JPH01103703A

JPH01103703A - 最大値演算装置及びその制御方式

Info

Publication number: JPH01103703A
Application number: JP26083487A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Wakaumi; 若海　弘夫
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-10-16
Filing date: 1987-10-16
Publication date: 1989-04-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、あいまいな情報であいまいなままで処理可能
なファジィ論理演算に用いることができる最大値演算装
置及びその制御方式に関する。

（従来の技術）゛パターン認識、医療診断、人工知能等のシステムでは、
あいまいな情報をもとに、あいまいなままの状態で処理
を行い、総合的に適確な推論を行うために、ファジィ論
理を適用しようという動きがある。この論理手法により
演算を行うと、いくつかの異なったメンバーシップ関数
からなるあいまい集合の間で行なわれる多値あるいはア
ナログあるいはディジタル演算により容易に推論が行え
る。

例えば、第５図に示すように体温Ｔを変数としたメンバ
ーシップ関数’１（Ｔ）＋ｆ２ｆＴ＋及び血圧Ｐを変数
としたメンバーシップ関数ｆｌ（Ｐｌ＋ｆ２ｆＰｌがＩ
Ｉ風邪パ、゛肺炎“を表わす規則１ｆＡ１ｔｈｅｎＢ１
，１ｆＡ２ｔｈｅｎＢ２を満たすあいまい集合であるも
のとする。今、入力化″号として被験者の症状Ａｘを表
わすメンバーシップ関数ｆ×が入力された場合、このＡ
ｘがどの病名であるかを判断（推論）するのに、ファジ
ィ論理演算を行うと簡単である。演算は次のようにして
行なわれる。即ち、各規則の確がらしさの度合いを求め
るために、まず条件部で、ｆｘとｆｌ（Ｔｌ＋ｆ２（Ｔ
１等との論理積を演算することにより、異なる関数間の
最小値ｆｘΔｆｌｔｔ）、　ｆχΔｆ２ｆＴｌを求め、
この中の最大値α濁を選択する。そして、この値をルー
ルを形成する結論部へ写像する。

即ち、最大値α１と結論部におけるメンバーシップ関数
ｆｌ（Ｐｌ、ｆ２（Ｐｉ　　（Ｐ’血圧）等との最小値
演算により得られた特性ｆ１（Ｐｌ＋ｆ２（Ｐｉのうち
の最大値を求め、その重心や頂点を選定することによっ
て、どの病名かが推論決定される。

このような論理演算を行うのに必要な論理関数としては
、限界差と算術和だけがあればよいことが示されている
（［システムと制御Ｊ　、　Ｖｏｌ、３０゜Ｎｏ４．Ｐ
Ｐ、２０５−２１２．１９８６）が、最小値、最大値を
求める演算装置があればより短時間で処理可能になるた
め好都合である。

この演算が簡単にＩＣで実現されれば、高速処理ができ
、かつ低コストなシステムを構成することが可能になる
。このようなファジィ論理演算を多値またはアナログの
状態で処理できるＩＣとしては、電流ミラー回路とＭＯ
３ＦＥＴ″′Ｃ構成したダイオードとで構成された限界
差回路が提案されている（電子通信学会誌Ｖｏ１．Ｊ６
７−Ｃ，Ｎｏ、１２．ＰＰ、−１０２２−１０２９，１
９８４）（発明が解決しようとする問題点）最大値演算回路は、限界差回路と加算回路の組合せによ
り構成できるが、複雑にならざるを得ない。また、この
限界差回路では、電流モードで動・−−，へ− 作するため、動作中には必ず直流電流が流れるため、消
費電力が大きくなる。また、入出力電流特性（Ｉｏ＝Ｉ
８　ＩＹ）が維持されるある条件があり、論理振幅を大
きくとれない（ダイナミックレンジが狭い）欠点がある
。さらに、メンバーシップ関数ＲＡＭ　（あるいはＤ／
Ａ変換器との組合せ）を介して電圧信号で与えられるの
に、さらにこれを電流に１対１で変換することはほとん
ど不可能である（ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧と出力電流
の関係はリニアではない）ことから、入力インタフェイ
スが複雑になる。同様に、電流を電圧に変換するための
出力インタフェイスも簡単な回路では実現できない。さ
らに、電流ミラー回路を構成するＭＯＳＦＥＴのチャネ
ル長を短くすると、入出力間の電流特性は広い動作範囲
でリニア性を保持できなくなる（ドレイン電圧が変われ
ば、電流値が変化する）から、短チヤネル化（高密度Ｉ
Ｃ化）が不可能である。

本発明の目的は、高消背電力、めんどうな物理量変換、
リニアリティの悪さ、集積度の悪さ等電６一流値を用いた２つの信号（２値（バイナリ）あるいは多
値あるいはアナログ信号）間の演算を行う回路によって
生じる種々の問題を除去するために、電流の代わりに電
荷を用いて最大値演算処理を行うように構成した最大値
演算装置及びその制御方式を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明の最大値演算装置は、ファジィ論理演算のために
、メンバーシップ関数記憶手段を通して与えられる２つ
の２値あるいは多値あるいはアナログ入力信号Ｘ、Ｙの
最大値を求める最大値演算装置であって、電荷注入手段
と、これと直列に接続される第１と第２の電荷蓄積手段
及び第３と第４の電荷蓄積手段と、前記第１と第２の電
荷蓄積手段に前記２つの入力信号Ｘ、ＹをＸ、Ｙの順序
で印加するための第１と第２の電極と、前記第３と第４
の電荷蓄積手段に基準電位Ｖ　ｒｅｆと入力信号ＸをＶ
　ｒｅｒ　＋　Ｘの順序で印加するための第３と第４の
電極と、前記第２と第４の電荷蓄積手段に蓄えられた電
荷を転送制御するための転送手段及び転送電極と、転送
される電荷を加算して蓄積するための蓄積手段及び加算
電極とで構成されることを特徴とする最大値演算装置で
ある。

本発明の制御方式は、ファジィ論理演算のために、２つ
の入力信号Ｘ、Ｙの最大値を求める前記最大値演算装置
を制御する方式であって、電荷注入期間では、第１と第
４の電極、第２の電極及び第３の電極にそれぞれ入力信
号Ｘ、Ｙ及び基準電位Ｖ　ｒｅｆを印加し、転送電極に
はＯＶを印加してその直下にバリア電位を形成し、こ゛
の状態で電荷注入手段より前記第２、第４の電極直下の
電荷蓄積手段に電荷を蓄え、電荷転送期間では、前記転
送電極及び加算電極下の電位を深くすることによって前
記加算電極下に前記第２、第４の電極下の電荷蓄積手段
に蓄えられた電荷を転送して加算することを特徴とする
最大値演算装置の制御方式である。

（作用）本発明の最大値演算装置及びその制御方式では、電荷注
入手段と隣接させて、２つの入力電極対を並列に設け、
一方の電極対のうちの電荷注入手段に近い電極と他方の
電極対のうちの電荷注入手段より遠い電極とを共通の電
極とする。共通に結んだ電極には多値あるいはアナログ
の入力記号Ｘを、それ以外の電荷注入手段に近い電極に
基準電位Ｖ　ｒｅｆを、遠い電極に他の入力信号（２値
あるいは多値あるいはアナログ）Ｙを印加する。Ｙ〉Ｘ
なる電圧信号が入力される時、Ｘ、Ｙの信号が供給され
ている電極対のうちのＹの電極下には、電荷注入手段か
ら電位平衡法（アイ・イーイー・ジャーナル　オブ　ソ
リッド　ステート　サーキッツ（ＩＥ’Ｊ、ｏｆ　５ｏ
ｌｉｄ−３ｔａｔｅ　Ｃ１ｒｃｕｉｔｓ）　、Ｖｏｌ、
５Ｃ−１０，Ｎｏ、２．　ｐｐ、ｌ１１１−９２．　Ａ
ｐｒ、、４９７５）を用いて、Ｙ−Ｘの電圧レベルに対
応した電荷Ｑ１が入力される。他方のＶ、ｅｆ、Ｘの信
号が供給されている電極対のうちのＸの電極下には、同
様な方法により、Ｘ　　Ｖｒｅｆ、に比例した電荷Ｑ２
が入力される。これらの電荷Ｑｌ、Ｑ２は、同時に隣接
して設けた転送電極及び転送手段を介して加算電極下へ
転送−つ− され、加算される。この時、加算された後の総電荷量Ｑ
は、Ｑ＝Ｑｔ＋ＱｚメＹ　　Ｖ、−ｒで与えられ、Ｙ　−Ｖ　、、、に比例した電荷となる。

この電荷量は、Ｘ、Ｙのうちの大きい方の電位（Ｙ）に
対応した電荷を表わす。

また、Ｘ＞Ｙなる電圧信号が入力された場合には、Ｘ、
Ｙの信号が供給されている電極対のうちのＹの電極下に
は、全く電荷が入力されない。

他方のＶ　、、、、　Ｘの信号が供給されている電極対
のうちのＸの電極下には、Ｘ−Ｖ、、、４；：比例した
電荷Ｑ２が入力される。従って、これらの電極対から加
算電極下へ転送された後の電荷Ｑは、Ｑ２に等しくなる
。

Ｑ＝、Ｑｚメｘ　−ｖ　ｒｅｆ即ち、これは、Ｘ、Ｙのうちの大きい方の電位（Ｘ）に
対応した電荷を表わしている。結局、Ｘ、Ｙの信号レベ
ルに拘らず、いずれか大きい方（最大値）の電位に対応
した電荷が転送される。

この電荷を検出電極下（本発明では示していなハい）に移せば、フローティングゲート法等により電圧信
号に変換することができる。この出力電圧信号は電荷量
に対応する。

このような論理演算によれば、ダイナミックレンジは電
流ミラー回路のように制御されることもなく、広くとれ
る。しかも、入力信号Ｘ、Ｙ及び基準電位Ｖ　ｒｅｆの
印加される電極部を除けば短チヤネル化が可能なので、
高密度化にも適する。また、電圧信号が電荷を１対１に
対応するので、インタフェイス回路を余分に必要とせず
、信号の変換が簡単に行える。また、電荷の演算を行う
ため、消費電力も非常に少ない。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。第１図は、本発明の第１の実施例となる最大値演
算装置の平面構成図である。第２図（ａ）〜（ｆ）、第
３図（ａ）〜（ｆ）は、本構成をＡ−Ａ’面で切断した
時の断面図及び電位分布を示す図である。第２図はＹ＞
Ｘ、第３図はＸ＞Ｙの場合である。さらに、第４図は本
実施例の最大値演算装置の制御方式を説明するための動
作波形を示す図である。演算装置は、電荷注入手段とし
て入力ダイオード１１、メンバーシップ関数を記憶して
いるメモリー（ＲＡＭ等）から与えられる入力信号（２
値（バイナリ）あるいは多値あるいはアナログ）ｘ、ｙ
がそれぞれ印加される第１の入力電極対１２．１３．基
準電圧Ｖ　ｒｅｆ及び入力信号Ｘがそれぞれ印加される
第２の入力電極対１４．１５．入力電極１３．１５下の
電極蓄積手段に蓄えられた電荷を転送するための転送電
極１６、及びこれらの電荷を加算するための加算電極１
７とから構成される。第１の入力電極対１２゜１３及び
第２の入力電極対１４．１５は、入力ダイオード１１側
から順次隣接して設けられる。第１の入力電極対のうち
の入力ダイオード側の電極１２にＸの入力記号が、転送
電極側の電極１３にＹの入力信号が供給される。また、
第２の入力電極対のうちの入力ダイオード側の電極１４
に基準電圧Ｖ　ｒｅｆが、転送電極側の電極１５にＸの
入力信号が供給される。

このような構成からなる演算装置では、第２〜４図に示
すようにまず時刻上！〜ｔ３　［第２図（ｃ）〜（ｆ）
あるいは第３図（ｃ）〜（ｆ）コにおいて入力ダイオー
ド１１に注入パルスφ１を印加することにより（電位平
衡入力方式）、入力電極１３あるいは１５の電荷蓄積手
段に、Ｙ−ＸあるいはＸ−Ｖ□、の電圧に対応した電荷
ＱｌあるいはＱ２が生成される。入力信号の電位関係が
Ｙ＞Ｘの時には、入力電極１３の直下にＹ−Ｘの電圧に
対応した電荷Ｑ１が生成され［第２図（に）］、入力電
極１５の直下にはｘ　−ｖ　ｒｅｆの電圧に対応した電
荷Ｑ２が生成される［第２図（ｈ）］。この場合、Ｖｒ
ｅｆはＯＶに近い任意の値に設定すればよいが、必ずし
もこれにこだわる必要はない。次に、時刻１−＋　　［
第２図（ｉ）及び（ｊ）］で制御ペルスφ１を高レベル
に設定することにより、入力電極１３．１５の直下の電
荷蓄積手段に蓄積されていた電荷Ｑ１．Ｑ２が転送電極
１６の直下の転送手段を通過して加算電極１７下の蓄積
手段に転送される。この場合、加算電極１７下の蓄積手
段には、２つの電荷Ｑｌ、Ｑ２が加算された電荷Ｑが蓄
積される。即ち、Ｑ＝Ｑｔ”Ｑ２”（Ｙ−Ｘ）”（Ｘ−
Ｖｒｅｆ）”Ｙ　Ｖｒｅｆなる関係式から、この電荷Ｑ
は、入力信号のうちの大きい方（Ｙ）の信号電圧に対応
する電荷になる。即ち、このようにして得られた電荷Ｑ
　＝　Ｑ　１十Ｑ　２は、２つの入力信号Ｘ、Ｙの最大
値を表わす。

また、入力信号の電位関係がＸ＞Ｙの時には、第３図に
示す如く電位平衡入力方式によりＹの電極下には全く電
荷は生成されず［第３図（ｇ）　］、第２の電極対のう
ちの電極１５（Ｘの記号が印加されている）の直下の電
荷蓄積手段に、Ｘ−Ｖ　ｒｅｆの電圧に対応した電荷Ｑ
２が生成される［第３図（ｈ）］。この電電荷量は、時
刻ｔ４でφｌをオンにすることにより、上述の場合と同
様に転送電極１６の直下の転送手段を通って加算電極１
７下の蓄積手段に転送される。この電荷Ｑ２は、Ｘ−Ｖ
ｒ、ｆに対応した電荷であるから、入力信号のうちの大
きい方（Ｘ）の信号電圧に対応する。

即ち、このようにして得られた加算電極下の電荷Ｑ２も
、２つの入力信号Ｘ、Ｙの最大値を表わす。２つの信号
Ｘ、Ｙの大、小関係に拘らず、本実施例の構成によれば
、最大値に対応する電荷が必ず生成される。

この電荷Ｑ、Ｑ２は、時刻ｔ、で転送電極１８、蓄積電
極１９に印加されるパルスφ２を高レベルに設定するこ
とにより、転送電極１８下を介して蓄積電極１９下へ移
される。以後、他の信号源からの転送電荷との論理演算
（和算、Ｍｉｎ、　Ｍａｘ、絶対差等）を行う場合には
、異なる電荷結合型論理演算装置にかかる電荷を転送し
て処理される。

また、かかる電荷を検出して、電圧に変換するには、フ
ローティングゲート法等を用いて容易に行える。

このような動作は、電荷結合素子の界面（表面チャネル
）あるいは内部（埋込みチャネル）の電位をうまく制御
することにより得られる。本実施例では、転送電極１６
．１８の直下に、基板と同一等電型の基板よりもやや高
い不純物濃度の導電層２０．２０’を設けて、電荷の生
成、転送がうまくなされるように、これらの電極１６．
１８の直下の電位をこの導電層のない部分に比して浅い
電位に設定している。このような電位関係を形成するた
めに、本実施例に示した如き不純物層を設けなくても、
各電極１６．１８下の絶縁膜の膜厚を、他の電極下より
も厚くしてもよい。また、埋込みチャネルを形成する場
合には、全面あるいは必要な個所（例えば、φｌ、φ２
のパルスが印加されている電極１６〜１９の直下）に基
板と逆導電型の不純物層を設ければよい（図示してない
）。

以上述べた最大値演算装置及びその制御方式では、２つ
の２値あるいは、多値あるいはアナログ入力信号の最大
値に対応した電荷が容易に得られ、広いダイナミックレ
ンジの動作が可能である。

しかも、電圧を電荷に変換するための余分なインタフェ
イス回路が全く不要であるため、従来の電流ミラー回路
の如き複雑なインタフェイスを設けなくてもよいという
メリットを有する。また、２つの入力電極対１２．１３
及び１４．１５を除いては、短チヤネル化が可能なので
、高密度ＩＣ化に適している。さらに、本演算装置は電
荷をダイナミックに転送する電荷結合モードで動作する
ため、非常に低消費電力なシステムを構成できる。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば従来技術で
は得られない広ダイナミツクレンジ、低消費電力、ダイ
レクトインタフェイス、高密度化可能等の特徴が発揮さ
れる最大値演算装置及びその制御方式が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる最大値演算装置の第１の実施例で
ある平面構成図、第２０、第３図は本発明の第１の実施
例である最大値演算装置のＡ−Ａ“断面構成及び電位分
布を示す図、第４図は本発明の第１の実施例である最大
値演算装置の制御方式を説明するための動作波形を示す
図、第５図はファジィ論理演算により推論を行うのに用
いるメンバーシップ関数を示す図である。図において、
１０：半導体基板、　１１：入力ダイオード、１２〜１
５：入力電極、　１６〜１９：制御電極、２０．２０゛
：不純物層。

Claims

【特許請求の範囲】１、ファッジ論理演算のために、メンバーシップ関数記
憶手段を通して与えられる２つの２値あるいは多値ある
いはアナログ入力信号Ｘ、Ｙの最大値を求める最大値演
算装置であって、電荷注入手段と、これと直列に接続さ
れる第１と第２の電荷蓄積手段及び第３と第４の電荷蓄
積手段と、前記第１と第２の電荷蓄積手段に前記２つの
入力信号Ｘ、ＹをＸ、Ｙの順序で印加するための第１と
第２の電極と、前記第３と第４の電荷蓄積手段に基準電
位Ｖ＿ｒ＿ｅ＿ｆと入力記号ＸをＶ＿ｒ＿ｅ＿ｆ、Ｘの
順序で印加するための第３と第４の電極と、前記第２と
第４の電荷蓄積手段に蓄えられた電荷を転送制御するた
めの転送手段及び転送電極と、転送される電荷を加算し
て蓄積するための蓄積手段及び加算電極とで構成される
ことを特徴とする最大値演算装置。２、ファジィ論理演算のために、メンバーシップ関数記
憶手段を通して与えられる２つの２値あるいは多値ある
いはアナログ入力信号Ｘ、Ｙの最大値を求める最大値演
算装置であって、電荷注入手段と、これと直列に接続さ
れる第１と第２の電荷蓄積手段及び第３と第４の電荷蓄
積手段と、前記第１と第２の電荷蓄積手段に前記２つの
入力信号Ｘ、ＹをＸ、Ｙの順序で印加するための第１と
第２の電極と、前記第３と第４の電荷蓄積手段に基準電
位Ｖ＿ｒ＿ｅ＿ｆと入力信号ＸをＶ＿ｒ＿ｅ＿ｆ、Ｘの
順序で印加するための第３と第４の電極と、前記第２と
第４の電荷蓄積手段に蓄えられた電荷を転送制御するた
めの転送手段及び転送電極と、転送される電荷を加算し
て蓄積するための蓄積手段及び加算電極とで構成される
最大値演算装置を制御する方式であって、電荷注入期間
では、第１と第４の電極、第２の電極及び第３の電極に
それぞれ入力信号Ｘ、Ｙ及び基準電位Ｖ＿ｒ＿ｅ＿ｆを
印加し、転送電極にはＯＶを印加してその直下にバリア
電位を形成し、この状態で電荷注入手段により前記第２
、第４の電極直下の電荷蓄積手段に電荷を蓄え、電荷転
送期間では、前記転送電極及び加算電極下の電位を深く
することによって前記加算電極下に前記第２、第４の電
極下の電荷蓄積手段に蓄えられた電荷を転送して加算す
ることを特徴とする最大値演算装置の制御方式。