ブロック部4iは、図6に示すように、ソース接地
のn型MOSトランジスタM32、M33、定電流源A
32、A33、入力端子T6i、出力端子T7iを有す
る。その入力端子T6iには、i番目の乗算回路ブロッ
ク部3iの各乗算回路Qj(j=0、1、2、…、N−
1)出力が入力され、加算回路ブロック部4iは、各乗
算回路Qj(j=0、1、2、…、n)出力された乗算
信号を加算して周波数成分としての加算信号yi(i=
0、1、2、…、N−1)を出力する機能を有するもの
で、n型MOSトランジスタM32のドレインは電流源
A32を介して電源Vddに接続されていると共に、入
力端子T6iに接続されている。n型MOSトランジス
タM32のゲートはそのドレインに接続されている。n
型MOSトランジスタM33のゲートはn型MOSトラ
ンジスタM32のゲートに接続されている。n型MOS
トランジスタM33のドレインは電流源A33を介して
電源Vddに接続されると共に出力端子T7iに接続さ
れている。
はカレントミラー回路を構成し、アナログ入力信号X
(t)をサンプリングして得られた時系列的サンプリン
グ信号xjに基づき、アナログ入力信号X(t)がフー
リエ変換されてその周波数成分yiが求められる。
(t)をサンプリングして時系列的信号をアナログ式行
列演算回路に入力させて、その周波数成分を求めること
にしたが、サンプリング信号が空間的に点在する各点の
物理量を変換して得られたアナログ信号であり、このア
ナログ信号をアナログ式行列演算回路に入力させて、そ
の周波数成分を求めても良い。
路ブロック部3iと加算回路ブロック部4iとを別々の回
路ブロック部により構成したが、各サンプリング信号x
0、x1、…、xi、…、xN-1に乗ずべき係数信号C
ij(j=0、1、2、…、N−1)が同一値の場合に
は、図7に示すように、i番目の加算回路ブロック部4
iを構成するカレントミラー回路のMOSトランジスタ
M32のドレインに各出力端子T5j(j=0、1、
2、…、N−1)を接続し、かつ、MOSトランジスタ
M32のゲート幅WとMOSトランジスタM33のゲー
ト幅Wとの比を変更することにより、乗ずべき係数値を
変えて、加算信号をMOSトランジスタM33の出力端
子T7iから取り出す構成とすることもできる。
ので、デジタル式行列演算回路に較べて回路規模を大き
くすることなくダイナミックレンジを大きくとることが
でき、もって低消費電力での高速動作を行わせることが
できる。
ロック回路図である。
図である。
ングされるサンプル信号の説明図である。
ある。
である。
算回路部と加算回路部との他の例を説明するための回路
図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 アナログ入力信号をサンプリングして行
列演算の行の各要素に対応させたサンプリング信号とし
て記憶する各記憶回路を有する記憶回路部と、 行毎に前記各記憶回路に一対一に対応する乗算回路を有
しかつ前記各記憶回路から出力されたサンプリング信号
と係数信号とを前記各記憶回路毎に乗算する乗算回路部
と、 前記行の各要素毎の出力信号に対応されかつ前記乗算回
路部の各乗算回路から出力された乗算信号を加算する加
算回路部と、 を有するアナログ式行列演算回路。 - 【請求項2】 前記各サンプリング信号が時系列的信号
であることを特徴とする請求項1に記載のアナログ式行
列演算回路。 - 【請求項3】 前記各サンプリング信号が空間的に点在
する各点の物理量を変換して得られたアナログ信号であ
ることを特徴とする請求項1に記載のアナログ式行列演
算回路。 - 【請求項4】 前記各係数信号がフーリエ変換係数であ
り、前記各乗算回路部と前記各加算回路部とによって前
記アナログ信号をフーリエ変換することを特徴とする請
求項2に記載のアナログ式行列演算回路。 - 【請求項5】 前記加算回路ブロック部がカレントミラ
ー回路からなり、該カレントミラー回路は電流源と一対
のMOSFETからなり、一方のMOSFETのゲート
幅と他方のMOSFETのゲート幅とを異ならせること
により、サンプリング信号に乗算すべき係数が異ならさ
れていることを特徴とする請求項1に記載のアナログ式
行列演算回路。 - 【請求項6】 一周期T内にアナログ入力信号をサンプ
リングして行列演算の行の各要素に対応させたN個のサ
ンプリング信号として記憶する各記憶回路を有する記憶
回路部と、 行毎に前記各記憶回路に一対一に対応する積算回路を有
しかつ前記各記憶回路から出力されたサンプリング信号
と係数信号とを前記各記憶回路毎に乗算する乗算回路部
と、 前記各記憶回路がN個のサンプリング信号をサンプリン
グすると同時に、前記サンプリング信号を出力するスイ
ッチ部と、 前記行の各要素毎の出力信号に対応されかつ前記乗算回
路部の各乗算回路から出力された乗算信号を加算する加
算回路部と、 を有するアナログ式行列演算回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000234262A JP4354101B2 (ja) | 2000-08-02 | 2000-08-02 | アナログ式行列演算回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000234262A JP4354101B2 (ja) | 2000-08-02 | 2000-08-02 | アナログ式行列演算回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002049884A true JP2002049884A (ja) | 2002-02-15 |
JP4354101B2 JP4354101B2 (ja) | 2009-10-28 |
Family
ID=18726653
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000234262A Expired - Fee Related JP4354101B2 (ja) | 2000-08-02 | 2000-08-02 | アナログ式行列演算回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4354101B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012002576A1 (ja) * | 2010-07-01 | 2012-01-05 | 日本電気株式会社 | 信号検出器、その信号検出器を備えた通信装置及び通信方法 |
JP2022533539A (ja) * | 2019-05-09 | 2022-07-25 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | ビットオーダバイナリ加重乗算器/積算器 |
KR20220167098A (ko) * | 2021-06-11 | 2022-12-20 | 강원대학교산학협력단 | 시분할 다채널 아날로그 행렬 연산기, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 장치 |
-
2000
- 2000-08-02 JP JP2000234262A patent/JP4354101B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
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WO2012002576A1 (ja) * | 2010-07-01 | 2012-01-05 | 日本電気株式会社 | 信号検出器、その信号検出器を備えた通信装置及び通信方法 |
JP2022533539A (ja) * | 2019-05-09 | 2022-07-25 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | ビットオーダバイナリ加重乗算器/積算器 |
JP7384925B2 (ja) | 2019-05-09 | 2023-11-21 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | ビットオーダバイナリ加重乗算器/積算器 |
KR20220167098A (ko) * | 2021-06-11 | 2022-12-20 | 강원대학교산학협력단 | 시분할 다채널 아날로그 행렬 연산기, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 장치 |
KR102597802B1 (ko) * | 2021-06-11 | 2023-11-02 | 강원대학교산학협력단 | 시분할 다채널 아날로그 행렬 연산기, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 장치 |
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