JPH0348376A - Method and apparatus for bringing bond strength as desired to synapse of neural network - Google Patents

Method and apparatus for bringing bond strength as desired to synapse of neural network

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JPH0348376A
JPH0348376A JP1319074A JP31907489A JPH0348376A JP H0348376 A JPH0348376 A JP H0348376A JP 1319074 A JP1319074 A JP 1319074A JP 31907489 A JP31907489 A JP 31907489A JP H0348376 A JPH0348376 A JP H0348376A
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Japan
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floating gate
input
differential
field effect
elements
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JP1319074A
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Japanese (ja)
Inventor
Mark A Holler
マーク・エイ・ホラー
Simon M Tam
サイモン・エム・タム
Ronald G Benson
ロナルド・ジイ・ベンソン
Hernan A Castro
ヘルナン・エイ・カストロ
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Intel Corp
Original Assignee
Intel Corp
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Abstract

PURPOSE: To realize high integration by providing a 2-quadrant multiplier, whose output signal is the product of a differential input and the difference of electric charge, and a means which charges a floating gate to a predeterminate level and discharges it. CONSTITUTION: The 4-quadrant multiplier with two pairs of differentially coupled field effect elements 29 and 30 is included which receives the differential input to generate a differential output. This cell includes also a pair of floating gate memory elements each of which has a floating gate 31 which can be programmed to a preliminarily determined electric charge level. Floating gates 31 are extended to control gates of another field effect elements, and drains of these elements are connected to the source of one of the differentially coupled pair. The current flowing through a half, namely, one side of the multiplier becomes a function of electric charge stored in the floating gate 31. Consequently, the obtained output signal is the product of the difference in electric charge between floating gates 31 and the input signal. Thus, high integration is realized.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体セルに関し、更に詳細には浮遊ゲート要
素を有する半導体セルに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to semiconductor cells, and more particularly to semiconductor cells having floating gate elements.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

人間の脳かよび他の動物の脳によって達威される論理を
複製するための試みとして、これ迄に幾つかの回路モデ
ルが提案された。これらのモデルは、学習(例えばプロ
グラミングモード)ト意思決定(例えば認識・連想メモ
リ)との双方に対する手段を提供している。これらのモ
デルは、しばしば大量の計算と複雑なコンピュータプロ
グラムとを必要とした。カスタムVLSI  を使用す
る試みに於いてすらかなシ複雑な回路となった。神経ネ
ットワークについて概括的に検討する為には、Adva
nced Research in VLSIのA1i
+pector >よびAl 1eHによるr A  
Neuromorphic VLSI Learnin
g S)’stem  (神経様のVLSI学習システ
ム)」 と題する Proceedings of  
the  1987  Stanford Confe
rence (1987年スタンフオード会議会報)中
の論文を読むのがよい。
Several circuit models have been proposed in an attempt to replicate the logic achieved by the human brain and the brains of other animals. These models provide means for both learning (eg, programming modes) and decision making (eg, recognition/associative memory). These models often required extensive calculations and complex computer programs. Attempts to use custom VLSI resulted in fairly complex circuits. In order to comprehensively consider neural networks, Adva
nced Research in VLSI A1i
+ pector > and r A by Al 1eH
Neuromorphic VLSI Learn
g S)'stem (neural-like VLSI learning system)''
the 1987 stanford conference
It is a good idea to read the paper in Rence (1987 Stamford Conference Bulletin).

上記の^lsPector の論文の第6図には、典型
的なニューロンすなわちセルが示されている。
Figure 6 of the Pector paper cited above shows a typical neuron or cell.

ニューロンは、樹状突起(入力端)とシナプス(接続点
)とニューロンボデイ(加算増幅器)と軸索(出力端)
とを含む。討論を進めるについての便宜をはかるため、
シナプスは、この出願の第1図に於ける抵抗器によシ簡
単に表現されている。
Neurons consist of dendrites (input end), synapses (connection points), neuron bodies (summing amplifiers), and axons (output end).
including. In order to facilitate the discussion,
Synapses are simply represented by resistors in FIG. 1 of this application.

本出願は、これらのセル及びシナプスについて述べるも
のである。
This application describes these cells and synapses.

従来技術に於けるこれらのセルは、重み係数す々わち重
み関数を提供するため、デイジタルレジスタとデイジタ
ルーアナログ変換器とを含むことがある。この係数と入
力信号との乗算をさせるために、他の手段も設けられる
。このようにネットワークの各セルがかなbの量の回路
を必要とするので、現在のVLSI技術を用いてさえ、
多数のセル(例えば10,000個)を単一チップ上に
作ることは不可能である。
These cells in the prior art may include digital registers and digital-to-analog converters to provide weighting factors or functions. Other means are also provided for multiplying this coefficient by the input signal. Since each cell in the network thus requires a kana b amount of circuitry, even with current VLSI technology,
It is not possible to create large numbers of cells (eg 10,000) on a single chip.

本出願人が承知している他の従来技術は以下の通シであ
る,  IEgE Transactions on 
Ele1987の中の、R. Howard他によるr
An Associative  Memor’y  
Based  on  an  Electronic
  Neural  Network  Archit
ecture(電子的神経ネットワーク構造に基づく連
想記憶ceedings, 1986  の中のJ. 
Sageによるr An Artificial  N
eural  Network  Integrate
d Circuit Based on  MNOS/
CCDPrinciples ( MNOS/COD原
理に基づく人工的神経ネットワーク集積回路)」と題す
る論文。
Other prior art known to the applicant is the following passage: IEgE Transactions on
R. in Ele1987. r by Howard et al.
An Associative Memory
Based on an Electronic
Neural Network Architecture
J.
r An Artificial N by Sage
ural Network Integrate
dCircuit Based on MNOS/
A paper entitled "CCD Principles (Artificial Neural Network Integrated Circuit Based on MNOS/COD Principles)".

cults+  Mol.SC−20 ,Decemb
er +1985の中の、J.Babanezhadに
よるrA20VFour − Quadrant  C
MOS  Analog Multiptier(20
ボルト4象限CMOSアナログ乗算器)」と題する論文
。1988年7月24〜27日、カリフォルニア州サン
ディエゴで開かれた神経ネットワークに関するIF,E
E国際会議に提出されたF.J.MackとK. K.
 MoonとC.T. YaoとJ.A− Modol
o とによるr Programmable Anal
og S)’napses  for Microel
ectronic Neural Networks 
Using a Hybrid Digital−An
alog Approach  (混成デイジタル・ア
ナログ手法を使用するマイクロエレクトロ二ツク神経ネ
ットワークの為のプログラム可能なアナログシナプス)
」と題する論文。
cults+ Mol. SC-20, December
J. er +1985. rA20VFour - Quadrant C by Babanezhad
MOS Analog Multitier (20
A paper entitled "Volt 4-Quadrant CMOS Analog Multiplier)". IF,E on Neural Networks held in San Diego, California, July 24-27, 1988.
F. submitted to the E International Conference. J. Mack and K. K.
Moon and C. T. Yao and J. A- Model
o and r Programmable Anal
og S)'napses for Microel
electronic neural networks
Using a Hybrid Digital-An
alog Approach (Programmable analog synapse for microelectronic neural networks using a hybrid digital-analog approach)
” paper entitled.

本発明は、重み係数すなわち重み関数を提供し且つ入力
と前記重み係数との乗算を提供するため、セル内に浮遊
ゲートメモリ素子を使用する。数多くの浮遊ゲートメモ
リ素子が従来技術としてよく知られている。例示すれば
、米国特許第3,7 2 8,695号、同よ7 5 
5,7 21号、同第3,9 8 4,8 2 2号、
同第4,1 4 2,9 2 6号、同第4,203,
158号、同第4,412.310号、同第4,4 6
 0,9 8 2号、同第4,51 9,8 4 9号
、ならびに、1984年11月2日に出願された「低電
圧E  PROMメモリ」と題する米国特許出願第66
7,905号がある。これらの特許かよび特許出願は、
電気的プログラム可能読出し専用メモリ( EPROM
)の為のセル、電気的消去可能且つ電気的プログラム可
能々読出し専用メモリ(EEPROM)の為のセル、フ
ラッシュEPROMの為のセル、ならびに関連回路につ
いて述べている。その上に本発明は、入力と重み係数と
のアナログ乗算をするために、4象限乗算器もしくはギ
ルバート乗算器を使用する。アナログ回路に於いてこう
した乗算器を使用することは、従来技術としてよ〈知ら
れている。一例として、ニューヨークのJohn Wi
ley and Sons社1977年刊、Pa111
R.GraySRobert G.Meyer共著r 
Anal)’sis and Design of A
nalog IntegratedCircuits 
(アナログ集積回路の解析と設計)」がある。
The present invention uses a floating gate memory element within the cell to provide a weighting factor or function and to provide the multiplication of an input with said weighting factor. Many floating gate memory devices are well known in the prior art. For example, U.S. Pat. No. 3,728,695;
5,7 No. 21, same No. 3,9 8 4, 8 2 2,
Same No. 4,1 4 2,9 2 6, Same No. 4,203,
No. 158, No. 4,412.310, No. 4,46
No. 0,982, No. 4,519,849, and U.S. Patent Application No. 66 entitled "Low Voltage EPROM Memory," filed November 2, 1984.
There is No. 7,905. These patents and patent applications are
electrically programmable read-only memory (EPROM)
), cells for electrically erasable and electrically programmable read only memories (EEPROMs), cells for flash EPROMs, and related circuitry. Additionally, the present invention uses a four-quadrant multiplier or Gilbert multiplier to perform analog multiplication of the inputs and weighting factors. The use of such multipliers in analog circuits is well known in the art. As an example, John Wi of New York
Published by Ley and Sons in 1977, Pa111
R. GrayS Robert G. Co-authored by Meyer
Anal)'sis and Design of A
nalog Integrated Circuits
(Analysis and Design of Analog Integrated Circuits)”.

従来技術の中には、素子からの読出し機能を拡張するた
めの浮遊ゲートを有するEPROMセルがある。これら
は、セルからの読出し速度を改善するために使用される
In the prior art, there are EPROM cells that have floating gates to extend read capabilities from the device. These are used to improve the read speed from the cell.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、差動入力を受取って差動出力を作り出すため
の、差動結合された二対の電界効果型素子を有する4象
限乗算器を含んでいる神経ネットワーク用シナプスセル
を提供する。このセルは、予め定められた電荷レベルへ
とプログラムされ得る浮遊ゲートを各々有する一対の浮
遊ゲートメモリ素子をも含む。浮遊ゲートの各々は他の
電界効果型素子の制御ゲートへと伸びてカシ、これらの
素子のドレインは、差動結合されているペアのうちの1
つのもののソースへと接続されている。このようにして
、乗算器の半分すなわち乗算器の片側を通って流れる電
流の各々は、浮遊ゲート上に蓄えられる電荷の関数とな
る。かくて、得られる出力信号は、浮遊ゲート上に存す
る電荷の差と入力信号との積となる。
The present invention provides a synaptic cell for a neural network that includes a four-quadrant multiplier having two pairs of differentially coupled field effect elements for receiving differential inputs and producing differential outputs. The cell also includes a pair of floating gate memory elements each having a floating gate that can be programmed to a predetermined charge level. Each of the floating gates extends to the control gate of the other field-effect devices, and the drains of these devices connect to one of the differentially coupled pairs.
connected to the source of one thing. In this way, each of the currents flowing through one half of the multiplier, or one side of the multiplier, is a function of the charge stored on the floating gate. The resulting output signal is thus the product of the difference in charge present on the floating gate and the input signal.

〔実施例〕〔Example〕

特に神経ネットワーク用として好適な、浮遊ゲートメモ
リ素子等を用いた半導体セルについて述べる。本発明を
十分に理解することが出来るよう、以下の記述中には、
特定の導電型などの数多くの特定的詳細が述べられる。
A semiconductor cell using a floating gate memory element, etc., which is particularly suitable for use in neural networks, will be described. In order to enable a thorough understanding of the present invention, in the following description,
Numerous specific details are mentioned, such as specific conductivity types.

しかしながら、本発明を実施する際にはこれらの特定的
詳細を必ずしも使用する必要はない。1た他方、本発明
が不必要に埋没するのを避けるため、良く知られた構或
及び回路についての記述は省略する。
However, it is not necessary to use these specific details in practicing the invention. In other words, descriptions of well-known structures and circuits are omitted to avoid unnecessarily obscuring the present invention.

従来技術の神経ネットワーク 第1図には、従来技術による神経ネットワークの一部分
が示されている。ライン1 0 ,11, 12.13
にはネットワークへの入力(例えば刺激)が与えられる
。これらの入力は、抵抗器を経由して電流加算増幅器1
4,Is,16.17の入力端子へと結合される。これ
らの各増幅器の出力端からそれぞれライン18、19、
20、21へと出される出力信号は、抵抗器を経由して
、神経ネットワークの次の層にある電流加算増幅器の入
力端へと結合される。入力信号は、生物学的二エーロン
のシナプスに類似の抵抗器を介して出力信号に寄与する
。一例として、増幅器1Tへの入力を考えてみる。ライ
ン10、12、13に加えられる信号が、抵抗器を介し
て増幅器1Tへと結合される。例示の目的で更に詳しく
述べるならば、ノード24に於ける電位が、抵抗器22
゛を介して増幅器1Tの入力端へと電流を供給する。抵
抗器は、最も簡単なケー,スに於いては「短絡回路」と
開放回路」とのいずれかであってよく、筐た、(2進の
重み付けが使用されるケースに於いては)抵抗が値を有
していてもよい。
Prior Art Neural Network FIG. 1 shows a portion of a prior art neural network. Line 1 0, 11, 12.13
is given an input (eg, a stimulus) to the network. These inputs are connected to the current summing amplifier 1 via resistors.
4, Is, 16.17. From the output of each of these amplifiers lines 18, 19,
The output signals provided to 20, 21 are coupled via resistors to the input of a current summing amplifier in the next layer of the neural network. The input signal contributes to the output signal through a resistor similar to a biological two-aeron synapse. As an example, consider the input to amplifier 1T. Signals applied to lines 10, 12, 13 are coupled through resistors to amplifier 1T. To further elaborate for purposes of illustration, the potential at node 24 is across resistor 22
A current is supplied to the input terminal of the amplifier 1T through the terminal. The resistor can be either "short circuit" or "open circuit" in the simplest case, or a resistor (in the case where binary weighting is used). may have a value.

第1図のネットワークを一瞥した限シではその実施は比
較的容易であるかのように思えるが、実際には、とbわ
け集積回路として実現するには困難なネットワークであ
る。一つには、異なる抵抗値を有する複数の抵抗器をネ
ットワーク中に作る困難が有b1ネットワークが作られ
た後にそれらの抵抗値をネットワーク中へプログラムし
得るように作ることはとシわけ困難である。(各抵抗器
の値は「学習」を表現しておb1従来技術が示している
ように幾つかの手法にて決定され得る。幾つかの適用業
務κ於けるこれらの抵抗器の値は、学習モードとは異な
シ、ネットワークの意思決定モードのために固定的に維
持される0゜)本発明の狙いは、抵抗器22、23のよ
うな抵抗器を他のものに置き換えたセルを提供すること
である。各抵抗器は入力端(例えば抵抗器22に於ける
ノード24)と出力端(例えば抵抗器22に於けるノー
ド25)とを有すると考えることが可能であることに留
意されたい。理想的には、抵抗器22はネットワークが
作られた後に予定の値へとプログラムされることが可能
でなければならず、壕た、その値は不揮発性を備えてセ
ルに記憶されねばならない。
At first glance, the network shown in FIG. 1 appears to be relatively easy to implement, but in reality, it is particularly difficult to realize as an integrated circuit. For one thing, it is difficult to create multiple resistors in a network with different resistance values, and it is particularly difficult to create resistors that can be programmed into the network after the b1 network has been created. be. (The value of each resistor represents "learning" and can be determined in several ways, as the prior art has shown. The values of these resistors in some applications are: 0°, which is kept fixed for the decision-making mode of the network, as opposed to the learning mode) The aim of the invention is to provide a cell in which resistors such as resistors 22, 23 are replaced by others. It is to be. Note that each resistor can be considered to have an input (eg, node 24 on resistor 22) and an output (eg, node 25 on resistor 22). Ideally, the resistor 22 should be able to be programmed to a predetermined value after the network is created, and the value should be non-volatile and stored in the cell.

第2a図及び第2b図及び第5図に、本発明の動作の様
子が最も良く示されている。本発明は、電気的にチャー
ジされ得る部材を有する良く知られた従来技術のメモリ
セルを使用する。これらのセルにはポリシリコン浮遊ゲ
ートがしばしば使用され、その浮遊ゲートは絶縁物(例
えば二酸化ケイ素)VCよシ完全に取)囲筐れる。電荷
は、電子なだれ注入、チャネル注入、電子の潜シ抜け、
等の多様な機構によってこれらの浮遊ゲートへと移動さ
せられる。浮遊ゲート上の電荷は、セルに於ける導電率
に影響を与える。その導電率が或るレベル以上である場
合にはそのセルは2進の一方の状態にプログラムされて
いるものとみなされ、また、もし導電率がもう一つのレ
ベル以下であるならばそのセルは2進の他方の状態にプ
ログラムされているものとみなされる。このようなメモ
リセルは従来技術κ於いては様々な形式を取っておシ、
或るものは電気的消去と電気的プログラミングとが共に
可能であり、1た、例えば索引線を消去用として要する
ものもある。このセルは従来技術のメモリ内に組み込筐
れるものであう、この場合の従来技術には、EPROM
と 1iEPROMとフラッシュEPROM  とこの
明細書の従来技術部分に引用されている特定のセルとを
含む。
The operation of the invention is best illustrated in FIGS. 2a and 2b and 5. FIG. The present invention uses well-known prior art memory cells having components that can be electrically charged. A polysilicon floating gate is often used in these cells, and the floating gate is completely surrounded by an insulator (eg silicon dioxide) VC. Charge is generated by electron avalanche injection, channel injection, electron latent escape,
These floating gates are moved to these floating gates by various mechanisms such as. The charge on the floating gate affects the conductivity in the cell. A cell is considered programmed to one binary state if its conductivity is above a certain level, and it is programmed to one binary state if its conductivity is below another level. It is assumed that the other binary state is programmed. Such memory cells have taken various forms in the prior art.
Some are capable of both electrical erasing and electrical programming, while others require, for example, an index line for erasing. This cell would be housed within a prior art memory, in which case the prior art includes an EPROM.
and 1i EPROM and Flash EPROM and the specific cells cited in the prior art portion of this specification.

本発明はこれら従来技術のセルを利用する。けれども本
発明に於いては、電荷を与えられる部材(すなわち浮遊
ゲート)が、従来技術のメモリセルを越えて第2素子す
なわちもう一方の素子へと延びている。浮遊ゲート上の
電荷は、この第2素子を流れる電流を制御する。
The present invention utilizes these prior art cells. However, in the present invention, the charged element (ie, the floating gate) extends beyond the prior art memory cell to the second or other element. The charge on the floating gate controls the current flowing through this second element.

第2a図には、pチャネル素子30と直列κ結合されて
いるn型のEPROMセル29が示されている。素子3
0ぱpチャネルトランジスタ26を介してVccへと接
続され、一方、累子29はnチャネルトランジスタ2T
を介して接地へと接続される。第2b図に示されている
ように、素子29は、p型の基板34上に間隔を置いて
配置されている一対のn十領域を含む。浮遊ゲート31
のセクション31cは、互いに陽てられfcp型仙域に
よシ定義されるチャネルの上方に配置されている。制御
ゲート35け、浮遊ゲート31の上方に配置され且つ浮
遊ゲート31かも絶縁されている。一般に浮遊ゲート3
1(セクション31a131b131cを含む)は、ポ
リシリコンにて形威され、二酸化ケイ素又は他の絶縁材
料によって完全に取シ囲まれる。電荷は、例えば素子2
9のチャネルからのチャネル注入によって、第2b図の
矢印35に示されているようにして浮遊ゲート31へと
注入される。この浮遊ゲートの帯電及び放電の様子は、
従来技術に於して良〈知られたところと同様である。
In FIG. 2a, an n-type EPROM cell 29 is shown coupled in series with a p-channel device 30. Element 3
0P is connected to Vcc via a p-channel transistor 26, while a transponder 29 is connected to an n-channel transistor 2T.
connected to ground via. As shown in FIG. 2b, device 29 includes a pair of spaced apart n+ regions on a p-type substrate 34. As shown in FIG. floating gate 31
The sections 31c are located above a channel exposed to each other and defined by the fcp-type sacrum. The control gate 35 is disposed above the floating gate 31, and the floating gate 31 is also insulated. Generally floating gate 3
1 (including section 31a131b131c) is formed of polysilicon and completely surrounded by silicon dioxide or other insulating material. The charge is, for example, element 2
9 into the floating gate 31 as shown by arrow 35 in FIG. 2b. The state of charging and discharging of this floating gate is as follows.
It is well known in the prior art.

第2a図に示されている第2の電界効果型素子30は、
一般に、素子30のチャネル領域の上方へと延びている
ゲート31(セクション31c)t−備えた電界効果ト
ランジスタから成る。第2b図に示されているように、
p型素子30はn型の基板ウエル内に作られておう、且
つ、間隔を置いて配置された一対のp型領域を含む。ゲ
ート31は、p型領域によって定義されるチャネルの上
方へと延びている。浮遊ゲート31上の電荷によって生
ずる電界は、素子30のp型領域の間を流れる電流に影
響を与える。
The second field effect element 30 shown in FIG. 2a is
Generally, the device 30 consists of a field effect transistor with a gate 31 (section 31c) extending above the channel region. As shown in Figure 2b,
P-type device 30 may be formed within an n-type substrate well and includes a pair of spaced apart p-type regions. Gate 31 extends above the channel defined by the p-type region. The electric field created by the charge on floating gate 31 affects the current flowing between the p-type regions of device 30.

拡がシを有する酸化物領域が素子29と素子30とを分
けている。この酸化物の上にコンデンサ28が形或され
る。このコンデンサは、浮遊ゲート31のセクション3
lbと、酸化物の層によって隔てられている部材36と
から成る。コンデンサ28は、浮遊ゲート31と制御ゲ
ート35aとの間に付加的な結合をもたらす。この結合
は、浮遊ゲ−トをプログラミングするために必要である
An expanded oxide region separates device 29 and device 30. A capacitor 28 is formed on this oxide. This capacitor is connected to section 3 of floating gate 31.
lb and members 36 separated by a layer of oxide. Capacitor 28 provides additional coupling between floating gate 31 and control gate 35a. This coupling is necessary to program the floating gate.

ゲート31のセクショy31m, 31b, 31cは
、何回かのMOSプロセスによって連続的なポリシリコ
ン眉から形成することが可能である。他のプロセスによ
れば、別々のポリシリコン層からそれぞれ1つ(又は複
数)のセクションが形成されて接続部材によって相互に
接続される。この接続部材は、第2b図に於いてはリー
ド線31dとして描かれている。これらの接続部材は、
典型的には、素子29、30の活動チャネル領域から離
して形成される。いずれの場合にもゲート31(すべて
のセクション)は、EPROM に於けるこの種の浮遊
ゲートと同様に酸化物によって完全に取シ囲憬れる。
The sections y31m, 31b, 31c of the gate 31 can be formed from a continuous polysilicon layer by several MOS processes. According to another process, sections (or sections) are formed from separate polysilicon layers and interconnected by connecting members. This connecting member is depicted as a lead wire 31d in FIG. 2b. These connecting members are
It is typically formed away from the active channel regions of elements 29,30. In both cases the gate 31 (all sections) is completely surrounded by oxide, similar to floating gates of this type in EPROMs.

説明の便宜上、素子29のドレイン領域には正電位が与
えられ、素子29のソース領域はトランジスタ2Tを介
して接地へ接続されるものと仮定する。ゲート31の中
へ電荷(電子)が移動させられると素子29の導電性は
低下し、一方、素子30の導電性は増大する。1た、こ
の浮遊ゲートが帯電させられていない場合には、索子2
9が導通状態となシ、素子30の導電性は低下する。ゲ
ート31へのチャージ、すなわちゲート31を帯電させ
ることは、チャージライン33が正であり且つコンデン
サ28がゲート31への結合をもたらしている期間内に
於いて可能となる。もし、ライン33の電位がゼロから
Vcc へと漸増させられ且つライン32へと流れる電
流が計測されるならば、どれだけの電荷が浮遊ゲート上
に有るかを確認することが出来る。この検出期間中、S
(セルへの1つの入力)は正である。
For convenience of explanation, it is assumed that a positive potential is applied to the drain region of element 29, and that the source region of element 29 is connected to ground via transistor 2T. As charges (electrons) are transferred into gate 31, the conductivity of element 29 decreases, while the conductivity of element 30 increases. 1. If this floating gate is not charged, the cable 2
When 9 is in a conductive state, the conductivity of element 30 is reduced. Charging of gate 31, ie charging of gate 31, is possible during the period when charge line 33 is positive and capacitor 28 provides coupling to gate 31. If the potential on line 33 is ramped up from zero to Vcc and the current flowing into line 32 is measured, it can be determined how much charge is on the floating gate. During this detection period, S
(one input to the cell) is positive.

第2a図及び第2b図に示されているセルは、神経ネッ
トワークに於いても有用であるが、その他の適用業務に
於いても使用されてよい。例えば、「欠陥のある行又は
列に入れ替わる為の行又は列」のような冗長エレメント
を有するメモリに於いてそうした冗長行又は冗長列を選
択するためにプログラム可能なデコーダが使用される場
合に、そのようなプログラム可能なデコーダの中に第2
a図及び第?b図のセルが使用されてよい。こうしたプ
ログラム可能な行デコーダの一例が、米国特許第4,2
 5 0,5 7 2号に示されている。
The cells shown in Figures 2a and 2b are also useful in neural networks, but may also be used in other applications. For example, if a programmable decoder is used to select redundant rows or columns in a memory having redundant elements such as "rows or columns to replace defective rows or columns," In such a programmable decoder there is a second
Figure a and number ? The cells in figure b may be used. An example of such a programmable row decoder is U.S. Pat.
50, 572.

第2a図及び第2b図のセルが神経ネットワーク内に使
用されるときには、そのセルは、入力信号rSJに浮遊
ゲート上の電荷を乗算するために使用される。浮遊ゲー
ト上の電荷の量と、結合強度を表わす重み係数としての
その使用とについては、第5図を参照しつつ説明する。
When the cell of Figures 2a and 2b is used in a neural network, it is used to multiply the input signal rSJ by the charge on the floating gate. The amount of charge on the floating gate and its use as a weighting factor representing coupling strength will be explained with reference to FIG.

神経ネットワークに於ける第2a図及び第2b図のセル
は、第1図の抵抗器に入れ替わるためのセルである。こ
のセルへの入力は「S」及び「S」であり、その出力は
ライン32上に現れる。
The cells of FIGS. 2a and 2b in the neural network are cells to replace the resistors of FIG. 1. The inputs to this cell are "S" and "S" and its output appears on line 32.

もう1つのセルが第5図に示されている。このセルは、
入力が「1」と「0」以外である場合の乗算を遂行する
能力を有しており、すなわちアナログ入力と重み係数と
の乗算が可能である。この場合の重み係数も、浮遊ゲー
ト上の電荷の量によって表現され且つ規定される。この
浮遊ゲートを希望するレベル1で帯電させるための手法
については、第4a図の実施例に関連して後に説明する
Another cell is shown in FIG. This cell is
It has the ability to perform multiplication when the input is other than ``1'' and ``0'', ie, it is possible to multiply an analog input by a weighting factor. The weighting factor in this case is also expressed and defined by the amount of charge on the floating gate. The technique for charging this floating gate to the desired level 1 will be described later in connection with the embodiment of FIG. 4a.

その説明は全ての実施例にあては1るものである。The description applies to all embodiments.

第5図のセルに於いても(ライン41の左側に示されて
いるように)、EPROM SFEPROM,フラッシ
ュEPROM等のメモリセルであってよい浮遊ゲート素
子37が使用されている。その浮遊ゲート44は、延伸
して、nチャネル素子38とpチャネル素子39とのゲ
ート部材になっている。
Also used in the cell of FIG. 5 (as shown to the left of line 41) is a floating gate device 37, which may be a memory cell such as an EPROM SFEPROM, flash EPROM, or the like. The floating gate 44 is extended to serve as a gate member for the n-channel device 38 and the p-channel device 39.

素子3B及び素子39は、それら両者のゲートが素子3
7の浮遊ゲートの延長である点を除いては、普通の電界
効果トランジスタと同じである。浮遊ゲート上に存在す
る電荷が、素子38と素子39とのチャネルを流れる電
流を制御する。素子38の1つの端子が入力rUiJを
受耶シ、素子39の1つの端子が入力r−UiJを受取
る。素子38と素子39とのもう一方の端子は、ノード
40へ接続される。ライン41は、演算増幅器42への
入力を取シ纏める。ライン41と増幅器42の正端子と
は、基準電位に保持される。増幅器42へ入力( IS
UM)  を提供するため、複数のセルから来る電流が
ライン41に於いて合計される。図示されているセルに
よるこの合計への寄与が、ID として示されている。
Element 3B and element 39 have their gates connected to element 3.
It is the same as an ordinary field effect transistor except that it is an extension of the floating gate of 7. The charge present on the floating gate controls the current flowing through the channels of devices 38 and 39. One terminal of element 38 receives input rUiJ, and one terminal of element 39 receives input r-UiJ. The other terminals of elements 38 and 39 are connected to node 40. Line 41 consolidates the input to operational amplifier 42. Line 41 and the positive terminal of amplifier 42 are held at a reference potential. Input to amplifier 42 (IS
The currents coming from multiple cells are summed in line 41 to provide UM). The contribution to this sum by the illustrated cell is indicated as ID.

演算増幅器42の出力は、VREFから、工sUM と
Rとの積を除算したものに等しい電圧である。この出力
電圧は、信号弁別回路43へ与えられる。信号弁別回路
43は、図示されているように、基準電位を中心として
それぞれ正負の方向へ向かう信号にしてIlitlMに
比例した大きさを有する信号を提供する。回路43とし
ては、普通の、良く知られた回路が使用されてよい。
The output of operational amplifier 42 is a voltage equal to VREF divided by the product of sUM and R. This output voltage is applied to the signal discrimination circuit 43. As shown in the figure, the signal discrimination circuit 43 provides signals that are directed in positive and negative directions centering on the reference potential and have a magnitude proportional to IlitlM. As circuit 43, ordinary, well-known circuits may be used.

第5図のセルは第1図の神経ネットワークに組み込1れ
てよいものであう、その際、第1図の抵抗器は素子37
、3B、39に置き換えられる。
The cell of FIG. 5 could be incorporated into the neural network of FIG. 1, with the resistor of FIG.
, 3B, 39.

例えば、もし抵抗器22をこれらの素子に置き換えたな
らば、第1図のノード25は第5図のノード40となシ
、第5図のライン41に示されている合計I8UMは第
1図の増幅器17への入力として生ずる合計を表わすこ
とになる。この例に於いては、第5図の信号弁別回路4
3の出力は、第1図のライン21に取って換わった一対
のライン?ある。電流XDは、素子3Tの浮遊ゲート上
に存在する電荷の関数であり、このことが重要である。
For example, if resistor 22 were replaced with these elements, node 25 in FIG. 1 would not be node 40 in FIG. 5, and the total I8UM shown on line 41 in FIG. represents the sum resulting as input to amplifier 17 of . In this example, the signal discrimination circuit 4 of FIG.
The output of 3 is a pair of lines that replaced line 21 in Figure 1. be. This is important because current XD is a function of the charge present on the floating gate of element 3T.

電流Iot−表わす式が第5図の中に示されている。式
中、括弧内の量は重み係aWji であり、また、vD
sはドレインーソース間電圧である。
The equation representing the current Iot- is shown in FIG. In the formula, the quantity in parentheses is the weighting coefficient aWji, and vD
s is the drain-source voltage.

図示の実施例に於いては、素子38の端子の1つ及び索
子39の端子の1つは基準電位に保持されて−J?シ、
■■が入力となる。ライン41上の総和(netj)は
、各セルの重み係数と入力信号との積の和に等しい。重
み係数を表現している括弧内の量は、v0を含んでいる
。vGは、第2b図κ“示されている上部グー}35、
36のような上部ゲートに於ける電位である。vTは、
そのセルが「励起」κプログラムされているか「抑止」
にプログラムされているかによって左右される素子38
又は素子39のスレショルド電圧テアル。Q7,/Cp
Gは、浮遊ゲート上に蓄,えられた電荷に起因する浮遊
ゲートの電圧である。IDを重み係数と入力との積とす
るためには、理想的にはvTがゼロボルトに近いのがよ
い。勿論、ゼロに近いスレ?ョルド電圧の獲得は、素子
3B、3gのチャネルへのドーピングによって違或され
得る。浮遊ゲート電圧には重みがゼロに等しくなる不感
帯が存在し、図示の実施例に於いては、不感帯は、pチ
ャネル素子のスレショルド電圧(負電位)とnチャネル
素子のスレショルド電圧(正電位)との間に生ずる。こ
の不感帯に於いては、重みの極性を変更するときに大き
なプログラミングパルスヲ必要とする。その上、重みが
小さい場合又は入力電圧が極めて大きい場合、もしくは
それら双方が重複した場合に於いては直線性が失われる
ので、申し分の無い乗算が達成され得る入力と重みとの
範囲には制限が有る。言い換えれば、入力と重みとのダ
イナ■ツクレンジに制限が有る。
In the illustrated embodiment, one of the terminals of element 38 and one of the terminals of cord 39 are held at a reference potential -J? C,
■■ is the input. The sum (netj) on line 41 is equal to the sum of the products of each cell's weighting factor and the input signal. The quantities in parentheses expressing weighting factors include v0. vG is shown in Figure 2b κ "upper goo shown"35,
The potential at the top gate, such as 36. vT is
Is the cell "excited" κ programmed or "inhibited"?
element 38 that depends on whether it is programmed to
or the threshold voltage of element 39. Q7,/Cp
G is the voltage on the floating gate due to the charge stored on the floating gate. Ideally, vT should be close to zero volts in order to make the ID the product of the weighting factor and the input. Of course, the thread is close to zero? Obtaining the hold voltage can be altered by doping the channels of elements 3B, 3g. There is a dead zone in the floating gate voltage whose weight is equal to zero, and in the illustrated embodiment, the dead zone is between the threshold voltage of the p-channel device (negative potential) and the threshold voltage of the n-channel device (positive potential). occurs between In this dead zone, large programming pulses are required when changing the polarity of the weights. Furthermore, linearity is lost when the weights are small or when the input voltage is very large, or both overlap, so there is a limit to the range of inputs and weights over which satisfactory multiplication can be achieved. There is. In other words, there is a limit to the dynamic range of inputs and weights.

第3図の実施例は、第5図のセルに関して述べられたダ
イナミックレンジの制約等の問題点の幾つかを解決する
。第3図のセルも!た浮遊ゲート索子73を含んでいる
。浮遊ゲート素子T3には、この素子73の浮遊ゲート
に電荷を与えるためのトランジスタが直列に結合されて
いる。素子73の制御ゲートには、他のトランジスタが
結合されている。ラインT1と索子73の一端とに(電
源電位に加えて)更に電位を加えることにょシ、素子7
3の浮遊ゲート72は、第4図の実施例に関連して後述
される予め定められたレベルへと帯電させられ得る。素
子T3の浮遊ゲートは、第2図のセルに関して述べたと
ころと同様にして、電界効果型素子T4へと延びてその
一部となっている。
The embodiment of FIG. 3 overcomes some of the problems mentioned with respect to the cell of FIG. 5, such as dynamic range limitations. Also the cells in Figure 3! It includes a floating gate rope 73. A transistor for applying charge to the floating gate of this element 73 is connected in series to the floating gate element T3. Another transistor is coupled to the control gate of element 73. By applying an additional potential (in addition to the power supply potential) to the line T1 and one end of the cable element 73, the element 7
The floating gate 72 of No. 3 may be charged to a predetermined level as described below in connection with the embodiment of FIG. The floating gate of element T3 extends into and is part of field effect element T4 in a manner similar to that described with respect to the cell of FIG.

素子74の一端と素子75の一端とはそれぞれ、演算増
幅器79の差動入力端へ結合されている。
One end of element 74 and one end of element 75 are each coupled to a differential input end of operational amplifier 79.

例示の目的で詳しく述べれば、ライン7Tは増幅器18
の負入力端へ結合されており、ライン78はその正入力
端へ結合されている。電界効果型素子74、75の他端
は、共に電界効果型素子76へ結合されている。この素
子T6のゲートに入力信号が加えられる。
Specifically for purposes of illustration, line 7T is connected to amplifier 18.
and line 78 is coupled to its positive input. The other ends of field effect elements 74 and 75 are both coupled to field effect element 76 . An input signal is applied to the gate of this element T6.

演算増幅器79は、他のセルからも入力を受け取る。こ
の実施例に於いては、ライン77と同等な他のセルのラ
インはライン81に結合され、1た、ライン78と同等
な他のセルのラインはライン82に結合される。増幅器
79の出力(ライン80)は、既に述べたように他のセ
ルへの入力となる。図示の実施例に於ける素子7 4、
7 S、76は同じ導電型を有する。増幅器79は、ラ
イン77とライン78とに於ける電流の差分を増幅する
Operational amplifier 79 also receives inputs from other cells. In this embodiment, lines of other cells equivalent to line 77 are coupled to line 81, and lines of other cells equivalent to line 78 are coupled to line 82. The output of amplifier 79 (line 80) becomes the input to the other cells as already mentioned. Element 74 in the illustrated embodiment,
7S, 76 have the same conductivity type. Amplifier 79 amplifies the difference in current in line 77 and line 78.

もし浮遊ゲート72に与えられる電荷の、索子T4に対
する効果が無いものと仮定し、更に素子74及び素子7
5が全く同一のものであるとするならば、この差分電流
はゼロである。このことは、重み係数がゼロであること
を表わす。浮遊ゲート72に電荷が与えられると素子7
4と素子75との間の差分電流が増加し(ライy81、
82は共に一定の電位に保持されるものとする)、この
差分と、素子76に与えられる入力信号との乗算がなさ
れる。
Assuming that the charge applied to the floating gate 72 has no effect on the element T4,
5 are exactly the same, this differential current is zero. This represents that the weighting coefficient is zero. When a charge is applied to the floating gate 72, the element 7
The differential current between 4 and element 75 increases (ray y81,
82 are both held at a constant potential), this difference is multiplied by the input signal applied to element 76.

従って増幅器の出力80は、素子T6のゲートに加えら
れたこのセルへの入力に、重み係数(浮遊ゲー}72上
の電荷)を乗算したものを表わしている。
The amplifier output 80 therefore represents the input to this cell applied to the gate of element T6 multiplied by a weighting factor (the charge on the floating gate 72).

第4図の実施例 従来技術に於いては、浮遊ゲートメモリ素子は一般に、
一続きのパルスκよってチャージ(及び消去)される。
Embodiment of FIG. 4 In the prior art, floating gate memory devices generally
It is charged (and erased) by a series of pulses κ.

このパルス列が与えられた後、浮遊ゲートがチャージ(
又は消去)とれたが否かを確認するため、この素子の導
電性が調べられる。
After this pulse train is applied, the floating gate is charged (
The conductivity of this element is checked to see if it has been removed (or erased).

もしも結果が好壕しくなければ、更にパルスをこの素子
へ供給することによって付加的なチャージ(又は消去)
が行われる。本発明に於いては、いつチャージレベルが
希望通りのレベルに達するか、すなわち、重み係数を希
望通りの特定の値とするに必要な帯電レベルにいつ達す
るかを確認するために、浮遊ゲートへのチャージが監視
される。
If the results are not favorable, additional charging (or erasure) can be achieved by supplying more pulses to this element.
will be held. In the present invention, the floating gate is charges will be monitored.

第4a図には、浮遊ゲート索子52へ結合されているパ
ルス発生器51と、浮遊ゲート素子55へ結合されてい
るパルス発生器51とが示されている。これらの素子を
帯電させるために使用されるパルス列が、ライン53を
介して素子へ与えられる。与えられた電気量は、浮遊ゲ
ート素子のスレショルド電圧の監視、又は浮遊ゲートを
共有する第2素子のスレショルド電圧の監視に基づいて
、間接的に確認される。この監視はライン54にて図示
されている。パルス列の発生に使用される回路と、浮遊
ゲートの帯電レベル確認のための電圧監視に使用される
回路とは、普通の、良く知られた回路であってよい。
FIG. 4a shows a pulse generator 51 coupled to a floating gate strand 52 and a pulse generator 51 coupled to a floating gate element 55. A pulse train used to charge these elements is applied to the elements via line 53. The applied amount of electricity is indirectly ascertained based on monitoring the threshold voltage of the floating gate element or the threshold voltage of a second element sharing the floating gate. This monitoring is illustrated at line 54. The circuitry used to generate the pulse train and the circuitry used to monitor the voltage to ascertain the charging level of the floating gate may be conventional, well-known circuitry.

浮遊ゲート上にチャージされた電気量が、第1図に於け
る抵抗器22、23のような担抗器の値、言い換えれば
神経ネットワーク内のシナプスの接続強度を決定する。
The amount of electricity charged on the floating gate determines the value of the resistor, such as resistors 22, 23 in FIG. 1, or in other words the strength of the connections of the synapses in the neural network.

第4図のセルはダイナミックモードで動作するので消費
電力が小さい。このことは、入力が1か0かである場合
には特に有用である。この実施例に於いては、gt(5
2)及びI 2 (55)にて示されている2つの浮遊
ゲート素子が使用されている。
The cell of FIG. 4 operates in a dynamic mode and therefore consumes less power. This is especially useful when the input is a 1 or a 0. In this example, gt(5
Two floating gate devices are used, denoted 2) and I 2 (55).

これらの素子も、EPROM,!FROM,フラッシュ
EPROM等のためのセルであってよい。既κ述べたよ
うに、素子52を帯電させるためにノくルス発生器51
がこの素子に結合されている。こうしたパルス発生器が
素子55にも組み合せられる。入力ライン50は、2つ
の別々の経路を介して増幅器の入力端へと結合される。
These elements are also EPROM,! It may be a cell for FROM, flash EPROM, etc. As mentioned above, the Norx generator 51 is used to charge the element 52.
is coupled to this element. Such a pulse generator is also combined with element 55. Input line 50 is coupled to the input of the amplifier via two separate paths.

一方の経路は素子56と素子58とを含み、他方は素子
5Tと素子59とを含む。第2図と同様に、素子52の
浮遊ゲートは素子56へと延びてhp、1た、素子55
の浮遊ゲートも素子5Tへと延びている。
One path includes elements 56 and 58, and the other includes elements 5T and 59. Similar to FIG. 2, the floating gate of device 52 extends to device 56 and hp,
The floating gate of also extends to element 5T.

素子56と素子58との間にはコンデンサ6oが有ジ、
同様に、素子57と素子59との間にはコンデンサ61
が有る。
There is a capacitor 6o between the element 56 and the element 58,
Similarly, a capacitor 61 is connected between element 57 and element 59.
There is.

図示されているnチャネルの実施例のために、正の波形
がライン65とライン66とに与えられる。第4b図に
示されているように先ずライン65が高状態となう(一
方、ライン66は低状態)、コンテンサ60、61を充
電する。次いで、ライ/65の電位が低状態となった後
にライン66が高状態となシ、これらのコンデンサの電
荷が素子5B、59を介して演算増幅器62へ結合され
ることを許す。他のセルからの電荷も、ライン63、6
4によって増幅器62へ結合される。
For the illustrated n-channel embodiment, positive waveforms are provided on lines 65 and 66. First, line 65 goes high (while line 66 goes low), charging capacitors 60, 61, as shown in FIG. 4b. Line 66 then goes high after the potential on line/65 goes low, allowing the charge on these capacitors to be coupled through elements 5B, 59 to operational amplifier 62. Charges from other cells are also transferred to lines 63, 6
4 to amplifier 62.

第4a図の実施例に於ける重み係数は、浮遊ゲ一ト素子
52、55K蓄えられる電荷の差によって決定される。
The weighting factor in the embodiment of FIG. 4a is determined by the difference in charge stored in floating gate element 52, 55K.

もし双方の浮遊ゲートが同量の電荷を有しているならば
、素子ss、syの双方はラ′イン50へ与えられた入
力信号に見合う同量の入力電流を通過させる。そして、
コンデンサ6061が同じレベルiで充電され、同じ電
気量が増幅器62へ結合される。従ってこの場合には、
との差動増幅器62の出力ラインに於ける差もゼロであ
る。累子52、55の浮遊ゲート上に存在する電荷の差
が大きい程、重み係数が大きくなる。
If both floating gates have the same amount of charge, both devices ss and sy will pass the same amount of input current commensurate with the input signal applied to line 50. and,
Capacitor 6061 is charged to the same level i and the same amount of electricity is coupled to amplifier 62. Therefore, in this case,
The difference in the output line of the differential amplifier 62 between the two is also zero. The greater the difference in charges present on the floating gates of the resistors 52, 55, the greater the weighting factor.

神経ネットワーク内の値のセルへの入力を準備するため
普通の回路を使用することが必要な場合には、増幅器6
2の出力は、2進の信号へと変換されてよい。
If it is necessary to use ordinary circuitry to prepare the input of values to cells in the neural network, the amplifier 6
The output of 2 may be converted to a binary signal.

第6図の実施例 第6図の実施例は、一つの導電型の素子のみ、例えばn
チャネル素子のみを使用するという利点を有する。この
セルは、EPRO![00及びEPROM101  と
して示されている一対の浮遊ゲートメモリ素子を含む。
Embodiment of FIG. 6 The embodiment of FIG. 6 has only one conductivity type element, e.g.
It has the advantage of using only channel elements. This cell is EPRO! [00 and EPROM101].

これらの素子は普通の素子であってよいが、他の実施例
に関連して説明したように、他の索子104、105の
中へと延びている浮遊ゲートを含む。パルス発生器10
2、103は、他の実施例に於けると同様に、重み係数
を得る目的で素子100、101  のゲートをそれぞ
れ希望通りのチャージレベルへとプログラムするために
使用される。
These elements may be conventional elements, but include floating gates extending into the other cords 104, 105, as described in connection with other embodiments. Pulse generator 10
2 and 103, as in other embodiments, are used to program the gates of elements 100 and 101, respectively, to the desired charge level for the purpose of obtaining weighting factors.

索子100,101 の浮遊ゲートがそれぞれ、素子1
04、105  のチャネル領域の上へと延びている。
The floating gates of the cables 100 and 101 are connected to the element 1, respectively.
04, 105 over the channel region.

これらの素子1ll}4、105のゲートに与えられた
電荷が、電流IDe (ライン108)と電流IDl(
ライン109)とを制御する。素子104、1050制
御ゲートは接地に接続されているので、素子104、1
05の浮遊ゲートから何等かの電荷を出し入れする以前
には、vPoe及びvFGi  はゼロである。素子1
04、105は、それぞれトランジスタ106、107
 と直列に接続される。このセルへの入力Jは、ライン
114へ与えられる。
The charges applied to the gates of these elements 1ll}4 and 105 are current IDe (line 108) and current IDl (line 108).
line 109). Elements 104, 1050 control gates are connected to ground, so elements 104, 1050
Before any charge is taken in or taken out from the floating gate of 05, vPoe and vFGi are zero. Element 1
04 and 105 are transistors 106 and 107, respectively.
connected in series with The input J to this cell is provided on line 114.

素子104、105、106、101 のスレショルド
電圧はゼロボルトに近いのが良く、vよ及びvTぱ行ぼ
ゼロであるのが好ましい。このカスクード型の実施例に
於いて使用される素子106、107は、比較的レンジ
が広く且つ小さな基板効果を有する素子である。
The threshold voltages of elements 104, 105, 106, 101 are preferably close to zero volts, with v and vT paths preferably being zero. The elements 106 and 107 used in this cascade-type embodiment are elements with a relatively wide range and a small substrate effect.

■De(励起電流)とIoi (抑止電流)とが差動増
幅器110へ結合される。索子100 の浮遊ゲートと
素子101 の浮遊ゲートとは、大きな重み付け機能を
得るため、異なるレベルへと帯電させられる。索子10
1の浮遊ゲートへ大きな正電荷が与えられると、電流工
Diが増加し、増幅器110 の出力を増大させる。索
子100の浮遊ゲートへ大きな正電荷が与えられると、
増幅器110の出力は減少する。IDf1及びIDlを
求めるための式が第6図に示されている。この場合にも
重み係数は浮遊ゲート上の電荷=に比例しており、この
重み係数に、他の増幅器からこのセルへと加えられる入
力電圧U1 が掛け算される。
(2) De (excitation current) and Ioi (inhibition current) are coupled to the differential amplifier 110. The floating gates of stringer 100 and element 101 are charged to different levels to obtain a large weighting function. Suko 10
When a large positive charge is applied to the floating gate of 1, the current factor Di increases, increasing the output of amplifier 110. When a large positive charge is applied to the floating gate of the probe 100,
The output of amplifier 110 decreases. Formulas for determining IDf1 and IDl are shown in FIG. In this case too, the weighting factor is proportional to the charge on the floating gate, which is multiplied by the input voltage U1 applied to this cell from another amplifier.

他のセルから来る信号との加算は、増幅器110への入
力に於いて行われる。ライン112、113は、他のセ
ルから来る入力信号を表している。
Summation with signals coming from other cells takes place at the input to amplifier 110. Lines 112, 113 represent input signals coming from other cells.

第7図の実施例 第7図には、完全差動の4象限乗算器を用いるプログラ
ム可能なシナプス手法が示されている。
Embodiment of FIG. 7 FIG. 7 shows a programmable synapse approach using fully differential four-quadrant multipliers.

第7図の乗算器は、ギルパート乗算器の素子数を減らし
且つVccのレンジを小さくして簡素化したものである
。4象限乗算器とギルパート乗算器との動作原理は、従
来技術に於いて良く知られている。例えば、Paul 
R. Grey ,  Robert G.Meyer
共著r Analysis and Design o
fAnalog Integrated Circui
ts (アナログ集積回路の解析と設計)」、ニューヨ
ーク、JohnWiley and Sons社刊( 
1977年)の第554頁ないし第603頁に、これら
のデバイスについての記述が見られる。
The multiplier shown in FIG. 7 is a simplified version of the Gilpert multiplier by reducing the number of elements and reducing the Vcc range. The principles of operation of four-quadrant multipliers and Gilpert multipliers are well known in the art. For example, Paul
R. Gray, Robert G. Meyer
Co-author: Analysis and Design
fAnalog Integrated Circuit
ts (Analysis and Design of Analog Integrated Circuits), New York, published by John Wiley and Sons (
(1977), pages 554-603, a description of these devices can be found.

4象限差動乗算器手法には、広い信号処理帯域幅、高い
入力インピーダンス、良好なバイアス制御性等の、他の
プログラム可能シナプスを凌ぐ大きな利点が有る。この
セルは差動的に動作するので、入力レベルもしくは浮遊
ゲート電圧に於ける変動が乗算の正確さに大きな影響を
与えることば無い。4象限差動乗算器手法の他の特徴は
、特に重みと入力とが小さい場合に於ける乗算の直線性
が良好なことと、浮遊ゲート素子へ与える電荷を厳密に
調整する必要なしに重みをゼロに設定し得る能力とであ
る。その上、この手法はシナプスの記憶容量を倍加させ
る。
The four-quadrant differential multiplier approach has significant advantages over other programmable synapses, such as wide signal processing bandwidth, high input impedance, and good bias control. Since the cell operates differentially, variations in input level or floating gate voltage do not significantly affect the accuracy of the multiplication. Other features of the four-quadrant differential multiplier approach include good multiplication linearity, especially when the weights and inputs are small, and the ability to adjust the weights without having to precisely adjust the charge applied to the floating gate elements. and the ability to set it to zero. Moreover, this technique doubles the storage capacity of synapses.

第7図のセルは浮遊ゲート素子123、124を含んで
いる。浮遊ゲート素子123、124  は各々、それ
らの素子の浮遊ゲートに電荷を与えるために使用される
トランジスタに直列に結合される。さらに、浮遊ゲート
へのチャージを容易にするため、素子123、124 
の制御ゲートに補助的なトランジスタが結合される。こ
れにて浮遊ゲートチャージ用デバイス120、121 
 の構成が完了する。本発明の範囲と精神とから離れる
ことなく、浮遊ゲート素子を用いる交替可能な他の回路
が、チャージ用デバイス120、121 の代わシに使
用されてよい。
The cell of FIG. 7 includes floating gate devices 123, 124. Floating gate devices 123, 124 are each coupled in series with a transistor used to provide charge to the floating gates of those devices. Furthermore, in order to facilitate charging of the floating gate, elements 123 and 124
An auxiliary transistor is coupled to the control gate of. With this, floating gate charging devices 120, 121
The configuration is complete. Other interchangeable circuits using floating gate devices may be used in place of charging devices 120, 121 without departing from the scope and spirit of the invention.

プログラミング期間中にワードライン■wLA及びプロ
グラムラインVPGに(通常の電源電位に加えて)正電
位を与えることによシ、索子123の浮遊ゲートは予定
のレベル!で帯電させられる。
By applying a positive potential (in addition to the normal power supply potential) to the word line ■wLA and the program line VPG during the programming period, the floating gate of the probe 123 is brought to the expected level! can be charged with electricity.

素子123の浮遊ゲート上に蓄積された電荷は、次に、
ライン125を経由して電界効果型素子127のゲート
へと移送される。この提示実施例に於けるライン125
は、別個の接続ではなくて素子123の浮遊ゲートの延
長である。ライン125上の電荷QFGIはこのシナプ
スの重みを表している。同様にしてライン126は、ラ
インVWLII及びラインVPGの電位を上げることに
より、QFG2にて表される予め定められた基準レベル
1でチャージされ得る。こうして、第7図のシナプスセ
ル内に重みと基準電位とがプログラムされる。
The charge stored on the floating gate of element 123 is then
It is transferred via line 125 to the gate of field effect element 127. Line 125 in this presented example
is an extension of the floating gate of element 123 rather than a separate connection. The charge QFGI on line 125 represents the weight of this synapse. Similarly, line 126 can be charged to a predetermined reference level 1, represented by QFG2, by raising the potential of line VWLII and line VPG. Thus, weights and reference potentials are programmed into the synaptic cell of FIG.

チャージ用素子120 と全く同一のチャージ用素子1
21 を使用することが、第7図の実施例に於ける設計
上の要点である。ライン126に基準電位を確立するた
めのバイアス設定手段がもう一方と揃わない場合には、
温度、ノイズ、バイアス設定、及び処理に於ける変動の
全てに関して、素子121  は素子120を「後追い
コすることになる。集積回路環境に於いてそうした変動
が生ずるのはあシふれたことである。チャージ用素子1
20,121が揃っている場合には、重みラインと基準
ラインとの間の差が安定に維持され、それによって、正
確な乗算とシナプスによる揺るぎない重み付けとが確保
される。
Charging element 1 that is exactly the same as charging element 120
21 is a key design point in the embodiment of FIG. If the bias setting means for establishing a reference potential on line 126 is not aligned with the other,
Variations in temperature, noise, bias settings, and processing all cause device 121 to "follow" device 120. Such variations are common in integrated circuit environments. .Charging element 1
When 20, 121 are aligned, the difference between the weight line and the reference line remains stable, thereby ensuring accurate multiplication and stable weighting by the synapses.

索子127、12Bは共に電流源として動作する。Both cables 127 and 12B operate as current sources.

すなわち、これらの素子のゲート上に存在する電荷はそ
れぞれ差動ペア129、130 と差動ペア131、1
32 とを制御する。素子127のドレインは、素子1
29のソースと素子130のソースとに結合される。同
様に、素子128 のドレインは、索子131のソース
と索子132 のソースとに結合される。素子129 
と素子131とのドレインは出力ライン133へ結合さ
れ、一方、素子130と素子132とのドレインは出力
ライン134 へ結合される。これで、4象限乗算器の
構成が完了する。
That is, the charges present on the gates of these elements are the differential pairs 129, 130 and 131, 1, respectively.
32. The drain of element 127 is connected to element 1
29 and the source of element 130. Similarly, the drain of element 128 is coupled to the source of strand 131 and the source of strand 132. element 129
The drains of element 130 and element 131 are coupled to output line 133, while the drains of element 130 and element 132 are coupled to output line 134. This completes the configuration of the four-quadrant multiplier.

動作時、入力信号(第7図にV 及びVKて示されてい
る)が各差動ペアのゲートへ与えられる。すなわち、■
−は索子129と素子132とのゲートへ与えられ、V
 は素子130と素子131とのケートへ与えられる。
In operation, input signals (designated V and VK in FIG. 7) are applied to the gates of each differential pair. In other words, ■
- is applied to the gates of the cable 129 and the element 132, and V
is applied to the gate of elements 130 and 131.

ライン125とライン126とに蓄えられる電荷の差が
、差動ペアを通って流れる電流を支配する。従って、差
分入力電圧(vv)は、ライン125、126に蓄えら
れる電荷の差を表わす係数によって効果的に乗算される
。小さな信号入力に対する差動出力[流は、「重みライ
ン125と基準ライン126とに於ける直荷の差」と「
差分入力電圧」との精に比例する。式が第7図に示され
ている。
The difference in charge stored on lines 125 and 126 governs the current flowing through the differential pair. Therefore, the differential input voltage (vv) is effectively multiplied by a factor representing the difference in charge stored on lines 125, 126. The differential output for a small signal input [flow is the difference between the direct load at the weight line 125 and the reference line 126 and the
It is precisely proportional to the differential input voltage. The equation is shown in FIG.

IDe(励起電流)及び IDi (抑止電流)がそれ
それ第7図のライン133とライン134とに沿って示
されておシ、共に差動増幅器137 へ結合されている
。素子123の浮遊ゲート上の正電荷が(素子124の
正電荷に比し)大きいならば電流IDi  が増加し、
それが、増幅器137の出力を増大させる。他のセルか
ら来る信号電流との加算は、ラ・イン135及びライン
136にて示されているように、増幅器137への入力
に於いて行われる。
IDe (excitation current) and IDi (inhibition current) are shown along lines 133 and 134, respectively, in FIG. 7, and are coupled together to a differential amplifier 137. If the positive charge on the floating gate of element 123 is large (compared to the positive charge of element 124), the current IDi increases;
That increases the output of amplifier 137. Summing with signal currents coming from other cells takes place at the input to amplifier 137, as shown at line 135 and line 136.

第8図の実施例 第8図の実施例は、セルのサイズが一層小さいという、
第7図のセルを凌ぐ利点を有している。
Embodiment of FIG. 8 The embodiment of FIG. 8 has a smaller cell size.
This cell has advantages over the cell shown in FIG.

第7図の素子123、170及び素子124、171は
、第8図に於いては除かれている。代わって今度は素子
156、150、151ならびに素子157、154、
155が、乗算機能とプログラミング機能とを遂行する
Elements 123, 170 and elements 124, 171 of FIG. 7 have been omitted in FIG. Instead, elements 156, 150, 151 and elements 157, 154,
155 performs multiplication and programming functions.

第8図を参照するに、素子151と素子152、ならび
に素子153 と素子154はそれぞれ、第7図に関連
して上述したところと同様に、4象限乗算器の差動ペア
を形成すぺ〈差動結合されている。素子151 のソー
スと索子152のソースとは共に索子156のドレイン
へ結合され、一方、索子153のソースと素子1540
ソースとは共に索子157のドレインへ結合される。素
子156のソース及び素子157のソースは共にVSa
  へ結合される。素子151 と索子153 とのド
レイ冫を出力ライン159へ結合し、且つ、素子152
と素子154とのドレインを出力ライン160へ結合す
ることによシ、このギルパート乗算器の構成は完了する
。通常、入力V一は素子151 と素子154との制御
ゲートへ与えられ、一方、入力V+は素子152と素子
153 との制御ゲートへ与えられる。
Referring to FIG. 8, elements 151 and 152 and elements 153 and 154 each form a differential pair of four-quadrant multipliers, as described above in connection with FIG. Differentially coupled. The source of element 151 and the source of element 152 are both coupled to the drain of element 156, while the source of element 153 and element 1540 are coupled to the drain of element 156.
The source is coupled to the drain of strand 157. The source of element 156 and the source of element 157 are both VSa
is combined with coupling the drain of elements 151 and 153 to an output line 159;
By coupling the drains of element 154 to output line 160, the implementation of this Gilpert multiplier is completed. Typically, input V1 is applied to the control gates of elements 151 and 154, while input V+ is applied to the control gates of elements 152 and 153.

第7図とほぼ同様であるが但し、浮遊ゲート素子に帯電
と放電とを生じさせるために使用された4つのトランジ
スタを必要とすることなしに重みが変更され得る。素子
156にプログラミングすべく、ワードラインVWL 
(素子150と素子155との制御ゲートへと接続され
ている)とプログラムラインVPGI (素子150の
ドレインへと接続されている)とが、高い正電位へと持
ち上げられる。素子156の制御ゲート上に存在する正
の高電圧のため、電子が、どのドレインに於いて薄い酸
化物領域を潜シ抜け、次いで浮遊ゲートによシ捕獲され
て、素子156の(プログラミング)スレショルドを上
昇させる。同様にして、ラインvwLの電位とラインV
PG2の電位とを上昇させることによb1電子は、索子
157 の浮遊ゲートへと突入させられる。索子155
のドレイン、制御ゲート、ソースはそれぞれ、VPG2
、VWL%素子157 の制御ゲートへ接続されている
。プログラミング期間中は、ラインV十及びラインV−
が接続されるか、又はライン159及びライン16Gが
フローテイング状態とされる。
Similar to FIG. 7 except that the weights can be changed without requiring the four transistors used to charge and discharge the floating gate elements. To program element 156, word line VWL
The program line VPGI (connected to the control gates of elements 150 and 155) and the program line VPGI (connected to the drain of element 150) are raised to a high positive potential. Due to the high positive voltage present on the control gate of device 156, electrons burrow through the thin oxide region at the drain and are then captured by the floating gate to reach the (programming) threshold of device 156. to rise. Similarly, the potential of line vwL and line V
By increasing the potential of PG2, the b1 electrons are forced to rush into the floating gate of the probe 157. Suko 155
The drain, control gate, and source of VPG2 are respectively
, and the control gate of the VWL% element 157. During programming, line V- and line V-
are connected, or line 159 and line 16G are left floating.

電子は、VWLを高電圧へ接続し且つVPGI を接地
して素子156の制御ゲートを接地状態とすることによ
シ、素子156 の浮遊ゲートから除去される。■+と
ライ/160 とを高電圧へ持ち上げることによシ、素
子156のドレインも高電圧とされる。これは、■一と
ライン159とを高電圧としても同様に達威され得る。
Electrons are removed from the floating gate of device 156 by connecting VWL to a high voltage and grounding VPGI to ground the control gate of device 156. (2) By raising + and R/160 to a high voltage, the drain of element 156 is also brought to a high voltage. This can also be accomplished by placing 1 and line 159 at a high voltage.

素子156のドレイ/へ高いバイアスをかけ且つその制
御ゲートを接地することによシ、電子が浮遊ゲートから
ドレインへとmシ抜け、それにより、素子156の(消
去)スレショルドが減少する。今ここに述べたところと
同様の手法にて、索子157 の浮遊ゲ一トから電子が
抜き出されてよい。
By applying a high bias to the drain of device 156 and grounding its control gate, electrons escape from the floating gate to the drain, thereby reducing the (erase) threshold of device 156. Electrons may be extracted from the floating gate of probe 157 in a manner similar to that just described.

第7図に関連して上に述べたように、乗算のための係数
すなわち重み係数は、素子156の浮遊ゲートと素子1
57の浮遊ゲートとに蓄えられる電荷の差によって定ま
る。重み係数(浮遊ゲート上に蓄えられる電荷の差によ
り表現される)に、温度、電源、処理等に於ける変動に
対する耐性を付与するため、通常、素子156及び索子
157は同一に作られる。
As discussed above in connection with FIG. 7, the coefficients or weighting factors for multiplication are the floating gate of element 156 and
It is determined by the difference in charge stored in the floating gate of 57. Typically, elements 156 and strands 157 are made identical to provide the weighting factors (represented by the difference in charge stored on the floating gates) with immunity to variations in temperature, power supply, processing, etc.

第8図の出力ライン159 と出力ライン160とは、
増幅器163へ結合されている。他のセルから来る信号
電流との加算は、ライン161及びライン162にて示
されているように、増幅器163への入力に於いて行わ
れる。
Output line 159 and output line 160 in FIG.
Coupled to amplifier 163. Summing with signal currents coming from other cells takes place at the input to amplifier 163, as indicated by lines 161 and 162.

第9図の実施例 第7図及び第8図に示したセルに含1れている在来の4
象限乗算器手法の難点の1つは、大きな差動入力電圧を
扱うことが出来ないことである。
Embodiment of FIG. 9 Conventional 4 included in the cells shown in FIGS. 7 and 8
One of the drawbacks of the quadrant multiplier approach is its inability to handle large differential input voltages.

(ここに、大きな入力電圧とは電源電圧にほぼ等しい量
の入力電圧をいう。)大きな差動入力電圧を扱い得る能
力は、ある種の業務に適用される神経ネットワークのシ
ナプスセルに於いては待ち望1れた特性である。第9図
の実施例はこの目的を達成し得る。
(Here, a large input voltage refers to an input voltage that is approximately equal to the power supply voltage.) The ability to handle large differential input voltages is important in synaptic cells of neural networks that are applied to certain tasks. This is a long-awaited feature. The embodiment of FIG. 9 can achieve this objective.

第9図に示されている乗算器には、電界効果型素子のべ
7178、1F9と、おなじく電界効果型素子のべア1
80、181  とが含まれている。第9図に示されて
いる各素子174〜181は、ゼロスレショルドのnチ
ャネル素子である。ゼロスレショルド素子であることは
必須の条件ではないけレトモ、それらは、ゼロボルトに
近い小さ慶入力電圧の乗算に於ける直線性を改善し得る
。素子178のゲートと素子180のゲートとはV十入
力ラインへ結合され、一方、素子179 のゲートと素
子181 のゲートとはV一人カラインへ結合されてい
る。素子178 と素子179 とのドレイン、及び素
子180 と素子181 とのドレインは、それぞれ出
力ライン182、出力ライン183に結合されている。
The multiplier shown in FIG.
80, 181 are included. Each device 174-181 shown in FIG. 9 is a zero threshold n-channel device. Although zero threshold devices are not a necessary condition, they can improve linearity in multiplication of small input voltages close to zero volts. The gates of element 178 and element 180 are coupled to the V input line, while the gates of element 179 and element 181 are coupled to the V input line. The drains of elements 178 and 179 and the drains of elements 180 and 181 are coupled to output line 182 and output line 183, respectively.

素子178のソースは電界効果型素子174 のドレイ
ンへ結合され、一方、素子179のソースは素子175
のドレインへ結合サれている。同様に、電界効果型素子
180のソースは素子176のドレインへ結合され、一
方、電界効果型素子181のソースは素子177のドレ
インへ結合されている。素子174〜177は、各々組
み合わせられている電界効果型素子118〜181 を
流れる電流をそれぞれ制御する。例えばライン182を
流れる電流IOAは、素子178を流れる電流と素子1
79を流れる電流との和であう、それらは更に索子17
4 と素子175 とによって制御される。電流IDB
は、同様にしてライン183に沿って生ずる。
The source of element 178 is coupled to the drain of field effect element 174, while the source of element 179 is coupled to element 175.
It is connected to the drain of the Similarly, the source of field effect element 180 is coupled to the drain of element 176, while the source of field effect element 181 is coupled to the drain of element 177. Elements 174-177 each control the current flowing through the field-effect elements 118-181 that are combined with each other. For example, the current IOA flowing through line 182 is equal to the current flowing through element 178 plus the current flowing through element 1.
79, they are further added to the current flowing through the cord
4 and element 175. Current IDB
occurs along line 183 in a similar manner.

素子174〜177のソースは各々、vss  す々わ
ち接地電位へ結合される。素子174 の制御ゲートと
素子177の制御ゲートとは各々、ライン172 を経
由して浮遊ゲートメモリ素子187へ結合される。同様
に、素子1750制御ゲートと素子176の制御ゲート
とは各々、ライン173を経由して浮遊ゲートメモリ素
子188 へ結合される。素子187 と素子188と
はそれぞれライ冫172  とライ/1T3 とを予定
のレベルまで帯電させるために使用される。
The sources of elements 174-177 are each coupled to vss or ground potential. The control gates of device 174 and device 177 are each coupled to floating gate memory device 187 via line 172 . Similarly, the control gates of device 1750 and device 176 are each coupled to floating gate memory device 188 via line 173. Element 187 and element 188 are used to charge lye 172 and lye/1T3, respectively, to predetermined levels.

ライン172、173に存在する電荷が、差動ペアの各
々を流れる電流を決定する。それらの差動ペアは出力ラ
イン182、183へ結合されている。
The charge present on lines 172, 173 determines the current flowing through each of the differential pairs. The differential pair is coupled to output lines 182, 183.

第7図及び第8図に関連して説明したように、ライン1
72の電荷とライン113の電荷との間の差が、入力信
号に乗ぜられる係数を表わす。
As explained in connection with FIGS. 7 and 8, line 1
The difference between the charge on line 72 and line 113 represents the factor by which the input signal is multiplied.

素子174〜177は線形モードで動作させられるので
、■ 及びV−に加えられる入力電圧の範囲を、乗算の
直線性を殆ど損なうことなくゼロボルトから電源電圧1
でに亘る広範囲とすることが出来る。直線性の保たれる
範囲がこの交差結合方式によっていかに拡張されたかを
示す一例として、極端な1つの入力に応じて電界効果型
素子178、180が飽和させられた場合を考えてみよ
う。素子178、180  はもはや電流ID^及び電
流IDB  を制御しないけれども、素子179、18
1は、ライン182、183間の電流の差に於ける直線
性を維持すべく未だ飽和以前の状態に踏み止ど筐つてい
る。そこで、他方の入力が極端であって電界効果型素子
17g、180が飽和状態にあっても電流の差の直線性
(すなわち乗算の直線性)が維持される。このように、
電流!DAと電流TDBとの差によって表わされる差動
出力電流は、ゼロボルトから電源電圧1でに亘るあらゆ
る入力に対して、ライン172の電荷とライン173の
電荷との差に差動入力電圧を乗じたものとして維持され
る。
Since elements 174-177 are operated in a linear mode, the range of input voltages applied to
It is possible to cover a wide range. As an example of how the range of linearity is extended by this cross-coupling scheme, consider the case where field effect elements 178, 180 are saturated in response to one extreme input. Although elements 178, 180 no longer control current ID^ and current IDB, elements 179, 18
1 remains below saturation to maintain linearity in the current difference between lines 182 and 183. Therefore, even if the other input is extreme and the field effect elements 17g, 180 are in a saturated state, the linearity of the current difference (that is, the linearity of the multiplication) is maintained. in this way,
Current! The differential output current, represented by the difference between DA and current TDB, is the difference between the charge on line 172 and line 173 multiplied by the differential input voltage for any input ranging from zero volts to supply voltage 1. maintained as such.

更に理解を深める目的で次の例を考えてみよう。For further understanding, consider the following example.

い1、■+を5ボルトとしV一をOボルトとするならば
、素子178  及び索子180は、素子179及び索
子181 ようも多くの電流を導く。ライン172の電
位はライン173 の電位に比し上昇させられるので、
素子174及び素子177の導電性は一層高1る。そこ
で、一層多くの電流が、それぞれ素子17B と素子1
81 とを流れることが可能となる。しかしiがら素子
178の導電性は素子181 の導電性ようも高いので
、ライン172上の大きな電荷に起因する電流増加は、
ライン183の電流に比しライン182の電流を一層増
大させる結果となる。
If I1, ■+ is 5 volts and V1 is O volts, element 178 and cable 180 will conduct as much current as element 179 and cable 181. Since the potential of line 172 is raised compared to the potential of line 173,
The conductivity of elements 174 and 177 is even higher. Therefore, more current flows through element 17B and element 1, respectively.
81. However, since the conductivity of element 178 is as high as that of element 181, the current increase due to the large charge on line 172 is
This results in a further increase in the current in line 182 compared to the current in line 183.

第9図のセルも筐た浮遊ゲート素子を素子174〜17
7  として用いて実施することが可能であるから、電
界効果型メモリ素子187、188を別個に作る必要が
なくなる。当然、それによってセルのサイズを減少させ
得る。プログラミングは、第8図に於いて説明したとこ
ろと同様にしてなされる。
The floating gate elements 174 to 17 which also house the cell in FIG.
7, it is not necessary to separately manufacture the field effect memory elements 187 and 188. Naturally, this may reduce the size of the cell. Programming is done in the same manner as described in FIG.

第9図に示されているように、ライン182及びライン
183は差動増幅器186へ結合される。
As shown in FIG. 9, line 182 and line 183 are coupled to a differential amplifier 186.

他のセルから来る信号電流との加算は、ライン184及
びライン185にて示されているように、増幅器186
への入力に於いて行われる。
The summation with signal currents coming from other cells is performed by amplifier 186, as shown at lines 184 and 185.
This is done in the input to.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上、神経ネットフーク用として特に好適な幾つかのセ
ルについて説明した。重み係数は、2つの別々の浮遊ゲ
ート上に蓄えられる電荷の差によって表現される。この
電荷は、代表的には、長期に亘シこれらの浮遊ゲート上
κ蓄えられたit残留するので、重み係数の不揮発性記
憶を提供し得る。回路が作られたのち、浮遊ゲートの各
々は異なるレベルへと帯電させられてよい。このセルは
、高密度VLSI回路の実現に貢献し得る。
Above, several cells particularly suitable for neural network hooking have been described. The weighting factor is expressed by the difference in charge stored on two separate floating gates. This charge typically remains stored on these floating gates over long periods of time and may provide non-volatile storage of the weighting factors. After the circuit is created, each of the floating gates may be charged to a different level. This cell can contribute to the realization of high density VLSI circuits.

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

第1図は神経ネットワーク内に於ける本発明のセルの配
置を示すための、代表的な従来技術による神経ネットワ
ークを示す図、 第2a図は本発明によるセルの電気的概略図、第2b図
は第2a図のセルの、基板の一部分の断面図、 第3図は本発明によるセルの一実施例の電気的・概略図
、 第4a図は本発明のセルの、もう一つの実施例の電気的
概略図、 第4b図は第4a図のセルに於ける波形図、第5図は本
発明のセルによって遂行される重み付け機能を図解する
ための、本発明の更にもう一つの実施例の図、 第6図は本発明のセルの、もう一つの実施例の電気的概
略図、 第7図は本発明のセルの、もう一つの提示実施例の電気
的概略図、 第8図は本発明のセルの、もう一つの提示実施例の電気
的概略図、 第9図は本発明のセルの、更にもう一つの提示実施例の
電気的概略図である。 14,15,16,17,42.62,79,110,
137,163,186  ●●●●増幅器、22 .
23・・・・抵抗器、28 ,60 .61・・・・コ
ンデンサ、31m,3lb,31c・・●・浮遊ゲート
のセクション、31d●●●◆ り〜ド線、34・・・
・p型基板、36・・・・コンデンサを形成する部材、
3T,52.55.T3.100,101,123,1
24,187.188  ●◆●・浮遊ゲート素子、3
8.39,56.57.74〜76、104,105,
127〜132 , 150●・●●パルス発生器、1
25●●●●重みライン、126 ●●●●基準ライン
。 −]ドIG   1 ー−夏FINE   8 7INE:   4B 71G   5 IC+ = ト−VT一訃トS n●ナ,略ΣwJIul ー−■7I[ヒー1i 1E’IIG    7 ΔI−αX to,G,− OFG21Δ工奪工◆一I
一 手続補正書ζオ木) 3.補正をする者 事件との関係 特 許出願人 名称(氏名) イ〉ヲ1レ・コーホOレー′/:1シ シ ?正命令 ■の日付 平戊 Z年 g月 2′g日 6補正の対象
FIG. 1 is a diagram of a typical prior art neural network to illustrate the placement of the cells of the invention within the neural network; FIG. 2a is an electrical schematic diagram of a cell according to the invention; FIG. 2b 2a is a sectional view of a portion of the substrate of the cell of FIG. 2a; FIG. 3 is an electrical schematic diagram of one embodiment of a cell according to the invention; FIG. 4a is a further embodiment of the cell of the invention. 4b is a waveform diagram for the cell of FIG. 4a; and FIG. 5 is a diagram of yet another embodiment of the invention to illustrate the weighting function performed by the cell of the invention. FIG. 6 is an electrical schematic diagram of another embodiment of the cell of the invention; FIG. 7 is an electrical schematic diagram of another presented embodiment of the cell of the invention; FIG. FIG. 9 is an electrical schematic diagram of yet another proposed embodiment of a cell of the invention. FIG. 14, 15, 16, 17, 42.62, 79, 110,
137,163,186 ●●●● Amplifier, 22.
23...Resistor, 28,60. 61...Capacitor, 31m, 3lb, 31c...●Floating gate section, 31d●●●◆ Red wire, 34...
・P-type substrate, 36... member forming a capacitor,
3T, 52.55. T3.100,101,123,1
24,187.188 ●◆●・Floating gate element, 3
8.39, 56.57.74-76, 104,105,
127-132, 150●・●●pulse generator, 1
25 ●●●● weight line, 126 ●●●● reference line. -] Do IG 1 - Summer FINE 8 7INE: 4B 71G 5 IC+ = To-VT Ichimatsu S n●Na, abbreviated ΣwJIul - -■7I [He 1i 1E'IIG 7 ΔI-αX to, G, - OFG21Δ Construction raider ◆1 I
1 Procedural Amendment ζOki) 3. Name of the patent applicant related to the person making the amendment Date of positive order ■ Date of Heibō Z year g month 2′ g day 6 subject to amendment

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、各々、差動入力と前記差動入力に重みを付けた関数
である差動出力とを有しており、且つ、神経ネットワー
ク内に複数個含まれている、プログラム可能なシナプス
に於いて: 前記差動入力を受取つて前記差動出力を作り出すための
4象限乗算器にして、前記4象限乗算器は差動結合され
ている電界効果型素子の第1ペアと第2ペアとを含み、
前記ペアの各々は浮遊ゲート素子へと接続されており、
前記浮遊ゲート素子は浮遊ゲートと制御ゲートとを有し
ており、差動結合されている前記各ペアを流れる電流は
前記浮遊ゲートに蓄えられる電荷の差によつて決定され
、それにより、前記出力信号が前記差動入力と前記電荷
の差との積となるようにした4象限乗算器と;前記浮遊
ゲートを予定のレベルまで帯電させ且つ放電させるため
の手段と; を含むことを特徴とするシナプス。 2、神経ネットワークのシナプスに希望通りの結合強度
を与えるための方法に於いて: 第1浮遊ゲート素子を予定の重みレベルへと帯電させ且
つ第2浮遊ゲート素子を予定の基準レベルへと帯電させ
るステップと; 差動入力信号を感知するステップと; 前記重みレベルと前記基準レベルとの間の電荷の差によ
り表現される係数を前記入力信号に乗ずるステップと; 前記入力信号と前記係数との積である差動出力信号を、
ニューロン増幅器の差動入力端へ提供するステップと; を含むことを特徴とする方法。 3、大きな差動入力信号を受入れ、前記差動入力信号に
重みを付けた関数である差動出力を作り出すための、神
経ネットワーク内に複数個含まれているシナプスに於い
て: 別々の制御用電界効果型素子に直列に結合され且つ組合
せられる第1、第2、第3、第4の入力用電界効果型素
子を含む乗算デバイスにして、前記第1及び前記第2の
入力用電界効果型素子は前記差動出力のラインの一方へ
と接続され前記第3及び前記第4の入力用電界効果型素
子は前記差動出力のラインの他方へと接続され、さらに
、前記第1及び前記第3の入力用電界効果型素子は前記
差動入力信号の第1ラインへと接続され前記第2及び前
記第4の入力用電界効果型素子は前記差動入力信号の第
2ラインへと接続されるようにした乗算デバイスと; 前記制御用電界効果型素子が、組合せられる前記入力用
電界効果型素子を通つて流れる電流を制御するための帯
電可能なゲート要素を有しており、さらに、前記差動出
力が、前記第1及び前記第2の入力用電界効果型素子も
しくは前記第3及び前記第4の入力用電界効果型素子に
組合せられる前記制御用電界効果型素子の前記ゲート要
素間の電荷の差と前記差動入力信号との積となることと
;前記ゲート要素を予定のレベルへと帯電させるための
手段と; を含むことを特徴とするシナプス。 4、各々、差動入力と前記差動入力に重みを付けた関数
であり且つ複数のニューロン増幅器のうちの少くも1つ
へ結合される差動出力とを有しており、且つ、神経ネッ
トワーク内に複数個含まれている、プログラム可能なシ
ナプスに於いて:前記差動入力を受取つて前記差動出力
を作り出すための4象限乗算器にして、差動結合されて
いる電界効果型素子の第1ペア及び第2ペアを含む前記
複数のニューロン増幅器のうちの少くも前記の1つへ前
記差動出力を与えるようにした4象限乗算器と、 前記乗算器の前記差動結合されているペアの各々を通つ
て流れる電流を独立に制御するための制御手段と、 を含んでおり;且つ、 前記制御手段が一対の浮遊ゲート素子を含み、前記浮遊
ゲート素子の各々が帯電可能な浮遊ゲートを有し、前記
浮遊ゲート上の電荷の差が前記電流を決定するようにし
、それにより、前記複数のニューロン増幅器のうちの少
くも前記の1つへと与えられる前記出力信号を、前記差
動入力と前記電荷の差との積にする、 ことを特徴とするシナプス。 5、大きな差動入力信号を受入れ、前記差動入力信号に
重みを付けた関数である差動出力信号を作り出すための
、神経ネットワーク内に複数量含まれているシナプスに
於いて: 第1出力ラインへと接続されているドレインを有する第
1及び第2の入力用電界効果型素子と、第2差動出力ラ
インへと接続されているドレインを有する第3及び第4
の入力用電界効果型素子とを含む乗算デバイスにして、
前記第1及び前記第3の入力用電界効果型素子のゲート
は第1差動入力ラインへと接続され前記第2及び前記第
4の入力用電界効果型素子のゲートは第2差動入力ライ
ンへと接続されるようにした乗算デバイスと;前記乗算
デバイスが更に第1、第2、第3、第4のプルダウン用
電界効果型素子を含んでおり、前記の各プルダウン用電
界効果型素子のドレインはそれぞれ前記の第1、第2、
第3、第4の入力用電界効果型素子のソースへと接続さ
れており、前記の各プルダウン用電界効果型素子のソー
スは接地又は同様の電位へと接続され、前記第1及び前
記第4のプルダウン用電界効果型素子のゲートは帯電可
能な浮遊ゲートを有する第1浮遊ゲート素子へと接続さ
れ、また、前記第2及び前記第3のプルダウン用電界効
果型素子のゲートは帯電可能な浮遊ゲート要素を有する
第2浮遊ゲート素子へと接続され、前記の帯電可能な浮
遊ゲート要素が前記の各プルダウン用電界効果型素子を
通つて流れる電流を制御し、それにより、前記差動出力
信号が、前記第1及び前記第2浮遊ゲート素子の前記浮
遊ゲート要素間の電荷の差と前記差動入力信号との積と
なることと; 前記浮遊ゲート要素を予定のレベルへと帯電させるため
の手段と; を含むことを特徴とするシナプス。
[Claims] 1. A program each having a differential input and a differential output that is a weighted function of the differential input, and a plurality of programs are included in a neural network. In a possible synapse: a four-quadrant multiplier for receiving the differential input and producing the differential output, the four-quadrant multiplier being differentially coupled to a first pair of field effect elements; a second pair;
each of the pairs is connected to a floating gate device;
The floating gate device has a floating gate and a control gate, and the current flowing through each differentially coupled pair is determined by the difference in charge stored in the floating gate, so that the output a four-quadrant multiplier whose signal is the product of the differential input and the charge difference; and means for charging and discharging the floating gate to a predetermined level. synapse. 2. In a method for providing desired coupling strength to synapses of a neural network: charging a first floating gate element to a predetermined weight level and charging a second floating gate element to a predetermined reference level; the steps of: sensing a differential input signal; multiplying the input signal by a coefficient represented by the difference in charge between the weight level and the reference level; and multiplying the input signal by the coefficient. The differential output signal is
A method comprising the steps of: providing a differential input to a neuron amplifier. 3. At multiple synapses included in a neural network for accepting large differential input signals and producing differential outputs that are weighted functions of said differential input signals: for separate control. a multiplier device comprising first, second, third and fourth input field effect elements coupled in series to and combined with a field effect element, said first and said second input field effect elements; the third and fourth input field effect elements are connected to one of the differential output lines, and the third and fourth input field effect elements are connected to the other of the differential output lines; The third input field effect element is connected to the first line of the differential input signal, and the second and fourth input field effect elements are connected to the second line of the differential input signal. the control field-effect element has a chargeable gate element for controlling the current flowing through the combined input field-effect element; A differential output is provided between the gate elements of the control field-effect element that is combined with the first and second input field-effect elements or the third and fourth input field-effect elements. A synapse comprising: multiplying a charge difference by said differential input signal; and means for charging said gate element to a predetermined level. 4. a neural network, each having a differential input and a differential output that is a weighted function of the differential input and coupled to at least one of the plurality of neuron amplifiers; in a plurality of programmable synapses included in: a four-quadrant multiplier for receiving the differential input and producing the differential output; a four-quadrant multiplier configured to provide the differential output to at least one of the plurality of neuron amplifiers including a first pair and a second pair; control means for independently controlling the current flowing through each of the pairs; and the control means includes a pair of floating gate elements, each of the floating gate elements being a chargeable floating gate. , such that the difference in charge on the floating gate determines the current, thereby causing the output signal provided to at least one of the plurality of neuron amplifiers to A synapse, characterized in that the input is multiplied by the difference in charge. 5. At a plurality of synapses in a neural network for accepting a large differential input signal and producing a differential output signal that is a weighted function of said differential input signal: a first output; first and second input field effect elements having drains connected to the differential output line; and third and fourth input field effect elements having drains connected to the second differential output line.
A multiplication device including a field-effect element for input,
The gates of the first and third input field effect elements are connected to a first differential input line, and the gates of the second and fourth input field effect elements are connected to a second differential input line. a multiplication device connected to; said multiplication device further including first, second, third, and fourth pulldown field effect elements, each of said pulldown field effect elements The drains are the first, second, and
The source of each pull-down field effect element is connected to the ground or a similar potential, and the source of each of the first and fourth input field effect elements is connected to the ground or a similar potential. The gate of the pull-down field effect element is connected to a first floating gate element having a chargeable floating gate, and the gates of the second and third pull-down field effect elements are connected to a chargeable floating gate element. a second floating gate element having a gate element, said chargeable floating gate element controlling the current flowing through each said pull-down field effect element such that said differential output signal is , the difference in charge between the floating gate elements of the first and second floating gate elements is multiplied by the differential input signal; and means for charging the floating gate element to a predetermined level. A synapse characterized by comprising: and;
JP1319074A 1988-12-09 1989-12-11 Method and apparatus for bringing bond strength as desired to synapse of neural network Pending JPH0348376A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US283,553 1988-12-09
US07/283,553 US4950917A (en) 1988-07-27 1988-12-09 Semiconductor cell for neural network employing a four-quadrant multiplier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0348376A true JPH0348376A (en) 1991-03-01

Family

ID=23086585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1319074A Pending JPH0348376A (en) 1988-12-09 1989-12-11 Method and apparatus for bringing bond strength as desired to synapse of neural network

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JP (1) JPH0348376A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008070821A (en) * 2006-09-15 2008-03-27 Nagoya Institute Of Technology Analog electronic circuit for active noise control system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008070821A (en) * 2006-09-15 2008-03-27 Nagoya Institute Of Technology Analog electronic circuit for active noise control system

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