JP2599679B2 - Multi-quadrant multiplier operating in charge domain - Google Patents

Multi-quadrant multiplier operating in charge domain

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JP2599679B2 JP5043262A JP4326293A JP2599679B2 JP 2599679 B2 JP2599679 B2 JP 2599679B2 JP 5043262 A JP5043262 A JP 5043262A JP 4326293 A JP4326293 A JP 4326293A JP 2599679 B2 JP2599679 B2 JP 2599679B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はアナログ信号処理、ニュ
ーラルネットワーク回路、乗算装置に適用できる電荷領
域で作動する多象限乗算装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-quadrant multiplication device operating in a charge region applicable to analog signal processing, a neural network circuit, and a multiplication device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、CCDに代表される電荷転送素子
は、撮像素子やディレーラインなどの形で広く普及して
いるが、その応用は目下アナログシフトレジスタやアナ
ログメモリーとしての用途に限定され、一部でマッチド
フィルタや多値ディジタル論理回路への利用が検討され
てはいるが、このような信号処理分野への利用は極めて
少ない。
2. Description of the Related Art Conventionally, charge transfer devices typified by CCDs have been widely used in the form of imaging devices and delay lines, but their applications are currently limited to analog shift registers and analog memories. Although some applications to matched filters and multi-valued digital logic circuits are being studied, their use in such signal processing fields is extremely small.

【0003】CCDは一般に消費電力が少なく、高密度
の集積が可能な点で優れた特性を有していると言われ、
より高度な信号処理機能の確立が期待されている。特に
信号どうしの乗算については、目下のところ精度の不足
や複雑化を伴い充分に合理的な実現方法が提案されてい
ない現状にある。
[0003] CCDs are generally said to have excellent characteristics in that power consumption is low and high-density integration is possible.
The establishment of more advanced signal processing functions is expected. In particular, with respect to multiplication between signals, at present, a sufficiently rational implementation method has not been proposed due to lack of accuracy and complexity.

【0004】例えば、図6に示すCCDマッチドフィル
タは、CCDアナログシフトレジスタ上に配置された一
対のフローティング電極群の形状でフィルタ特性を調整
し、個々のステージ上にある電荷信号と電極面積の相互
作用を間接的に利用してアナログ乗算を各ステージで並
列的に実行しており、演算速度は比較的に高速である
が、電極面積の誤差が個々の乗算精度に直接影響を与え
るので、当然ながら回路の微細化とともに演算精度は悪
化する傾向にあり、高密度の集積化には限界があると考
えられる。また、この方式では乗数の変更は不可能で、
応用の範囲はかなり限定される。
For example, in the CCD matched filter shown in FIG. 6, the filter characteristics are adjusted by the shape of a pair of floating electrodes arranged on a CCD analog shift register, and the charge signal on each stage and the area of the electrode are adjusted. Analog multiplication is performed in parallel at each stage using the function indirectly, and the operation speed is relatively high.However, since errors in the electrode area directly affect the individual multiplication accuracy, However, as the circuit becomes finer, the calculation accuracy tends to deteriorate, and it is considered that high-density integration has a limit. Also, with this method, the multiplier cannot be changed,
The range of applications is quite limited.

【0005】また、CCDの多値論理回路への利用は、
現在基本となる論理処理操作を模索している段階で、乗
算器のように高度の処理を実現する見通しについては、
未だ不明と思われる。
[0005] The use of a CCD in a multi-valued logic circuit is as follows.
While we are currently exploring the basic logic operations, the prospect of achieving advanced processing like a multiplier is:
Still unknown.

【0006】これ以外にも、例えば、CCDを利用した
ホップフィールド型ニューラルネットワーク等が検討さ
れているが、この場合は、乗算の主体は抵抗ネットワー
クとオペレーショナルアンプであり、CCDはこれらの
パラメータを記憶させるためのアナログメモリーに過ぎ
ず、演算機能として利用されているわけではない。
In addition to this, for example, a Hopfield type neural network using a CCD has been studied. In this case, the main element of the multiplication is a resistance network and an operational amplifier, and the CCD stores these parameters. It is just an analog memory to make it work and is not used as an arithmetic function.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、主として電
荷転送素子で伝達される電荷信号に直接ディジタル信号
を乗じる操作を通じて、高精度のアナログ乗算をより単
純な回路で実現するための電荷領域で作動する多象限乗
算装置を得ようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a charge region for realizing high-precision analog multiplication with a simpler circuit mainly by directly multiplying a charge signal transmitted by a charge transfer element by a digital signal. The goal is to obtain a multi-quadrant multiplying device that works.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の如き観点
に鑑みてなされたものであって、電荷転送素子上の電荷
信号を特定の比率を有する少なくも2個の部分に分割す
るセパレータ装置と、分割された電荷信号を選択的に共
通の加算回路に印加するための出力回路群と、前記選択
を制御するためのディジタル信号線とよりなる電荷領域
で作動する多象限乗算装置を提供しようとするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned point of view, and comprises a separator device for dividing a charge signal on a charge transfer element into at least two portions having a specific ratio. And an output circuit group for selectively applying the divided charge signals to a common addition circuit, and a digital signal line for controlling the selection. It is assumed that.

【0009】[0009]

【作用】次に、本発明の作用について説明する。CCD
は電荷転送素子(CTD)を代表する素子であるが、C
CDの構造は不活性領域で囲まれた半導体領域の表面に
薄い絶縁層を設置し、この絶縁体を挟んで複数のゲート
電極を連続して配置し、これらの電極に適切な電位を印
加した際に、その電界によって半導体内部の閉じた領域
に過度的に発生する空乏層(ポテンシャル井戸)に注入
された電荷信号をゲート電極電位の適切な操作によって
生じる、前記の閉じた領域の変形(拡大、縮小など)を
介して、移動、蓄積、加工するものであり、主として電
荷信号の移動に着目した場合の各ゲート電極の電位変化
の相対的タイミングの関係から、通常は2相、3相、4
相などの分類が行われている。
Next, the operation of the present invention will be described. CCD
Is a representative element of a charge transfer element (CTD).
In the structure of the CD, a thin insulating layer was provided on the surface of a semiconductor region surrounded by an inactive region, a plurality of gate electrodes were continuously arranged with the insulator interposed therebetween, and an appropriate potential was applied to these electrodes. At this time, a charge signal injected into a depletion layer (potential well) which is excessively generated in a closed region inside the semiconductor due to the electric field causes a deformation (expansion) of the closed region caused by an appropriate operation of the gate electrode potential. , Reduction, etc.), and generally, two-phase, three-phase, or three-phase, based on the relative timing of the potential change of each gate electrode when focusing on the movement of the charge signal. 4
Classification such as phases is performed.

【0010】CCDの場合、相互に隣接した複数のゲー
ト電極がそれぞれポテンシャル井戸を形成する場合、そ
れらのポテンシャル井戸は連続し、ひとつの大きなポテ
ンシャル井戸を形成するが、以下の説明では、このよう
な連続したポテンシャル井戸も含め、独立した1個のア
ナログ電荷信号の蓄積単位を総称して以後ステージと呼
ぶことにする。
In the case of a CCD, when a plurality of gate electrodes adjacent to each other form a potential well, the potential wells are continuous and form one large potential well. An independent storage unit of one analog charge signal, including a continuous potential well, is generically called a stage hereinafter.

【0011】以下、演算の理論的構成について説明す
る。電荷転送素子の1個のステージは電荷を保持する機
能としてはコンデンサーと等価な役割を果しており、そ
の容量はコンデンサーと同様に主としてステージの面積
で決定されるが、充分な精度を有するステージ上では電
荷はほぼ均一に分布し、そのステージを分割する位置に
配置されたセパレータ電極に電位を印加した場合、分割
されたそれぞれの面積に比例してその上の電荷も分割さ
れる。
Hereinafter, the theoretical configuration of the operation will be described. One stage of the charge transfer element plays a role equivalent to a capacitor as a function of retaining electric charge, and its capacity is determined mainly by the area of the stage like a capacitor, but on a stage having sufficient accuracy, The electric charges are distributed almost uniformly, and when a potential is applied to the separator electrode arranged at the position where the stage is divided, the electric charge on the divided electrode is also divided in proportion to each divided area.

【0012】この分割の方法には様々な方式が考えられ
るが、最も単純にラディックスを2とした「n分割」を
例にとって説明すると、上記の分割は 1/2 :1/4 :1/8 :...:1/2 の比率となり、もとの電荷量をCとすれば、n個に分割
された電荷量はそれぞれ C/2,C/4,C/8,.....,C/2 となる。
Various methods can be considered for this dividing method.
However, the simplest way is to use "n-division" with a radix of 2.
To illustrate by way of example, the above division is 1/2: 1/4: 1/8:. . . : 1/2n  And if the original charge amount is C, it is divided into n
The charged amounts are C / 2, C / 4, C / 8,. . . . . , C / 2n  Becomes

【0013】ここでdをLSBとするnビットの2値
ディジタル信号D(dn−1、dn−2、....d
2、d1、d0)のそれぞれのビットで上記n個の電荷
信号を選別し、ビットが1であるものだけを累積する操
作は、1)式で表される。 同様に、ビットが0であるものを累積する操作は、式
(2)となる。
[0013] Here, binary n-bit digital signal to a d 0 and LSB D (dn-1, dn -2, .... d
The operation of selecting the above-mentioned n charge signals with each bit of (2, d1, d0) and accumulating only those whose bit is 1 is represented by the expression 1). Similarly, the operation of accumulating the bits of 0 is represented by Expression (2).

【0014】具体的に4ビットのDに対する、DとS1
/C,S2/C の関係を計算すると下記の表1のよう
になる。
Specifically, for a 4-bit D, D and S1
The following table 1 shows the relationship between / C and S2 / C.

【0015】表1から分かる通り、2系統の出力を差動
出力信号(S1−S2)/C として捉えると、ディジ
タルデータ 7と8の中間点を中立点としてそれ以下を
負、それ以上を正の数値に対応させれば、正の電荷信号
Cに正負両極性のディジタルデータを乗じる「2象限乗
算」がこの装置で実現できることになる。
As can be seen from Table 1, when the outputs of the two systems are regarded as differential output signals (S1-S2) / C, the intermediate point between the digital data 7 and 8 is set as the neutral point, the lower part is negative, and the higher part is positive. In this device, "two-quadrant multiplication" in which the positive charge signal C is multiplied by digital data of both positive and negative polarities can be realized by this device.

【0016】更に、上記について入力電荷信号が差動信
号C1,C2である場合について、それぞれの入力に対
して式(1)、(2)の処理を加えると結果は次の式
(3)−(6)の4種類の出力となる。
Further, in the case where the input charge signals are the differential signals C1 and C2, when the processing of the equations (1) and (2) is applied to each input, the result is the following equation (3)- There are four types of outputs of (6).

【0017】ここで、総合出力信号S1,S2を S1
=S11+S22、S2=S12+S21とし、上記
(3)−(6)式の結果をまとめると、次の(7)、
(8)式が得られる。
Here, the total output signals S1 and S2 are represented by S1
= S11 + S22, S2 = S12 + S21, and the results of the above equations (3)-(6) are summarized as follows.
Equation (8) is obtained.

【0018】上記両(7)(8)式中の右辺第2項は共
通であり、差動信号としては意味がないので無視でき、
実質的に式(1)、(2)のCを(C1−C2)に置き
換えた式となっている。
The second term on the right side in the above equations (7) and (8) is common and has no meaning as a differential signal, and can be ignored.
This is a formula in which C in formulas (1) and (2) is substantially replaced with (C1-C2).

【0019】この結果から、正負両極性の差動入力信号
C1,C2 に対してこの演算処理は、同様に両極性の
ディジタル信号との積に対応した差動出力S1、S2を
与える処理であることを示している。
From this result, this arithmetic processing is a processing of similarly providing differential outputs S1 and S2 corresponding to the product of the positive and negative differential input signals C1 and C2 with the bipolar digital signals. It is shown that.

【0020】従って、式(1)、(2)の2象限乗算器
2個の組み合わせで「4象限乗算」を実行できることが
わかる。
Therefore, it can be seen that "four-quadrant multiplication" can be executed by combining two two-quadrant multipliers of the equations (1) and (2).

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の具体的な処理回路の構成の一
実施例を図面を参照しながら説明する。電荷転送素子
(CTD)は、一般に入力信号によって変調を受けた電
荷量が、あるステージから別のステージに転送される動
作を基本として構成されており、その移動機構の違いか
ら様々な方式が派生している。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a processing circuit according to an embodiment of the present invention; A charge transfer device (CTD) is generally configured based on an operation in which a charge amount modulated by an input signal is transferred from one stage to another stage, and various methods are derived from the difference in the moving mechanism. doing.

【0022】本発明は、このような移動機構にかかわり
なく共通して適用可能な概念であるため、以下の説明で
は、各ステージ間の具体的な電荷転送機構は煩雑化を避
ける目的で省略して図示する。
Since the present invention is a concept that can be applied irrespective of such a moving mechanism, a specific charge transfer mechanism between the stages is omitted in the following description for the purpose of avoiding complication. It is illustrated.

【0023】図1は上記の(1)式に従った演算をCT
D上で実行する回路の一例を示す。この例では、入力電
荷はまずCTDのひとつのステージ1上に形成されたセ
パレータに注入される。セパレータには電荷を所定の比
率で分割するためのセパレータ電極Gが配置されてお
り、電荷注入時にはこの電極Gは中立電位に保持されて
障壁は形成されない。電荷注入の終了後、この電極Gに
は電位が印加され、その障壁によって該ステージ1内の
電荷は所定の比率に分割される。
FIG. 1 shows an operation according to the above equation (1) performed by CT
4 shows an example of a circuit executed on D. In this example, the input charge is first injected into a separator formed on one stage 1 of the CTD. The separator is provided with a separator electrode G for dividing charges at a predetermined ratio, and at the time of charge injection, the electrode G is kept at a neutral potential and no barrier is formed. After the completion of the charge injection, a potential is applied to the electrode G, and the charge in the stage 1 is divided at a predetermined ratio by the barrier.

【0024】分割されたそれぞれの電荷信号は、それぞ
れ独立したCTDステージ2に移動されるが、それらの
CTDステージ2はディジタル信号Dの各ビットで制御
されており、ビットが1のステージの信号のみがサミン
グノード3に移動されるように構成されており、逆に、
ビットが0のステージが保持している信号は採用され
ず、次の入力の注入と同時にCLR端子4からまとめて
排出される。
Each of the divided charge signals is moved to an independent CTD stage 2. The CTD stage 2 is controlled by each bit of the digital signal D. Is configured to be moved to the summing node 3, and conversely,
The signal held by the stage whose bit is 0 is not used, and is discharged from the CLR terminal 4 at the same time as the next input is injected.

【0025】この結果、サミングノード3には式(1)
で示される信号が出力され、遅れてCLR端子4から式
(2)に対応した信号が出力される。
As a result, the summing node 3 has the formula (1)
Are output, and a signal corresponding to the equation (2) is output from the CLR terminal 4 with a delay.

【0026】図1の例は正のアナログ数値にディジタル
数値を掛ける乗算を実行する場合を説明するための簡単
な例であるが、分割数が多い場合はセパレータの精度管
理が困難となり、前記のマッチドフィルタ同様に回路の
微細化には限界がある。
The example shown in FIG. 1 is a simple example for explaining the case of executing a multiplication for multiplying a positive analog value by a digital value. However, when the number of divisions is large, it becomes difficult to control the accuracy of the separator. As with the matched filter, there is a limit to miniaturization of the circuit.

【0027】この点を改善したのが図2の例である。図
2において、入力電荷信号は直列に接続された入力電荷
を2等分するn個の1/2分割セパレータ11に印加さ
れ、各セパレータ11上に共通に配置されたセパレータ
電極Gに印加される分割ゲート電位VGに従って、それ
ぞれ独立して2等分されていくが、その片方の出力は次
段のセパレータ11の入力信号としてシフト0の操作で
次段のセパレータ11に転送され、もう一方の出力は、
図1の場合と同様に、ディジタル信号Dの各ビットで制
御されつつ、ビットの0/1に対応した独立のCTDス
テージRi+、Ri−を介して、シフトレジスタ列14
上でそれぞれ累積され、最終的に2系統のサミングノー
ド12、13にそれぞれ集められる。この際、シフトレ
ジスタ列14のシフト(シフト1)はシフト0が1回の
間に2回行われる構成を採用している。即ち、この回路
はそれぞれ前述の(1)、(2)両式に対応した信号処
理を並行して実行する構成である。
FIG. 2 shows an example in which this point is improved. In FIG. 2, an input charge signal is applied to n 分割 -divided separators 11 that divide the input charge in series into two equal parts, and are applied to a separator electrode G commonly arranged on each separator 11. According to the divided gate potential VG, each is independently divided into two equal parts. One of the outputs is transferred to the next-stage separator 11 by an operation of shift 0 as an input signal of the next-stage separator 11, and the other output is output. Is
As in the case of FIG. 1, while being controlled by each bit of the digital signal D, the shift register array 14 is controlled via the independent CTD stages Ri + and Ri- corresponding to the bit 0/1.
The above are accumulated respectively, and finally collected in the two systems of summing nodes 12 and 13 respectively. At this time, the shift register array 14 shifts (shift 1) adopts a configuration in which shift 0 is performed twice during one time. That is, this circuit is configured to execute signal processing corresponding to both of the above-described equations (1) and (2) in parallel.

【0028】この構成では、電荷の2分割操作だけで構
成されているため、電極サイズが均一になることから分
割精度管理が容易で回路の微細化に適している。この場
合、各セパレータ段からのビット選択出力は、同時には
出力されないので、この例ではセパレータ間のデータ移
動に同期して作動する別のCTDシフトレジスタ列14
を用いて累積データを移動しながら、動的に結果の累積
を行う形式を採用している。
In this configuration, since the operation is performed only by the operation of dividing the electric charge into two, the electrode size becomes uniform, so that the division accuracy can be easily controlled and is suitable for miniaturization of the circuit. In this case, since the bit selection output from each separator stage is not output at the same time, in this example, another CTD shift register row 14 which operates in synchronization with data movement between separators is used.
Is used to dynamically accumulate the results while moving the accumulated data.

【0029】図2に図示の<*>印のタイミングで入力
ゲートから注入された電荷信号に7ビットのディジタル
信号D(1,0,0,1...)を乗じる場合を例にと
り、図に沿ってその作動を説明する。まず、注入された
電荷は分割ゲート電位VGが中立であるため、最初の1
/2分割セパレータ11を構成するステージの全域に分
散する。その後、分割ゲート電位VGはセパレータ内に
障壁を形成し注入電荷を2等分する。分離された一方の
電荷信号はR6+,R6−で示される2個のステージま
たは転送チャンネルに接続されており、そのどちらかを
経由して、別のCTDシフトレジスタ列14に加算的に
注入されるが、ここでは乗数Dの最上位ビット(MS
B)は1であるので、2分割された最初の電荷信号はR
6+の経路を経て転送されるよう構成されているとす
る。
FIG. 2 shows an example in which the charge signal injected from the input gate is multiplied by a 7-bit digital signal D (1, 0, 0, 1...) At the timing indicated by <*>. The operation will be described with reference to FIG. First, the injected charge has the first 1 because the divided gate potential VG is neutral.
The dispersion is performed over the entire area of the stage constituting the / 2 split separator 11. Thereafter, the divided gate potential VG forms a barrier in the separator, and halves the injected charge. One of the separated charge signals is connected to two stages or transfer channels indicated by R6 + and R6-, and is additionally injected into another CTD shift register row 14 via either of them. However, here, the most significant bit (MS
B) is 1, the first charge signal divided into two is R
It is assumed that it is configured to be transferred via a 6+ path.

【0030】分割されたもう一方の信号は、次の電荷信
号の注入に同期して2段目の1/2分割セパレータ11
に転送され、上記と同様にDの次のビットである0に対
応して、R5−のステージよりCTDシフトレジスタ列
14に注入されるが、この間CTDシフトレジスタ列1
4はシフト1の駆動によって2ステージ分右に移動して
いるので、最初のセパレータで注入された信号に加算さ
れながら右方向に移動していく。
The other divided signal is supplied to a second-stage half-divided separator 11 in synchronization with the injection of the next charge signal.
Is transferred to the CTD shift register row 14 from the stage of R5- in correspondence with the bit 0 next to D as described above.
4 moves to the right by two stages by the drive of the shift 1, and moves rightward while being added to the signal injected by the first separator.

【0031】以上の過程を繰り返した後、CTDシフト
レジスタ列14の右端の2個のサミングノード12、1
3には最終的に上記式(1)、(2)に示す信号が累積
されて出力されることになる。尚、*に前後して入力さ
れる別の入力信号の処理も上記と並行して独立に実行さ
れるので、この装置は1種の半アナログ式パイプライン
乗算器として機能することになる。
After repeating the above process, the rightmost two summing nodes 12, 1
Finally, the signals shown in the above equations (1) and (2) are accumulated and output to No. 3. The processing of another input signal input before and after * is also performed independently in parallel with the above, so that this device functions as a kind of semi-analog pipeline multiplier.

【0032】図3は、上記図2の例をただ1個の1/2
分割セパレータを時分割多重利用によって処理する構成
の例である。図3において、セパレータ21に左端より
注入される電荷信号は一度セパレータ全体に拡散され、
その後セパレータ電極Gに印加される分割ゲート電位V
Gが発生する障壁によって、それぞれ等量の電荷信号を
有する2個のステージ22、23に分断される。
FIG. 3 shows only one half of the example of FIG.
This is an example of a configuration in which a division separator is processed by time division multiplexing. In FIG. 3, the charge signal injected from the left end into the separator 21 is once diffused throughout the separator,
Thereafter, the divided gate potential V applied to the separator electrode G
The G-generated barrier is divided into two stages 22 and 23 each having an equal amount of charge signal.

【0033】図3の右端の区画はR+,R−の2個の経
路を経てそれぞれ独立した2個のサミングノード24、
25に結合されており、上記の分割操作後にD1,D2
のいずれかの転送命令に基づきいずれかのサミングノー
ドに累積されるが、この転送命令D1,D2は乗数であ
るデジタルデータの最上位ビット(MSB)によって制
御されており、例えばビットが1の時は転送命令D1
が、ビットが0の時は転送命令D2がそれぞれ発生する
よう構成されている。
The rightmost section in FIG. 3 is composed of two independent summing nodes 24 via two paths R + and R-, respectively.
25, and D1, D2
Is accumulated in any one of the summing nodes based on any one of the transfer commands. The transfer commands D1 and D2 are controlled by the most significant bit (MSB) of digital data which is a multiplier. Is the transfer instruction D1
However, when the bit is 0, the transfer instruction D2 is generated.

【0034】転送終了後、分割ゲート電位VGは再度中
立電位になるので、図3の左の区画に残留していた電荷
信号はセパレータ全域に拡散され、次の分割ゲート電位
VGの立ち上がりによって再度分断される。
After the end of the transfer, the divided gate potential VG becomes the neutral potential again, so that the charge signal remaining in the left section of FIG. 3 is diffused to the entire area of the separator, and is again divided by the next rise of the divided gate potential VG. Is done.

【0035】以上の操作は、転送命令D1,D2の制御
ソースを順次入力ディジタルデータの低位ビットに切り
替えながら繰り返し実行され、全ビットにつき累積動作
を完了した時点では、2個のサミングノード24、25
上には上記式(1)、(2)に相当する差動出力信号が
保持されている。
The above operation is repeatedly executed while sequentially switching the control sources of the transfer commands D1 and D2 to the lower bits of the input digital data. When the accumulation operation is completed for all the bits, the two summing nodes 24 and 25 are completed.
Above, differential output signals corresponding to the above equations (1) and (2) are held.

【0036】尚、この例では4ビットのディジタルデー
タを乗数に採用しているが、表1の結果から分かる通
り、この場合、完全にゼロを乗数とした乗算は不可能に
なる。このため、図3の例では、一連の1/2分割処理
を終了した後に、左の区画に残留している電荷信号を最
後にR−の経路で排出する構成を採用しており、ディジ
タルデータの中立点を丁度8に合わせるようしてある。
In this example, 4-bit digital data is used as the multiplier. However, as can be seen from the results shown in Table 1, in this case, it is impossible to perform multiplication using a multiplier of completely zero. For this reason, in the example of FIG. 3, a configuration is adopted in which, after a series of halving processes, the charge signal remaining in the left section is finally discharged through the R-path. The neutral point is adjusted to exactly 8.

【0037】図3の例の場合、1/2分割操作の回数を
ソフトウェア的に調整するだけで、理論上は任意のビッ
ト長を有するディジタルデータに対応でき、装置の柔軟
な運用の見地から優れた性質を有していると同時に、上
記図2の例に比してさらに単純な回路構成を有し、高密
度の集積回路に適用するのに最も適している。さらにセ
パレータが1個であることから、精度管理の面でも極め
て有利な構成になる。特に、図4に示すような分割比率
目動調整システムの併用が容易で、高精度の処理を加え
る場合に適している。
In the case of the example shown in FIG. 3, digital data having an arbitrary bit length can be theoretically handled only by adjusting the number of halving operations by software, which is excellent from the viewpoint of flexible operation of the apparatus. It has the simpler circuit configuration than the example of FIG. 2 and is most suitable for application to a high-density integrated circuit. Further, since there is only one separator, the configuration is extremely advantageous in terms of accuracy control. In particular, it is easy to use the division ratio eye movement adjusting system as shown in FIG.

【0038】図4において比較器Xには、2個のサミン
グノードの電荷信号が直接または間接的に伝達され、そ
れらの相対関係が例えば差の形で検出される。乗数とし
て8が選ばれた場合、理想的には2個のサミングノード
の出力は最終的に等しくなるはずであるが、セパレータ
の分割比率が1/2と異なり誤差を有している場合、こ
の差はゼロにならず、セパレータに内在する誤差傾向を
示す有限の数値となるので、この数値からセパレータの
分割比率の微調整装置に帰還制御を加えることで、分割
比率の精度を向上させることができる。
In FIG. 4, the charge signals of the two summing nodes are directly or indirectly transmitted to the comparator X, and the relative relationship between them is detected, for example, in the form of a difference. If 8 is selected as the multiplier, ideally the outputs of the two summing nodes should eventually be equal. However, if the division ratio of the separator is different from 1/2 and has an error, Since the difference does not become zero and becomes a finite numerical value indicating the error tendency inherent in the separator, it is possible to improve the accuracy of the dividing ratio by adding feedback control to the fine adjustment device of the dividing ratio of the separator from this numerical value. it can.

【0039】図4の例は、1/2分割セパレータの一部
に微調整用の電極GAを設置し、セパレータの一方の区
画の電気容量を制御し、この制御電圧に前記の帰還信号
を加える構成によって実現する場合を示している。当
然、この制御はディジタルデータが8の場合についての
み有効であるため、比率の校正後は調整結果を保持しな
がら帰還回路を断つ必要があり、端子CALはそのため
の制御端子を示す。
In the example of FIG. 4, an electrode GA for fine adjustment is provided in a part of the half-divided separator, the electric capacity of one section of the separator is controlled, and the feedback signal is applied to the control voltage. The case where it is realized by the configuration is shown. Of course, since this control is effective only when the digital data is 8, it is necessary to cut off the feedback circuit while maintaining the adjustment result after the ratio calibration, and the terminal CAL indicates a control terminal for that.

【0040】図5は上記図3に示す例を2系列結合し
て、上記式(7)、(8)に対応する4象限乗算を実行
するシステムの構成を示す。差動入力信号C1,C2は
それぞれの系列の乗算器に印加されるが、それぞれで加
えられる内部操作は上記図3の例と全く同じである。そ
れぞれの差動出力は、互いにサミングノード31、32
上で加算されS1,S2の総合差動出力が形成される。
FIG. 5 shows a configuration of a system for performing four-quadrant multiplication corresponding to the above equations (7) and (8) by combining the example shown in FIG. 3 in two series. The differential input signals C1 and C2 are applied to the respective series of multipliers, but the internal operations applied to each are exactly the same as in the example of FIG. The respective differential outputs are mutually summing nodes 31, 32
The above is added to form a total differential output of S1 and S2.

【0041】[0041]

【発明の効果】電力消費が少なく、集積密度の点で有利
なCTDを用いて、従来CTDを使って実現することが
困難であった多象限乗算装置を、従来の乗算装置と比較
して極めて単純な回路で構成でき、回路寸法の縮小に役
立つ。
According to the present invention, a multi-quadrant multiplying device, which is low in power consumption and is difficult to realize using the CTD in the prior art using the CTD which is advantageous in terms of the integration density, is extremely compared with the conventional multiplying device. It can be configured with a simple circuit, which helps to reduce the circuit size.

【0042】また、本願による多象限乗算装置は、直接
に電荷入力を受容し、すべての乗算過程が電荷領域で実
行し得る構成を有している点で、アナログ増幅器など電
力消費の多い素子を併設する必要もないなどCTDが有
する上記の低電力消費の性質を充分に利用できること、
さらに、精度低下の一因となる電荷と電圧の間の信号変
換が一切不要であることなども重要な利点である。
Further, the multi-quadrant multiplication device according to the present invention has a configuration in which a charge input is directly received and all multiplication processes can be executed in a charge region. The ability to fully utilize the low power consumption characteristics of CTD, such as no need to install
Another important advantage is that there is no need for any signal conversion between charge and voltage, which contributes to a decrease in accuracy.

【0043】本願による多象限乗算装置は、上記の特質
から積和処理を中心とした超並列アナログプロセサーチ
ップを構成するのに適し、さらに、従来CTDの主要な
用途であった光学信号入力装置としての機能を併用する
ことによって、画像処理、ニューラルネットワークなど
の用途に有効に利用し得る。
The multi-quadrant multiplication device according to the present invention is suitable for constructing a massively parallel analog processor chip centering on the product-sum processing from the above-described characteristics, and further, as an optical signal input device which has been a main application of the conventional CTD. By using these functions together, it can be effectively used for applications such as image processing and neural networks.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の所定の演算をCTD上で実行する一実
施例の回路構成図である。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of one embodiment for executing a predetermined operation of the present invention on a CTD.

【図2】本発明の他の実施例の回路構成図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram of another embodiment of the present invention.

【図3】図2の例をただ1個の1/2分割セパレータを
時分割多重利用によって処理する一例の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of an example in which the example of FIG. 2 is processed by using only one half-split separator by time division multiplexing.

【図4】本発明の一実施例の分割比率自動調整システム
を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating a division ratio automatic adjustment system according to an embodiment of the present invention.

【図5】図3に示す例を2系列結合して、所定の4象限
乗算を実行するシステムの構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a system that performs a predetermined four-quadrant multiplication by combining two examples of the example illustrated in FIG. 3;

【図6】従来のCCDマッチドフィルタの一例を示す構
成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of a conventional CCD matched filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ステージ 2 CTDステージ 3 サミングノード 4 CLR端子 11 1/2分割セパレータ 12 サミングノード 13 サミングノード 14 シフトレジスタ列 21 セパレータ 22 ステージ 23 ステージ 24 サミングノード 25 サミングノード 31 サミングノード 32 サミングノード CTD 電荷転送素子 D ディジタル信号 VG 分割ゲニト電位 Rx+ ディジタルデータのビットxで制御される、プ
ラス側の転送チャンネル Rx− ディジタルデータのビットxで制御される、マ
イナス側の転送チャンネル MSB 最上位ビット LSB 最下位ビット G1,G2 くし型セパレータ G セパレータ電極 D1,D2 転送命令 X 比較器 GA 微調整用電極 CAL キャリブレーション制御端子 C1,C2 差動入力信号 S1,S2 差動出力 C 入力電荷信号
1 stage 2 CTD stage 3 summing node 4 CLR terminal 11 1/2 splitting separator 12 summing node 13 summing node 14 shift register row 21 separator 22 stage 23 stage 24 summing node 25 summing node 31 summing node 32 summing node CTD charge transfer element D Digital signal VG Divided genito potential Rx + Transfer channel Rx on the plus side, controlled by bit x of digital data, Transfer channel on the minus side, controlled by bit x of digital data MSB Most significant bit LSB Least significant bit G1, G2 Comb separator G Separator electrode D1, D2 Transfer command X Comparator GA Fine adjustment electrode CAL Calibration control terminal C1, C2 Differential input signal S1, S2 Differential The Power C input charge signal

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電荷転送素子上に入力電荷信号を1/
2,1/4,1/8,・・・2(−n)(nは任意の自
然数)を含む比率の2個以上の部分に分割するセパレー
タ装置と、分割された該電荷信号を別途デイジタル信号
線を介して供給される選択制御信号に従って選択的に2
系統の加算回路のいずれかに印加するための出力回路群
よりなり、該2系統の加算回路からの2個の電荷出力信
号によって正負両極性を表現する差動出力信号を形成す
る、電荷領域で作動する2象限乗算装置。
An input charge signal on a charge transfer element is divided by 1 /
2, 1/4, 1/8,... 2 (-n) (n is an arbitrary natural number), a separator device for dividing into two or more portions having a ratio, and a separate digital signal for the divided charge signals. 2 selectively according to a selection control signal supplied through a signal line.
An output circuit group to be applied to any of the two types of adder circuits, and a charge region which forms a differential output signal expressing both positive and negative polarities by two charge output signals from the two types of adder circuits. A working two-quadrant multiplier.
【請求項2】 前記セパレータ装置が入力電荷を同時に
n個の部分に分割する請求項1記載の電荷領域で作動す
る2象限乗算装置。
2. A two-quadrant multiplier operating in a charge domain according to claim 1, wherein said separator device simultaneously divides the input charge into n parts.
【請求項3】 前記のn=2即ち入力電荷信号を2等分
するセパレータ装置m個を直列的に接続し、各接続段に
おいて分割出力の一方を次段の入力となし、逐次的にn
回の1/2分割操作を繰り返すセパレータ装置と、該セ
パレータ装置の各段からの他方の分割出力をディジタル
信号ビットに従って選択的に累積加算し、かつセパレー
タ装置の分割動作に同期してソフト動作を実行するアナ
ログシフトレジスタによって構成された請求項1記載の
電荷領域で作動する2象限乗算装置。
3. The above-mentioned n = 2, that is, m separator devices for bisecting an input charge signal are connected in series, and at each connection stage, one of the divided outputs is used as the input of the next stage, and n is sequentially determined.
A separator device that repeats a half-split operation twice, and selectively accumulates and adds the other divided output from each stage of the separator device according to digital signal bits, and performs a soft operation in synchronization with the split operation of the separator device. 2. A two-quadrant multiplication device operating in a charge domain according to claim 1, comprising an analog shift register to be implemented.
【請求項4】 前記のn=2即ち入力電荷信号を2等分
する1個のセパレータ装置の分割出力の一方を再度該セ
パレータ装置の入力となし、逐次的にn回の1/2分割
操作を繰り返す巡回セパレータ装置と、該巡回セパレー
タ装置の出力を最上位ビットを先頭に供給されるディジ
タル信号ビットに従って選択的に累積加算する2個の電
荷信号蓄積手段によって構成された請求項1記載の電荷
領域で作動する2象限乗算装置。
4. One of the divided outputs of one separator device for dividing n = 2, that is, the input charge signal into two equal parts, is again input to the separator device, and the n divided operations are sequentially performed n times. 2. The charge according to claim 1, comprising: a cyclic separator device that repeats the above operation; and two charge signal accumulating means for selectively accumulating and adding the output of the cyclic separator device according to a digital signal bit supplied with the most significant bit at the top. A two-quadrant multiplier operating in the domain.
【請求項5】 請求項4記載の2象限乗算装置を2個備
え、差動形式即ち正負両極性の信号を2個の信号の差で
表現する表現形式をなす2個の電荷信号を、それぞれの
入力電荷信号として独立に乗算を実行した結果、それぞ
れの乗算装置から出力される2系統の差動形式をなす出
力の各2要素を相互に加算して1系統の差動出力信号と
する電荷領域で作動する4象限乗算装置。
5. A two-quadrant multiplying device according to claim 4, wherein two charge signals in a differential form, that is, a charge form in which a signal having both positive and negative polarities is represented by a difference between the two signals, As a result of performing multiplication independently as an input charge signal of each of the two, the two elements of the two differential outputs output from the respective multipliers are added to each other to form a single differential output signal 4-quadrant multiplier operating in the domain.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0823874B2 (en) * 1993-11-18 1996-03-06 株式会社ジーデイーエス Systolic array processor
JP2617425B2 (en) * 1994-08-03 1997-06-04 株式会社ジーデイーエス Multiplier using charge transfer element
JP2563090B2 (en) * 1994-10-31 1996-12-11 株式会社ジーデイーエス General-purpose charge mode analog operation circuit
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Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4072939A (en) * 1976-03-01 1978-02-07 International Business Machines Corporation Analog-to-digital and digital-to-analog converter circuits employing charge redistribution
US4136335A (en) * 1977-04-18 1979-01-23 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Semiconductor charge coupled device analog to digital converter
JPS54152850A (en) * 1978-05-23 1979-12-01 Cho Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai Ad converter
JPS5637640A (en) * 1979-09-05 1981-04-11 Hitachi Ltd Method and apparatus for wire bonding
JPS5640328A (en) * 1979-09-11 1981-04-16 Nec Corp Electric charge transfer type digital/analogue converting unit
JPS5680927A (en) * 1979-12-04 1981-07-02 Matsushita Electronics Corp Signal converter
JPS5952577B2 (en) * 1983-09-16 1984-12-20 富士通株式会社 Semiconductor D-A converter
JPS6459621A (en) * 1987-08-31 1989-03-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd Magnetic recording medium
JP2946516B2 (en) * 1989-01-25 1999-09-06 日本電気株式会社 Charge transfer device

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