JPH0520888A - Active analog memory - Google Patents

Active analog memory

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JPH0520888A
JPH0520888A JP3169814A JP16981491A JPH0520888A JP H0520888 A JPH0520888 A JP H0520888A JP 3169814 A JP3169814 A JP 3169814A JP 16981491 A JP16981491 A JP 16981491A JP H0520888 A JPH0520888 A JP H0520888A
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capacitor
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Abstract

PURPOSE:To solve the problem of charge leak and to downsize the scale of the circuit in an analog memory employing a capacitor element. CONSTITUTION:An integrating means 11 integrates pulse voltage sequentially and outputs an analog integrated voltage. When the integrated voltage of the integrating means 11 exceeds an analog accumulated voltage of a capacitor element Cmem, a comparing means 12 applies the integrated voltage of the integrating means 11 onto the capacitor element Cmem with respect to a switching means 13 and then clears the integrated voltage. The comparing means 12 executes the series of operations within a time shorter than a time during which the accumulated voltage of the capacitor element Cmem decreases by an amount corresponding to the pulse voltage. Alternatively, a plurality of sets of the capacitor element Cmem and the switching means 13 may be connected in parallel with the integrating means 11 and the comparing means 12 so that time division operation takes place. According to the constitution, an active analog memory can be realized with a very simple circuitry.

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、ニューラルネットワー
クなどの構成回路として有用なキャパシタ素子を用いた
アナログメモリに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an analog memory using a capacitor element useful as a constituent circuit of a neural network or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
ニューラルネットワークのハードウェア化が進められて
いる。ニューラルネットワークでは、1つのニューロン
には、一種の入力端子である多数のシナプスを介して、
他の多数のニューロンからの信号が入力される。そし
て、各シナプス入力は、各々独立した重み付けがなされ
た上で、加算される。このような入力形態は、シナプス
結合と呼ばれる。そして、この重み付き加算出力が所定
の関数で変換された出力として、1つのニューロンの出
力が決定される。
2. Description of the Related Art In recent years,
Hardware development of neural networks is in progress. In a neural network, one neuron is connected to a number of synapses, which are a kind of input terminals,
Signals from many other neurons are input. Then, each synapse input is weighted independently and then added. Such an input form is called synaptic connection. Then, the output of one neuron is determined as the output obtained by converting the weighted addition output by a predetermined function.

【0003】ニューロンをハードウエア化するにあたっ
ては、各シナプス結合における各結合重み値を記憶する
ためのメモリ回路が必要となる。ニューラルネットワー
クでは、多数のニューロンにおけるデータ処理が並列か
つリアルタイムで行われなければならない。上述のメモ
リ回路についても、1つのニューロンにつき多数のメモ
リ素子が必要である。しかも、そのようなニューロンが
多数組み合わせられることによってニューラルネットワ
ークが構成されるため、ネットワーク全体では膨大な数
のメモリ素子が必要となる。このような事実から、メモ
リ素子をVLSI化する技術が不可欠となる。
When the neuron is made into hardware, a memory circuit for storing each connection weight value in each synapse connection is required. In a neural network, data processing in many neurons must be performed in parallel and in real time. Also in the above-mentioned memory circuit, a large number of memory elements are required for one neuron. Moreover, since a neural network is constructed by combining a large number of such neurons, a huge number of memory elements are required in the entire network. Due to such a fact, a technique for converting a memory element into VLSI is indispensable.

【0004】上述のメモリ素子の第1の従来例として、
ディジタルメモリ素子がある。この素子は、近年のディ
ジタル回路技術の発展により、集積度が高いものを容易
に実現可能であるという長所を有する。
As a first conventional example of the above memory device,
There is a digital memory device. This element has an advantage that a highly integrated element can be easily realized by the recent development of digital circuit technology.

【0005】しかし、ディジタルメモリ素子は、デコー
ダ回路、読出し回路、書込み回路などを必要とするな
ど、基本的に回路構成が複雑であり、また、入力データ
をディジタル値に変換するためのA/D変換器も必要な
ため、回路規模が増大する。特に、この素子が、ニュー
ラルネットワークのように各ニューロンが複雑かつ動的
にシナプス結合するような回路に適用される場合には、
ある程度以上の集積化が困難であるという問題点を有し
ている。
However, the digital memory device basically has a complicated circuit structure such as a decoder circuit, a read circuit, a write circuit, etc., and an A / D for converting input data into a digital value. Since a converter is also required, the circuit scale increases. In particular, when this element is applied to a circuit in which neurons are complicatedly and dynamically synapse-coupled like a neural network,
It has a problem that it is difficult to integrate it to a certain extent.

【0006】メモリ素子の第2の従来例として、フロー
ティングゲート素子がある。この素子は、一般のMOS
トランジスタの形状と似た構造を有し、内部のフローテ
ィングゲートにパルスが印加されることにより、記憶デ
ータである電荷を長期間にわたって蓄積することが可能
である。
A second conventional example of the memory device is a floating gate device. This element is a general MOS
It has a structure similar to the shape of a transistor, and by applying a pulse to an internal floating gate, it is possible to store electric charge, which is stored data, for a long period of time.

【0007】しかし、フローティングゲート素子は、記
憶データである電荷の書き込みや消去に高電圧パルスが
必要であるため、その高電圧パルスを発生するための専
用の駆動回路が必要である。また、電荷の書き込み特性
は非線形である。これらの事実から、フローティングゲ
ート素子がニューラルネットワークなどに適用された場
合、回路規模が大きくなってしまうという問題点を有し
ている。
However, since the floating gate element requires a high voltage pulse for writing and erasing the electric charge which is stored data, a dedicated drive circuit for generating the high voltage pulse is required. Further, the charge writing characteristic is non-linear. From these facts, there is a problem that the circuit scale becomes large when the floating gate element is applied to a neural network or the like.

【0008】メモリ素子の第3の従来例として、キャパ
シタ素子がある。この素子は、記憶データである電荷を
キャパシタの容量として蓄積する素子である。この素子
は、連続値(アナログ値)を連続時間で読み書き可能で
あるため、前述したフローティングゲート素子ととも
に、アナログメモリと呼ばれる。特に、キャパシタ素子
を用いたアナログメモリは、特別な周辺回路が必要ない
ため、ニューラルネットワークの各シナプス結合を構成
するメモリ回路として有望である。
As a third conventional example of the memory element, there is a capacitor element. This element is an element that stores a charge, which is stored data, as a capacitance of a capacitor. Since this element can read and write continuous values (analog values) in continuous time, it is called an analog memory together with the floating gate element described above. In particular, an analog memory using a capacitor element is promising as a memory circuit that constitutes each synapse connection of a neural network, since no special peripheral circuit is required.

【0009】しかし、キャパシタ素子においては、デー
タを長時間記憶させる場合における電荷のリークが問題
となる。従って、このような電荷のリークを補償し、記
憶データを常にリフレッシュ可能なアナログメモリの実
現が望まれる。以後、このようなリフレッシュ機能を有
するアナログメモリをアクティブアナログメモリと呼ぶ
ことにする。
However, in the capacitor element, leakage of electric charge becomes a problem when data is stored for a long time. Therefore, it is desired to realize an analog memory that compensates for such a leak of electric charge and can always refresh stored data. Hereinafter, the analog memory having such a refresh function will be referred to as an active analog memory.

【0010】アクティブアナログメモリとして一般的に
考えられる構成を図9に示す。図9のアクティブアナロ
グメモリは、A/D変換器91、D/A変換器92、デ
ータである電圧値を記憶するためのキャパシタCmem
びスイッチS1 、S2 により構成される。
A configuration generally considered as an active analog memory is shown in FIG. The active analog memory of FIG. 9 includes an A / D converter 91, a D / A converter 92, a capacitor C mem for storing a voltage value as data, and switches S 1 and S 2 .

【0011】今、キャパシタCmem に予め電圧値が記憶
されているものとすると、スイッチS1 がオンされS2
がオフされることにより、キャパシタCmem に記憶され
ている電圧値がA/D変換器91によってディジタル値
に変換される。
Assuming that the voltage value is stored in advance in the capacitor C mem , the switch S 1 is turned on and S 2 is turned on.
Is turned off, the voltage value stored in the capacitor C mem is converted into a digital value by the A / D converter 91.

【0012】次に、スイッチS2 がオンされS1 がオフ
されることにより、A/D変換器91から出力されたデ
ィジタル値がD/A変換器92によって再びアナログ値
に変換され、キャパシタCmem に書き戻される。
Next, when the switch S 2 is turned on and S 1 is turned off, the digital value output from the A / D converter 91 is converted into an analog value again by the D / A converter 92, and the capacitor C It is written back to mem .

【0013】このとき、上述の連続する2つの動作は、
キャパシタCmemに記憶された電圧値がA/D変換器9
1における1量子化ステップに相当する電圧値の分だけ
減少する時間より短い時間内に行われる。そして、A/
D変換器91は、入力されるアナログ電圧値を、その電
圧値のすぐ上の量子化電圧値に対応するディジタル値に
変換する。
At this time, the above-mentioned two consecutive operations are
The voltage value stored in the capacitor C mem is the A / D converter 9
It is performed within a time period shorter than the time period for which the voltage value corresponding to one quantization step in 1 is decreased. And A /
The D converter 91 converts the input analog voltage value into a digital value corresponding to the quantized voltage value immediately above the voltage value.

【0014】上述の構成により、D/A変換器92から
は常に最初にキャパシタCmem に保持された電圧値と同
じ電圧値が出力されることになり、この電圧値によって
キャパシタCmem における記憶電圧をリフレッシュする
ことができる。
With the above configuration, the D / A converter 92 always outputs the same voltage value as the voltage value initially held in the capacitor C mem , and this voltage value causes the storage voltage in the capacitor C mem . Can be refreshed.

【0015】図9のようなアクティブアナログメモリの
構成に基づいて、複数のアナログ電圧値を同時に記憶可
能なアクティブアナログメモリを構成できる。その構成
を図10に示す。図9と同様のスイッチS2 −キャパシ
タCmem −スイッチS1 という回路構成が、図10の#
1、#2、#3、・・・によって示されるように並列に接続
される構成を有する。そして、これらの回路構成部分が
時分割で動作することにより、各キャパシタCmem にお
いてそれぞれ独立にリフレッシュ動作が行われながら別
々の電圧値が記憶される。
Based on the configuration of the active analog memory as shown in FIG. 9, an active analog memory capable of simultaneously storing a plurality of analog voltage values can be constructed. The structure is shown in FIG. The circuit configuration of switch S 2 -capacitor C mem -switch S 1 similar to that of FIG.
It has a configuration of being connected in parallel as indicated by 1, # 2, # 3, .... Then, by operating these circuit components in a time-division manner, different voltage values are stored in each capacitor C mem while the refresh operation is independently performed.

【0016】しかし、図9又は図10に示されるアクテ
ィブアナログメモリでは、A/D変換器91及びD/A
変換器92としては、マルチビット構成の回路が使用さ
れている。従って、記憶電圧値の精度(ステップ幅)を
高めるためには、量子化ビット数の多い回路が必要とな
り、回路規模が大きくなってしまうという問題点を有し
ている。
However, in the active analog memory shown in FIG. 9 or 10, the A / D converter 91 and the D / A converter are used.
As the converter 92, a multi-bit circuit is used. Therefore, in order to increase the accuracy (step width) of the storage voltage value, a circuit having a large number of quantization bits is required, which causes a problem that the circuit scale becomes large.

【0017】また、量子化ビット数が増加すればするほ
ど、高速動作させることが困難になり、図10のように
時分割で動作させることが可能なキャパシタCmem の数
が制限されてしまうという問題点も有している。
Further, as the number of quantization bits increases, it becomes more difficult to operate at high speed, and the number of capacitors C mem that can be operated in time division is limited as shown in FIG. There are also problems.

【0018】本発明は、キャパシタ素子を用いたアナロ
グメモリにおいて、電荷のリークの問題を解決し、かつ
回路規模の縮小を可能とすることを目的とする。
An object of the present invention is to solve the problem of electric charge leakage and to reduce the circuit scale in an analog memory using a capacitor element.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】図1は、本発明の第1の
原理ブロック図である。本発明は、アナログの記憶デー
タをキャパシタ素子Cmem に電荷として記憶するアナロ
グメモリを前提とする。
FIG. 1 is a block diagram of the first principle of the present invention. The present invention is premised on an analog memory that stores analog stored data in the capacitor element C mem as charges.

【0020】まず、入力されるパルス電圧を順次積分
し、積分された電圧をアナログの積分電圧として出力す
る積分手段11を有する。次に、積分手段11からの積
分電圧を選択的にキャパシタ素子Cmem に印加するMO
Sトランジスタスイッチなどによって構成されるスイッ
チ手段13を有する。
First, there is an integrating means 11 for sequentially integrating the input pulse voltages and outputting the integrated voltage as an analog integrated voltage. Next, MO that selectively applies the integrated voltage from the integrating means 11 to the capacitor element C mem.
It has a switch means 13 composed of an S-transistor switch or the like.

【0021】更に、以下のような一連の動作を実行する
比較手段12を有する。即ち、比較手段12は、まず、
積分手段11からの積分電圧とキャパシタ素子Cmem
蓄積されている電荷に対応するアナログの蓄積電圧とを
比較する。そして、蓄積電圧を積分電圧が上回った場合
に、比較手段12は、スイッチ手段13に対して積分手
段11からの積分電圧をキャパシタ素子Cmemに印加さ
せると共に、積分手段11における積分電圧をクリアす
る。
Further, it has a comparison means 12 for executing the following series of operations. That is, the comparison means 12 first
The integrated voltage from the integrating means 11 is compared with the analog accumulated voltage corresponding to the charges accumulated in the capacitor element C mem . When the integrated voltage exceeds the accumulated voltage, the comparison means 12 causes the switch means 13 to apply the integrated voltage from the integration means 11 to the capacitor element C mem and clears the integrated voltage in the integration means 11. .

【0022】なお、比較手段12は、積分電圧をクリア
するのではなく、積分電圧をキャパシタ素子Cmem の更
新前の蓄積電圧に設定するようにすれば、次回に上記一
連の動作が完了する時間を短縮させることができる。
If the comparing means 12 does not clear the integrated voltage but sets the integrated voltage to the accumulated voltage before the updating of the capacitor element C mem , the time required for completing the above series of operations next time. Can be shortened.

【0023】ここで、比較手段12は、上述の一連の動
作を、キャパシタCmem における蓄積電圧が前述したパ
ルス電圧の値の分だけ減少する時間より短い時間内に実
行する。
Here, the comparison means 12 executes the series of operations described above within a time period shorter than the time period during which the accumulated voltage in the capacitor C mem is reduced by the above-mentioned pulse voltage value.

【0024】次に、図2は、本発明の第2の原理ブロッ
ク図である。この構成は、図1の構成を基本として、キ
ャパシタ素子Cmem とスイッチ手段13とからなる#1〜
#Nの構成部分が、積分手段11及び比較手段12に対し
て複数組並列に接続される構成を有する。
Next, FIG. 2 is a block diagram of the second principle of the present invention. This configuration is based on the configuration of FIG. 1 and is composed of a capacitor element C mem and a switch means # 1 to # 1.
A plurality of sets of #N components are connected in parallel to the integrating means 11 and the comparing means 12.

【0025】そして、比較手段12は、前述したような
一連の動作を、比較手段12及び積分手段11と#1〜#N
の各構成部分との接続を順次時分割で切り替えながら実
行する。具体的には、#1〜#Nの各キャパシタ素子Cmem
と比較手段12との間にそれぞれMOSトランジスタス
イッチなどによって構成されるスイッチ手段14が設け
られる。そして、比較手段12が、このスイッチ手段1
4及び前述したスイッチ手段13を時分割で切り替えな
がら、上述の#1〜#Nの各構成部分に対して前述した一連
の動作、即ち、各キャパシタ素子Cmem に対するリフレ
ッシュ動作を実行する。
Then, the comparison means 12 performs the series of operations described above by comparing the comparison means 12 and the integration means 11 with # 1 to #N.
The connection with each component is sequentially switched in a time division manner. Specifically, each capacitor element C mem of # 1 to #N
A switch means 14 constituted by a MOS transistor switch or the like is provided between each of them and the comparison means 12. Then, the comparison means 12 uses the switch means 1
4 and the switching means 13 described above are switched in a time division manner, and the series of operations described above, that is, the refresh operation for each capacitor element C mem , is executed for each of the above-mentioned components # 1 to #N.

【0026】[0026]

【作用】図1又は図2において、積分手段11は図9又
は図10の従来例におけるD/A変換器92に対応し、
比較手段12はA/D変換器91に対応するが、積分手
段11及び比較手段12は、マルチビットのD/A変換
器92及びA/D変換器91に比較して、非常に簡単な
回路構成で実現することができる。従って、小さな回路
規模で、アクティブアナログメモリを構成できる。
1 or 2, the integrating means 11 corresponds to the D / A converter 92 in the conventional example of FIG. 9 or 10.
The comparing means 12 corresponds to the A / D converter 91, but the integrating means 11 and the comparing means 12 are very simple circuits as compared with the multi-bit D / A converter 92 and the A / D converter 91. It can be realized with a configuration. Therefore, an active analog memory can be configured with a small circuit scale.

【0027】特に、図2のような時分割で動作する回路
構成が採用されることによって、複数のアナログ電圧値
を同時に記憶可能なアクティブアナログメモリを構成で
き、例えばニューラルネットワークの各シナプス結合を
構成するメモリ回路として実現することが可能となる。
この場合、積分手段11と比較手段12は、#1〜#Nの複
数のキャパシタ素子Cmem に対して1組用意されればよ
いため、集積化も容易である。
In particular, by adopting a circuit configuration that operates in a time-sharing manner as shown in FIG. 2, an active analog memory capable of simultaneously storing a plurality of analog voltage values can be configured, and for example, each synapse connection of a neural network is configured. It can be realized as a memory circuit.
In this case, one set of integrating means 11 and comparing means 12 may be prepared for each of the plurality of capacitor elements C mem of # 1 to #N, and therefore integration is easy.

【0028】また、キャパシタ素子Cmem の記憶電圧値
の精度(ステップ幅)を高めるためには、パルス電圧の
値を小さくし積分手段11での積分速度を速くする必要
があるが、キャパシタ素子Cmem の電荷のリーク速度は
常温状態でも1日〜数日程度であるため、図2のような
時分割構成が採用されたとしても、簡単な回路構成のま
まで十分に対応可能である。
Further, in order to increase the accuracy (step width) of the storage voltage value of the capacitor element C mem , it is necessary to reduce the value of the pulse voltage and increase the integration speed of the integrating means 11, but the capacitor element C Since the charge leakage speed of mem is about one day to several days even at room temperature, even if the time-divisional configuration shown in FIG. 2 is adopted, a simple circuit configuration is sufficient.

【0029】逆にいえば、本発明では、時分割処理によ
って並列してリフレッシュ処理されるキャパシタ素子C
mem の数をかなり大きな数まで増やすことができ、大規
模なニューラルネットワークなどに適用することが可能
になる。
Conversely, according to the present invention, the capacitor element C which is refreshed in parallel by the time division processing is used.
The number of mem can be increased to a considerably large number, and it can be applied to large-scale neural networks.

【0030】[0030]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
つき詳細に説明する。第1の実施例 図3は、本発明の第1の実施例の構成図である。本実施
例は、図1の本発明の第1の原理に対応し、時分割数が
1の場合の回路構成である。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. First Embodiment FIG. 3 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention. The present embodiment corresponds to the first principle of the present invention in FIG. 1 and has a circuit configuration when the number of time divisions is one.

【0031】同図で、破線31で囲まれた部分が図1の
積分手段11に概略対応し、アナログ回路により構成さ
れる。また、破線32で囲まれた部分が図1の比較手段
12に概略対応し、ディジタル回路を中心として構成さ
れる。キャパシタCmem は、図1と同様に、目的とする
アナログデータ(電圧値)を記憶する。
In the figure, a portion surrounded by a broken line 31 roughly corresponds to the integrating means 11 in FIG. 1 and is constituted by an analog circuit. Further, a portion surrounded by a broken line 32 roughly corresponds to the comparing means 12 of FIG. 1, and is configured by a digital circuit as a center. The capacitor C mem stores target analog data (voltage value) as in FIG. 1.

【0032】まず、破線部31の積分回路では、定電流
源33からの定電流IがクロックΦによりキャパシタC
int に供給され、この結果、キャパシタCint の接地端
子と逆の端子側に積分電圧Vint が得られる。
First, in the integrating circuit of the broken line portion 31, the constant current I from the constant current source 33 is supplied to the capacitor C by the clock Φ.
is supplied to int , and as a result, an integrated voltage V int is obtained at the terminal side of the capacitor C int opposite to the ground terminal.

【0033】ここで、積分電圧Vint の電圧値をV、キ
ャパシタCint の容量をC、蓄積電荷をQ、単位電流を
iとすれば、
Here, when the voltage value of the integrated voltage V int is V, the capacitance of the capacitor C int is C, the accumulated charge is Q, and the unit current is i,

【0034】[0034]

【数1】V=Q/C[Equation 1] V = Q / C

【0035】[0035]

【数2】Q=∫idt と表現でき、数1式と数2式より、[Equation 2] Q = ∫idt Can be expressed as

【0036】[0036]

【数3】V=(1/C)・∫idt と表現できる。[Equation 3] V = (1 / C) · ∫idt Can be expressed as

【0037】ここで、Iは一定電流であるため、微小時
間Δtの間に積分電圧Vint がステップ電圧幅ΔVだけ
変化したとすると、数3式より、
Since I is a constant current, assuming that the integrated voltage V int changes by the step voltage width ΔV during the minute time Δt, the following formula 3 is obtained.

【0038】[0038]

【数4】ΔV=(I/C)・Δt と表現できる。即ち、クロックΦがスイッチSP をオン
にする微小時間Δtの間に、積分電圧Vint の電圧値V
は、図4に示されるように、ステップ電圧幅ΔVだけ変
化する。
[Expression 4] ΔV = (I / C) · Δt That is, the voltage value V of the integrated voltage V int during the minute time Δt when the clock Φ turns on the switch S P.
Changes by the step voltage width ΔV as shown in FIG.

【0039】今、キャパシタCmem に予め任意の蓄積電
圧Vmem が記憶されているとし、キャパシタCint には
始めは電荷は蓄積されていないとすれば、図5に示され
るようなクロックΦに基づいてスイッチSP が周期的に
オン/オフされることによって、積分電圧Vint は、図
5に示されるように、クロックΦに同期して、接地レベ
ルからステップ電圧幅ΔVずつ階段状に増加してゆく。
Now, assuming that an arbitrary storage voltage V mem is stored in advance in the capacitor C mem and no charge is initially stored in the capacitor C int , the clock Φ as shown in FIG. As a result of the switch S P being periodically turned on / off based on this, the integrated voltage V int increases stepwise from the ground level by a step voltage width ΔV in synchronization with the clock Φ, as shown in FIG. Do it.

【0040】ここで、キャパシタCmem に蓄積されてい
る電荷は、既に説明したように、所定の時定数に基づい
てリークしてゆき、それに伴って蓄積電圧Vmem は図5
のように少しずつ減少してゆく。
Here, as described above, the electric charge accumulated in the capacitor C mem leaks based on a predetermined time constant, and accordingly, the accumulated voltage V mem is shown in FIG.
It gradually decreases like.

【0041】このような状態で、或る時点t1 におい
て、積分電圧Vint が蓄積電圧Vmem を越えると、図3
の比較器34の比較出力Cout は、図5に示されるよう
にハイレベルになる。
In such a state, when the integrated voltage V int exceeds the accumulated voltage V mem at a certain time t 1 , if the integrated voltage V int exceeds the accumulated voltage V mem , as shown in FIG.
The comparison output C out of the comparator 34 becomes the high level as shown in FIG.

【0042】この比較出力Cout は、クロックΦがハイ
レベルからローレベルに変化するタイミングでラッチ3
5に保持される。そして、ラッチ35は、比較出力C
out の保持と同時にスイッチSH を図5のようにオンす
る。この結果、積分電圧Vint が加算器36により1ス
テップ電圧幅ΔV分だけ増加させられた電圧値がキャパ
シタCmem に印加され、蓄積電圧Vmem としては、ステ
ップ電圧幅ΔVの誤差の範囲内で始めに記憶された電圧
値が保持される。
This comparison output C out is latched at the timing when the clock Φ changes from the high level to the low level.
Held at 5. The latch 35 then outputs the comparison output C
At the same time as holding out, the switch S H is turned on as shown in FIG. As a result, a voltage value obtained by increasing the integrated voltage V int by one step voltage width ΔV by the adder 36 is applied to the capacitor C mem , and the accumulated voltage V mem falls within the error range of the step voltage width ΔV. The initially stored voltage value is retained.

【0043】また、ラッチ35は、比較出力Cout を保
持したタイミングからクロックΦの半周期だけ遅れたタ
イミングで、図5に示されるように、スイッチSH をオ
フすると共にスイッチSR をオンする。この結果、キャ
パシタCint に蓄積された電荷がスイッチSR を介して
放電され、積分電圧Vint は図5のように接地レベルに
戻されてクリアされ、比較出力Cout もハイレベルから
ローレベルに戻る。
Further, the latch 35 turns off the switch S H and turns on the switch S R at a timing delayed by a half cycle of the clock Φ from the timing at which the comparison output C out is held, as shown in FIG. . As a result, the electric charge accumulated in the capacitor C int is discharged through the switch S R , the integrated voltage V int is returned to the ground level and cleared as shown in FIG. 5, and the comparison output C out is also changed from the high level to the low level. Return to.

【0044】以上のような動作が繰り返されることによ
り、キャパシタCmem における蓄積電圧Vmem が保持さ
れる。ここで、蓄積電圧Vmem がそれが最初にキャパシ
タCmem に記憶されたときの電圧値に保持されるために
は、蓄積電圧Vmem がステップ電圧幅ΔVの分だけ減少
する時間より短い時間内に、積分電圧Vint が蓄積電圧
mem を越える必要がある。従って、このような条件が
満たされるように、クロックΦの速度即ち積分速度など
が実験的に定められる。
[0044] By the above operation is repeated, the accumulated voltage V mem in the capacitor C mem is maintained. In order to accumulate voltage V mem it is held at a voltage value when stored in the first capacitor C mem is reserved voltage V mem is divided by the shorter time to decrease the time step voltage range ΔV In addition, the integrated voltage V int needs to exceed the accumulated voltage V mem . Therefore, the speed of the clock Φ, that is, the integration speed is experimentally determined so that such a condition is satisfied.

【0045】図6は、図3の定電流源33の回路構成図
である。この回路は、オペアンプOPと3つのトランジ
スタQ1 、Q2 、Q3から構成され、2つのPNPトラ
ンジスタQ2 とQ3 によってカレントミラー回路が形成
されている。この構成により、吐き出し型の電流源が実
現される。第2の実施例 次に、図7は、本発明の第2の実施例の構成図である。
本実施例は、図2の本発明の第2の原理に対応し、時分
割数が10の場合の回路構成である。
FIG. 6 is a circuit diagram of the constant current source 33 shown in FIG. This circuit is composed of an operational amplifier OP and three transistors Q 1 , Q 2 and Q 3 , and two PNP transistors Q 2 and Q 3 form a current mirror circuit. With this configuration, a discharge type current source is realized. Second Embodiment Next, FIG. 7 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.
The present embodiment corresponds to the second principle of the present invention in FIG. 2 and has a circuit configuration when the number of time divisions is 10.

【0046】図7において、図3と同じ番号が付された
部分は、同じ機能を有する。まず、破線32で囲まれた
部分は、図3の場合より具体的に示されている。即ち、
図3のラッチ35に対応する部分が、2つ縦続に接続さ
れたシュミットトリガ回路部72、2つ縦続に接続され
たDフリップフロップFF1、FF2、並びに2つのア
ンド回路AND1、AND2である。
In FIG. 7, the parts with the same numbers as in FIG. 3 have the same functions. First, the portion surrounded by the broken line 32 is shown more specifically than in the case of FIG. That is,
A portion corresponding to the latch 35 in FIG. 3 is a Schmitt trigger circuit unit 72 connected in two cascades, D flip-flops FF1 and FF2 connected in two cascades, and two AND circuits AND1 and AND2.

【0047】この部分では、まず、比較器34の比較出
力Cout がハイレベルとなると、その信号がシュミット
トリガ回路部72によって波形整形された後、Dフリッ
プフロップFF1に一旦保持され、更に、クロックΦの
反転クロックに同期したタイミング、即ち第1の実施例
で説明したように、クロックΦがハイレベルからローレ
ベルに変化するタイミングでDフリップフロップFF2
にラッチされる。
In this portion, first, when the comparison output C out of the comparator 34 becomes a high level, the signal is waveform-shaped by the Schmitt trigger circuit section 72, and then once held in the D flip-flop FF1, and further the clock signal is output. At the timing synchronized with the inverted clock of Φ, that is, the timing when the clock Φ changes from the high level to the low level as described in the first embodiment, the D flip-flop FF2.
Latched on.

【0048】そして、第1の実施例で説明したように、
DフリップフロップFF2のラッチ出力は、クロックΦ
の反転クロックに同期してオンとなるアンド回路AND
1を介して、スイッチSH をクロックΦの半周期分だけ
オンする(図5参照)。
Then, as described in the first embodiment,
The latch output of the D flip-flop FF2 is the clock Φ.
AND circuit AND that turns on in synchronization with the inverted clock of
The switch S H is turned on for a half cycle of the clock Φ via 1 (see FIG. 5).

【0049】また、第1の実施例で説明したように、上
記DフリップフロップFF2の出力は、クロックΦに同
期してオンとなるアンド回路AND2を介して、上記ス
イッチSH をオンしたタイミングからクロックΦの半周
期だけ遅れたタイミングで、スイッチSR をクロックΦ
の半周期分だけオンし、同時にDフリップフロップFF
1をリセットする。
As described in the first embodiment, the output of the D flip-flop FF2 is turned on in synchronization with the clock Φ from the timing when the switch S H is turned on via the AND circuit AND2. Switch S R is clock Φ at the timing delayed by a half cycle of clock Φ.
Is turned on for half a cycle, and at the same time, D flip-flop FF
Reset 1

【0050】ここまでの動作は、実質的に第1の実施例
の場合と同様であるが、図7の第2の実施例の構成が図
3の第1の実施例の構成と異なるのは、キャパシタC
mem が#1〜#10 に示されるように複数個設けられ、これ
を動作させるための破線71で示される時分割制御用の
回路とS1 〜S10の10個のスイッチが設けられている
点である。
The operation up to this point is substantially the same as that of the first embodiment, but the configuration of the second embodiment of FIG. 7 is different from that of the first embodiment of FIG. , Capacitor C
mem is provided with a plurality as shown in # 1 to # 10, 10 of the switch circuits and S 1 to S 10 for time division control shown by the dashed line 71 for this to work is provided It is a point.

【0051】破線71の部分は、10進カウンタ73、
インバータINV及び#1〜#10 の10個のアンド回路A
ND3によって構成される。始めに、10進カウンタ7
3の出力Q1 がハイレベルになっており、この出力は、
図8に示されるように、#1のアンド回路AND3を介し
てスイッチS1 のみをオンする。この結果、比較器34
においては、#1のキャパシタCmem の蓄積電圧V
mem が、階段状に順次増加する積分電圧Vint と比較さ
れる。そして、積分電圧Vint が#1の蓄積電圧Vmem
越えた時点で、前述したようにしてスイッチSH がオン
され、#1のキャパシタCmem がリフレッシュされる。ま
た、積分電圧Vint は、スイッチSR を介して接地レベ
ルに戻される。なお、スイッチSRがオンとなっている
間は、インバータINVによって#1のアンド回路AND
3がオフされ、スイッチS1 はオフされる。
The part indicated by the broken line 71 is a decimal counter 73,
Inverter INV and 10 AND circuits A of # 1 to # 10
It is composed of ND3. First, the decimal counter 7
The output Q 1 of 3 is high level, and this output is
As shown in FIG. 8, only the switch S 1 is turned on via the # 1 AND circuit AND3. As a result, the comparator 34
, The storage voltage V of the capacitor C mem of # 1
mem is compared with the integrated voltage V int that increases stepwise. Then, when the integrated voltage V int exceeds the accumulated voltage V mem of # 1, the switch SH is turned on as described above, and the capacitor C mem of # 1 is refreshed. Further, the integrated voltage V int is returned to the ground level via the switch S R. It should be noted that while the switch S R is on, the inverter INV drives the AND circuit AND of # 1.
3 is turned off and the switch S 1 is turned off.

【0052】このとき、スイッチSR がオンとなるタイ
ミング、即ち、アンド回路AND2の出力がハイレベル
となるタイミングで、10進カウンタ73がカウントア
ップされる。従って、次のタイミングでは、10進カウ
ンタ73の出力Q2 がハイレベルになり、この出力が、
図8に示されるように、#2のアンド回路AND3を介し
てスイッチS2 のみをオンする。この結果、上述の動作
と同様にして、比較器34では、#2のキャパシタCmem
の蓄積電圧Vmem が、階段状に順次増加する積分電圧V
int と比較されることにより、#2のキャパシタCmem
対するリフレッシュ動作が行われる。
At this time, the decimal counter 73 is incremented at the timing when the switch S R is turned on, that is, when the output of the AND circuit AND2 becomes high level. Therefore, at the next timing, the output Q 2 of the decimal counter 73 becomes high level, and this output becomes
As shown in FIG. 8, only the switch S 2 is turned on via the AND circuit AND3 of # 2. As a result, in the comparator 34, the capacitor C mem of the # 2 is similar to the above-described operation.
The integrated voltage V mem of the integrated voltage V mem
By comparing with int , the refresh operation is performed on the capacitor C mem of # 2.

【0053】以上のようにして、#1〜#10 の10個のキ
ャパシタCmem に対して、時分割でリフレッシュ動作が
行われる。他の実施例 以上の実施例では、積分電圧Vint がキャパシタCmem
の蓄積電圧Vmem を越える毎に積分電圧Vint がクリア
されたが、積分電圧Vint が更新前の蓄積電圧Vmem
設定されるような構成を採用すれば、各リフレッシュ動
作の時間を短縮させることができる。そのためには、例
えばキャパシタCmem の出力をキャパシタCint へ入力
させるようなブリッジ構成を設ければよい。
As described above, the refresh operation is time-divisionally performed on the ten capacitors C mem of # 1 to # 10. Other Embodiments In the above embodiments, the integrated voltage V int is equal to the capacitor C mem.
The integrated voltage V int is cleared every time the accumulated voltage V mem of the above is exceeded, but if a configuration is adopted in which the integrated voltage V int is set to the accumulated voltage V mem before updating, the time of each refresh operation is shortened. Can be made. For that purpose, for example, a bridge configuration for inputting the output of the capacitor C mem to the capacitor C int may be provided.

【0054】なお、破線31の積分回路の部分は、定電
流源による構成以外の構成を採用することも可能であ
る。また、本発明によるアクティブアナログメモリは、
ニューラルネットワークのメモリ回路以外にも適用可能
であることは勿論である。
The portion of the integrator circuit indicated by the broken line 31 may have a configuration other than that of the constant current source. Further, the active analog memory according to the present invention is
Needless to say, the present invention can be applied to other than the memory circuit of the neural network.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明によれば、アクティブアナログメ
モリを、マルチビットのD/A変換器及びA/D変換器
を使用する従来の回路構成に比較して、非常に簡単な回
路構成で実現することが可能となる。
According to the present invention, an active analog memory is realized with a very simple circuit configuration as compared with the conventional circuit configuration using a multi-bit D / A converter and an A / D converter. It becomes possible to do.

【0056】特に、時分割で動作する回路構成が採用さ
れることによって、複数のアナログ電圧値を同時に記憶
可能なアクティブアナログメモリを構成でき、例えばニ
ューラルネットワークの各シナプス結合を構成するメモ
リ回路に適用することが可能となる。この場合、積分手
段と比較手段は、複数のキャパシタ素子に対して1組用
意されればよいため、集積化も容易である。
In particular, by adopting a circuit configuration that operates in a time-division manner, an active analog memory capable of simultaneously storing a plurality of analog voltage values can be configured, and is applied to a memory circuit that configures each synapse connection of a neural network, for example. It becomes possible to do. In this case, one set of integrating means and comparing means may be prepared for a plurality of capacitor elements, and therefore integration is easy.

【0057】また、キャパシタ素子の記憶電圧値の精度
(ステップ幅)を高めるためには、パルス電圧の値を小
さくし積分手段での積分速度を速くする必要があるが、
キャパシタ素子の電荷のリーク速度は常温状態でも1日
〜数日程度であるため、時分割構成が採用されたとして
も、簡単な回路構成のままで十分に対応することが可能
である。
Further, in order to increase the accuracy (step width) of the storage voltage value of the capacitor element, it is necessary to reduce the value of the pulse voltage and increase the integration speed of the integration means.
Since the leak rate of charges of the capacitor element is about one day to several days even at room temperature, even if the time division structure is adopted, it is possible to sufficiently cope with the simple circuit structure.

【0058】その結果、本発明によれば、時分割処理に
よって並列してリフレッシュ処理されるキャパシタ素子
の数をかなり大きな数まで増やすことができ、大規模な
ニューラルネットワークなどに対応することが可能にな
る。
As a result, according to the present invention, it is possible to increase the number of capacitor elements to be refresh-processed in parallel by the time-division processing to a considerably large number, and to cope with a large-scale neural network or the like. Become.

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

【図1】本発明の第1の原理ブロック図である。FIG. 1 is a first principle block diagram of the present invention.

【図2】本発明の第2の原理ブロック図である。FIG. 2 is a second principle block diagram of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.

【図4】積分動作の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of an integration operation.

【図5】第1の実施例の動作タイミングチャートであ
る。
FIG. 5 is an operation timing chart of the first embodiment.

【図6】定電流源の回路構成図である。FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a constant current source.

【図7】本発明の第2の実施例の構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.

【図8】第2の実施例の動作タイミングチャートであ
る。
FIG. 8 is an operation timing chart of the second embodiment.

【図9】アクティブアナログメモリの第1の従来例の原
理構成図である。
FIG. 9 is a principle configuration diagram of a first conventional example of an active analog memory.

【図10】アクティブアナログメモリの第2の従来例の
原理構成図である。
FIG. 10 is a principle configuration diagram of a second conventional example of an active analog memory.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 積分手段 12 比較手段 13、14 スイッチ手段 Cmem キャパシタ11 Integrating Means 12 Comparing Means 13, 14 Switching Means C mem Capacitor

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アナログの記憶データをキャパシタ素子
(Cmem )に電荷として記憶するアナログメモリにおい
て、 入力されるパルス電圧を順次積分し、該積分された電圧
をアナログの積分電圧として出力する積分手段(11)
と、 該積分手段からの積分電圧を選択的に前記キャパシタ素
子(Cmem )に印加するスイッチ手段(13)と、 前記積分手段(11)からの積分電圧と前記キャパシタ
素子(Cmem )に蓄積されている電荷に対応するアナロ
グの蓄積電圧とを比較して、該蓄積電圧を前記積分電圧
が上回った場合に、前記スイッチ手段(13)に対して
前記積分手段(11)からの積分電圧を前記キャパシタ
素子(Cmem )に印加させると共に、前記積分手段(1
1)における積分電圧をクリアする一連の動作を、前記
キャパシタ(Cmem )における蓄積電圧が前記パルス電
圧の値の分だけ減少する時間より短い時間内に実行する
比較手段(12)と、 を有することを特徴とするアクティブアナログメモリ。
1. An analog memory for storing analog stored data as a charge in a capacitor element (C mem ), which sequentially integrates input pulse voltages and outputs the integrated voltage as an analog integrated voltage. (11)
A switch means (13) for selectively applying the integrated voltage from the integrating means to the capacitor element (C mem ); and the integrated voltage from the integrating means (11) and the storage in the capacitor element (C mem ). The integrated voltage corresponding to the stored electric charge is compared, and when the integrated voltage exceeds the accumulated voltage, the integrated voltage from the integrating means (11) is applied to the switch means (13). The voltage is applied to the capacitor element (C mem ) and the integration means (1
Comparing means (12) for executing a series of operations for clearing the integrated voltage in 1) within a time shorter than a time in which the stored voltage in the capacitor (C mem ) is reduced by the value of the pulse voltage. An active analog memory characterized in that.
【請求項2】 アナログの記憶データをキャパシタ素子
(Cmem )に電荷として記憶するアナログメモリにおい
て、 入力されるパルス電圧を順次積分し、該積分された電圧
をアナログの積分電圧として出力する積分手段(11)
と、 該積分手段からの積分電圧を選択的に前記キャパシタ素
子(Cmem )に印加するスイッチ手段(13)と、 前記積分手段(11)からの積分電圧と前記キャパシタ
素子(Cmem )に蓄積されている電荷に対応するアナロ
グの蓄積電圧とを比較して、該蓄積電圧を前記積分電圧
が上回った場合に、前記スイッチ手段(13)に対して
前記積分手段(11)からの積分電圧を前記キャパシタ
素子(Cmem )に印加させると共に、前記積分手段(1
1)における積分電圧を前記キャパシタ素子(Cmem
の更新前の蓄積電圧に設定する一連の動作を、前記キャ
パシタ(Cmem )における蓄積電圧が前記パルス電圧の
値の分だけ減少する時間より短い時間内に実行する比較
手段(12)と、 を有することを特徴とするアクティブアナログメモリ。
2. An analog memory for storing analog stored data in a capacitor element (C mem ) as electric charges, and integrating means for sequentially integrating pulse voltages that are input and outputting the integrated voltage as an analog integrated voltage. (11)
A switch means (13) for selectively applying the integrated voltage from the integrating means to the capacitor element (C mem ); and the integrated voltage from the integrating means (11) and the storage in the capacitor element (C mem ). The integrated voltage corresponding to the stored electric charge is compared, and when the integrated voltage exceeds the accumulated voltage, the integrated voltage from the integrating means (11) is applied to the switch means (13). The voltage is applied to the capacitor element (C mem ) and the integration means (1
The integrated voltage in 1) is converted into the capacitor element (C mem )
Comparing means (12) for executing a series of operations for setting the storage voltage before update of the above in a time shorter than the time when the storage voltage in the capacitor (C mem ) decreases by the value of the pulse voltage. An active analog memory having.
【請求項3】 前記キャパシタ素子(Cmem )と前記ス
イッチ手段(13)とからなる構成部分(#1〜#N)が前
記積分手段(11)及び前記比較手段(12)に対して
複数組並列に接続される構成を有し、 前記比較手段(12)は、前記一連の動作を、該比較手
段及び前記積分手段(11)と前記各構成部分(#1〜#
N)との接続を順次時分割で切り替えながら実行する、 ことを特徴とするアクティブアナログメモリ。
3. A plurality of sets of constituent parts (# 1 to #N) composed of the capacitor element (C mem ) and the switch means (13) for the integration means (11) and the comparison means (12). The comparison means (12) is configured to be connected in parallel, and the comparison means (12) performs the series of operations by the comparison means and the integration means (11) and the respective constituent parts (# 1 to #
N) The active analog memory is characterized in that the connection with N) is executed sequentially while switching in time division.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5717624A (en) * 1995-11-01 1998-02-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Analog memory circuit and method for recording analog signal

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5717624A (en) * 1995-11-01 1998-02-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Analog memory circuit and method for recording analog signal

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