JP2509615B2 - 信号並行処理装置 - Google Patents

信号並行処理装置

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JP2509615B2 JP62090001A JP9000187A JP2509615B2 JP 2509615 B2 JP2509615 B2 JP 2509615B2 JP 62090001 A JP62090001 A JP 62090001A JP 9000187 A JP9000187 A JP 9000187A JP 2509615 B2 JP2509615 B2 JP 2509615B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は信号の並行処理を行なう装置に関する。
(従来技術とその問題点) 近時、一群の複雑な問題点をアナログ方式で解く高度
に並行的な計算回路が開発された。それらの回路は、S
字形伝達関数を有する複数の増幅器と、各増幅器の出力
を他の増幅器の入力に接続する抵抗性フィードバック回
路網とを備えている。各増幅器の入力は、接地されたコ
ンデンサと接地されたコンダクタンスとをも含んでいる
が、寄生キャパシタンスとコンダクタンスとの外にコン
デンサと導体とを含んでいてもよいし含んでいなくても
い。入力電流が各増幅器の入力に供給され、出力が増幅
器の出力電圧の集合から得られる。
この回路の概略図が第1図であり、正及び負の出力
V1,V2,V3,V4,VNをそれぞれ持った増幅器10,11,12,13,14
を示す。これらの出力は相互接続ブロック20に接続され
ており、その出力ライン41〜45はそれぞれ増幅器10〜14
の入力に接続されている。相互接続ブロック20の中で、
各出力電圧Viはコンダクタンス(例えば抵抗器)を通し
てブロック20の各出力ラインに接続されている。適宜
上、コンダクタンスは、そのコンダクタンスにより特定
の電圧ラインに接続された特定の出力ライン(すなわ
ち、ソース)によって識別することができる。例えば、
▲T 21▼は、非反転出力V2を第1増幅器の入力ライン
(41)に接続するコンダクタンスを示す。
各増幅器の入力には、抵抗器及びコンデンサの並列回
路と(この抵抗器及びコンデンサの第2リード線は設置
されている)、(外部ソースから)電流を各入力に注入
する手段とが更に接続されている。
キルヒホッフの電流に関する法則を第1図の各増幅器
iの入力に適用するとの次の方程式 が得られる。ここで、 Ciは増幅器iの入力とグランドとの間のキャパシタンス
であり、 1/Riは等価抵抗であって、 に等しく、 ここでρは増幅器iの入力とグランドとの間の抵抗
であり、 Uiは増幅器iの入力における電圧であり、▲T ij
は増幅器jの非反転出力と増幅器iの入力との間のコン
ダクタンスであり、 ▲T ij▼は増幅器jの反転出力と増幅器iの入力と
の間のコンダクタンスであり、 Vjは方程式Vj=gj(Uj)でUjに関係づけられた増幅器
jの出力電圧であり、 Iiは外部ソースから増幅器iの入力に注入されている
電流である。
▲T ij▼とT▲ ij▼とが互いに素であるときに
は、 ▲T ij▼−▲T ij▼は便宜上Tijと表現され、対
称的 Tij項をもって(1)式を満たす回路は安定であると
いうことが知られている。また、そのような回路は加え
られた刺激に応答して、短い遷移時間の後に安定状態に
達するということもよく知られている。安定状態におい
ては、 である。
この既知の安定性に留意して、第1図の回路に関連す
るとともに、同回路の入力信号、同回路の出力信号及び
/又は同回路の内部パラメータに関係する他の関数の挙
動を調べることができる。
実際に、下記(2)の形の関数を調べた。
ここで▲g−1 ▼(V)は、増幅器の利得に関連し
ており、り、▲g−1 ▼(V)の積分は、増幅器iの
利得が無限大に近づくに従って0に近づく。また、関数
Eの時間微分は負であり、電圧Viの時間微分が0に達す
るときに0に達する。方程式(1)はdvi/dtが全てのi
につて0に近づく事を保証しているので、方程式(2)
の関数Eは確実に安定状態に達する。この関数Eが発見
されたので、問題を解く応用分野、結合記憶応用分野及
び分解問題に第1図の回路が使われるようになった。
第1図の回路は、最小化するべき関数が方程式(2)
との対応を可能にする問題の幾つかのパラメータについ
ての高々2次の項を持つように構成することのできる問
題を解くことができる。けれども、他の問題では、2次
より高次の項を含む方程式を最小化する必要があること
もある。それらの問題は、介在ノイロン増幅器を用いて
解くことができるが、その場合、▲T ▼ij▲とT ij
▼とは、解くべき問題の関数である色々な値をとるコン
ダクタンスである。しかし、その色々な値は、各増幅器
が色々な時定数を持っているので、回路を色々な刺激に
応答させ色々に動作させる。
(発明の概要) 高度に並行的な計算回路に使われる増幅器の時定数を
均等化することによって優れた性能を達成することがで
きる。或る技術はフィードバック構造を採用し、各増幅
器iの入力とグランドとの間の抵抗と、各増幅器の入力
とグランドとの間のコンデンサとを、むしろ各増幅器の
入力とその出力との間に並列に接続している。第2の技
術は平衡インピーダンス構造を採用し、等しい値の▲T
ij▼及び▲T ij▼とコンダクタンスを用いて、例え
ば、非ゼロThevenin コンダクタンスでゼロ電流を達成
する。
(詳細な説明) 第1図の回路は各増幅器の入力とグランドとの間にコ
ンデンサと抵抗とを持っている。このコンデンサは回路
の時定数、すなわち速度、を制御する素子であり、そし
て、普通の回路に関してはそのコンデンサをできる限り
小さくすることが設計者の義務である。しかし、第1図
の回路は、事実上数個の増幅器の直列回路を通して帰還
回路を形成することを可能とする。回路中にキャパシタ
ンスが全く存在しなければ、殆んど確実に不安定性が生
じる。回路中にキャパシタンスが存在しても、Tijコン
デンサの選択によって安定性を維持する場合を除いて、
不安定状態が生じることがある。
コンデンサの存在には別の面がある。第1図の特定の
コンデンサへの帰還回路を組み合わせて単一の等価電圧
及び等価抵抗Reとして表わせば、周波数領域中に極が存
在するということが容易に分る。その極はコンデンサ及
びその並列抵抗器の分圧作用に由来するものであり、各
増幅器について/(1+sCRe)に関する利得方程式を産
み出す。この事から、極の位置は帰還抵抗器の関数であ
るという事が分り、従って、第1図の回路の別々の増幅
器が別々の極位置を持っていると予想することができ
る。そして、別々の増幅器から別々の応答速度を予想す
るべきである。その意味するところは、第1図の回路は
方程式(2)のエネルギー関数を最小化するが、最も遅
い増幅器が回路全体の応答時間を決定するので、その最
小値に達するには最善の場合よりも時間がかかる。
私の発明の一つの面に従って、極の位置が一様でない
といし問題は第2図の回路で未然に防止される。この回
路では、各コンデンサ(及びその並列抵抗器)は、それ
に関連する増幅器の出力とその負入力との間に接続され
る。その結果利得R/Re(1+sCR)を伴なう事実上のグ
ランド動作であり、ここでRはそのコンデンサと並列に
接続された抵抗である。その結果、コンデンサとその並
列抵抗器とのみに関連する固定した極が生じる。これに
対して、全ての増幅器に対して応答時間が等しくなり、
与えられたキャパシタンス値について回路の鎭静時間が
最短となる。
私の発明の他の面に従うと、極の位置が一様でないと
いう問題第3図の回路で防止される。この回路では、入
力コンデンサ31と入力抵抗器32とが増幅器10の入力とグ
ランドとの間に接続されている。増幅器10の入力にはコ
ンダクタンスの対(▲T ▼,▲T ▼)、(▲
▼,▲T ▼)、(▲T ▼,▲T ▼)も接
続されている。各対(▲T ▼,▲T ▼)はその
入力を増幅器iの出力から得ており、そして増幅器の出
力インピーダンスは無視し得ると仮定している。
従来技術によってTij値をを計算すると、大きさの異
なる正又は負のTij項が生じる。増幅器の入力端子は本
質的にゼロ電位であるから、負のTijは単に電流が増幅
器の入力端子から流出することを意味する。正のT
ijは、電流が増幅器の入力端子に流入することを意味す
る。従来技術においては、計算されたTijが負であると
きは、第1図の神経回路網は、▲T ij▼素子をマトリ
ックスに編入する。これに対して、計算されたTijが正
であれば、第1図の神経回路網はT▲ ij▼素子をマト
リックスに編入する。これから、▲T ij▼と▲T ij
▼とが互いに素であることが分る。すなわち、一時に一
方のみが現われるのである。
私の発明によれば、計算されたTijに必要とされる符
号と大きさとに拘らず、第3図に示したように、▲T
ij▼及び▲T ij▼コンダクタンスの両方がマトリック
スに含まれる。コンダクタンスの対▲T ▼、▲T
▼により増幅器10に与えられる実効コンダクタンスは
(▲T ▼+▲T ij▼)であり、そしてこの和は、
私の発明の原理に従い、一定であるように設定される。
その実効コンダクタンスが一定、例えばKであるから、
各増幅器の入力端子に存在する全実効コンダクタンスも
一定であり、その結果、増幅器の応答速度が均一とな
る。一方、各増幅器の入力端子に実際に流入する電流
は、計算されたTijで特定されるように、それぞれ異な
っているはずであり、その電流は(▲T ij▼+▲T
ij▼)に等しい。
その値、例えば+A、は(▲T ▼+▲T ▼)
=Kという条件を満たしながら▲T ▼の大きさを に等しく選び且つ▲T ▼の大きさを に等しく選ぶことによって、得ることができる。
この発明が属する技術分野の専門家は本発明の範囲内
で多くの実施例や用途を見出すであろう。例えば、増幅
器の端子に流入する多数の電流が必要とされるととも
に、(KとOとの間の値ではなく)大きさKのコンダク
タンスを作るのが一層好都合である場合には、半数の増
幅器に▲T ▼=▲T ▼=Kのコンダクタンスを
作り、残りの半数の増幅器にゼロ・コンダクタンスを作
るのが有用である。叙上に鑑みて、本発明の開示内容は
純粋に例示的であって、如何なる意味において限定的に
解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来技術の高度に相互接続されたアナログ回路
網を示す図、 第2図は私達の事実上のグランド方式に従って構成した
回路網を示す図、 第3図は私達の平衡コンダクタンス方式に従って構成し
た回路網を示す図である。 主要符号の説明 10……増幅器、31……コンデンサ、 32……抵抗器。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電圧Uiが入力される入力端子を各々有し、
    非反転出力Viと反転出力−Viとを各々発生させ、その両
    出力がS字形関数giによって前記入力に関連している複
    数の増幅器Ai(10)と、 入力電流(101)を前記増幅器Aiの各々の前記入力に
    供給する手段と、 前記の正出力及び負出力を前記入力に接続するコンダク
    タンス回路網とを備えた回路網であって、 前記コンダクタンス回路網は、エネルギー関数 を最小化するための決定演算の性質に応じて選ばれたコ
    ンダクタンス値を持っており、ここでVi及びVjはそれぞ
    れ前記増幅器Ai及びAjの出力電圧であり、Tijは、利得
    関数gi(Ui)を持つ増幅器Aiの増幅された入力電圧を増
    幅器Ajの入力端子に関連させるコンダクタンスであり、
    Riは前記増幅器Aiの前記入力における等価抵抗であり、
    ▲g−1 ▼はgiの逆関数であり、 前記増幅器の応答の速度を等しくする手段を備えたこと
    を特徴とする回路網。
  2. 【請求項2】前記の等しくする手段は、前記増幅器の各
    々と関連し且つ前記増幅器の各々の入力と負出力との間
    に接続された補回路網(第2図)から成ることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の回路網。
  3. 【請求項3】前記補回路網は抵抗器(32)とコンデンサ
    (31)との並列回路から成ることを特徴とする特許請求
    の範囲第2項記載の回路網。
  4. 【請求項4】前記の等しくする手段は、(T ij▲+▲
    ij▼)が定数で(▲T ij▼−▲T ij▼)が前記
    コンダクタンスTijに等しいように各コンダクタンス▲
    ij▼と共に▲T ij▼を用いることを包含してお
    り、ここで▲T ij▼は増幅器Aiの出力Viと増幅器Aj
    入力との間に接続されたコンダクタンスであり、▲T
    ij▼は増幅器Aiの出力Viと増幅器Ajの入力との間に接続
    されたコンダクタンスであることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の回路網。
  5. 【請求項5】前記の等しくするための手段は、その和が
    予め選択された値に本質的に等しいコンダクタンスを前
    記コンダクタンス回路網に用いることを包含することを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の回路網。
  6. 【請求項6】前記▲T ij▼及び前記▲T ij▼は常に
    対を成して存在することを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の回路網。
  7. 【請求項7】前記▲T ij▼及び前記▲T ij▼は互い
    に素ではないことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の回路網。
JP62090001A 1986-04-14 1987-04-14 信号並行処理装置 Expired - Lifetime JP2509615B2 (ja)

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SG26194A SG26194G (en) 1986-04-14 1994-02-21 Parallel computation network

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