JPH05225364A - 可変抵抗型mosfetアナログ乗算器 - Google Patents

可変抵抗型mosfetアナログ乗算器

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JPH05225364A
JPH05225364A JP4292339A JP29233992A JPH05225364A JP H05225364 A JPH05225364 A JP H05225364A JP 4292339 A JP4292339 A JP 4292339A JP 29233992 A JP29233992 A JP 29233992A JP H05225364 A JPH05225364 A JP H05225364A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度な乗算機能を実現する可変抵抗型MO
SFETアナログ乗算器を提供する。 【構成】 MOSFET Q1のソース端子とMOSF
ET Q2のドレイン端子とを接続し、MOSFET
Q2のゲート端子とソース端子とを接続することによ
り、可変抵抗型MOSFET線形手段20は入力電圧V
1とV2の積に比例した電流を出力し、演算増幅部10
はこの電流を増幅し、入力電圧V1とV2の積に比例し
た出力電圧VO を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は可変抵抗型MOSFET
アナログ乗算器に関するもので、特に、MOSFETの
非線形電流が除去されるように、2個のMOSFETが
結合構成された可変抵抗型MOSFET線形手段をアナ
ログ乗算器に適用して、正確度を大きく改善させた可変
抵抗型MOSFETアナログ乗算器に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】最近、VLSI技術が発達することによ
って、デジタルシステムだけでなくアナログシステムも
集積化することが必要となった。これはデジタル技術が
もはやコンピュータのように局限された分野にだけ使用
されるのではなく、遠隔地間の通信方式とか使用者の接
続部の人間化あるいは神経網の具現という新たな分野等
に、総合的適用が要求されるためである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のような背景か
ら、古典的な意味の演算という側面と実際の外部との接
続あるいは模擬具現という側面から既存のVLSI技術
の使用のデジタル回路あるいはシステムの限界が表れて
いる。これは既存のVLSI技術ですべての信号処理過
程の基本になる乗算機能の具現において、所要チップ面
積の著しい増加と同期式動作による速度の制限という問
題点が生じるためである。一方、現在までのアナログ集
積回路方式は、制限された精密度と設計の難易度のため
に、一般的にVLSI化が難しいという問題点がある。
【0004】したがって、本発明はデジタルシステム具
現に有利な既存のVLSI技術と新たなアナログ集積回
路で高い精密度の乗算演算機能をともに提供して、新た
に要求される総合的適用分野に存在する従来の問題点を
解決することができる可変抵抗型MOSFETアナログ
乗算器を提供することにその目的がある。
【0005】本発明の他の目的は、神経網の具現に効果
的なアナログデジタル混合(Hybrid)形の人工神
経環(Synapse)を提供して次世代コンピュータ
の具現が可能であるようにすることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の可変抵抗型MO
SFETアナログ乗算器は対称形入力電圧によって全体
の電流を線形的に変化させるため可変抵抗型MOSFE
T線形手段と、可変抵抗型MOSFET線形手段から自
体の反転入力端子に接続されるが自体の非反転入力端子
は接地される演算増幅器および、この演算増幅器の反転
入力端子および出力端子間に接続される帰還素子で構成
される演算増幅手段とを備える。
【0007】
【実施例】以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に
説明することにする。
【0008】図1(a)はMOSFETのシンボルを、
図1(b)はMOSFETの非飽和領域での等価モデル
を各々示すが、抵抗性領域でのドレイン電流特性は、 I=−(COX・W・μ・Vds 2 )/(2・2・L)…(1) となり、 R=1/{(COX・W・μ)/L・(Vgs−Vt )}…(2) となる。
【0009】ここで、μは多数キャリアの移動度、COX
は単位面積当りのゲートキャパスタンス、Lはチャンネ
ルの長さ、Wはチャンネルの幅(Lに垂直方向)、Vds
はドレインおよびソース端子間の電圧、Vgsはゲートお
よびソース端子間の電圧、V t は限界電圧である。
【0010】図2は本発明の基本構成図で前記の式
(1)で非線形電流を除去するため同一な特性の2個の
MOSFET(デプレッション形である)を結合構成す
るがMOSFET Q1のソース端子およびMOSFE
T Q2のドレイン端子を互いに接続し、MOSFET
Q2のゲート端子は自体のソース端子と接続されたま
ま演算入力用の電圧−V2の電圧源に接続される。ま
た、MOSFET Q1のドレイン端子は演算入力用の
電圧V2の電圧源に接続され、そのゲート端子は演算入
力用の電圧V1の電圧源に接続されてMOSFET Q
1のソース端子およびMOSFET Q2のドレイン端
子の接続点から電流Iが流れるように構成されるが、こ
こで電圧V2の電圧源および電圧−V2の電圧源は互い
に対称入力を提供する。以上からMOSFET Q1お
よびMOSFET Q2の電圧−電流特性は次のとおり
である。
【0011】MOSFET Q1の電圧−電流関係は、 I1=(COX・W・μ)/L・{(Vgs−Vt )・Vds−Vds 2 /2}…(3 ) になり、MOSFET Q2の電圧−電流関係は、 I2=(COX・W・μ)/L・{(−Vt )・Vds−Vds 2 /2}…(4) となる。
【0012】それで、最終電流−電圧関係は、 I=I1−I2=(COX・W・μ)/L・(Vgs・Vds) =a・Vgs・Vds…(5) となる。
【0013】ただし、a=(COX・W・μ)/Lであ
る。したがって、上記第2次項が除去される。
【0014】図3は本発明による可変抵抗型MOSFE
Tアナログ乗算器の構成図で、可変抵抗型MOSFET
線形手段20のMOSFET Q1のゲート端子は電圧
V1の供給電圧源に接続され、ドレイン端子は電圧V2
の供給電圧源に接続される。また、自体のゲートおよび
ソース端子が互いに接続されたMOSFET Q2のソ
ース端子は電圧−V2の供給電圧源に接続され、ドレイ
ン端子はMOSFETQ1のソース端子とノードAで接
続され、演算増幅部10の演算増幅器Uの反転入力端子
に接続される。この演算増幅器Uの非反転入力端子は接
地され、出力端子は帰還素子Zを通じて自体の反転入力
端子に接続構成されるが、その動作説明は次のとおりで
ある。
【0015】MOSFET Q1およびMOSFET
Q2を流れる各々の電流I1、I2および帰還素子Zか
ら得られる出力電圧VO は入力電圧V1(Vgs)とV2
(V ds)の積に比例する値で表わされる。このような乗
算演算機能は従来とは異なるMOSFETの一次線形関
係を利用して簡単で新たな回路で正確な演算結果を得る
ことができる。
【0016】図4は本発明の第1の実施例で、図3の状
態から可変抵抗型MOSFET線形手段20のノードA
および演算増幅部10の演算増幅器Uの反転入力端子間
にゲート端子から神経状態の信号が入力されるMOSF
ET Q3を接続して、可変抵抗型MOSFET線形手
段20の入力中のV2を一定のレベルに固定させて入力
V1が神経網のSynapse weightの役割を
するようにし、帰還キャパスタ(図示省略)で神経状態
を電気的に蓄積させるハイブリッド神経網環の基本構造
を実現するための回路図である。
【0017】図5は本発明の第2の実施例で、図3の可
変抵抗型MOSFET線形手段20の電圧V2および電
圧−V2の入力端子にMOSFET Q4およびMOS
FET Q5を各々従属接続させ、それらの各ゲート端
子を互いに接続させ神経状態が入力できるようにして、
入力がない場合、MOSFET Q1およびMOSFE
T Q2で消費する消費電流を除去することができて高
集積化時に電力消費を極小化させるための神経環の他の
具現回路である。
【0018】
【発明の効果】上述のように本発明によるとMOSFE
Tの1次線形関係を利用して簡単で正確な演算結果を得
ることができ、また少ない数のMOSFET素子により
完全な非同期式の高速動作が可能な神経環回路の具現が
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)はMOSFETの基本図、(b)はMO
SFETの非飽和領域での等価モデル図である。
【図2】本発明の基本構成図である。
【図3】本発明による可変抵抗型MOSFETアナログ
乗算器の構成図である。
【図4】本発明の第1の実施例の図である。
【図5】本発明の第2の実施例の図である。
【符号の説明】
10 演算増幅部 20 可変抵抗型MOSFET線形手段

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アナログ乗算器において、 対称形入力電圧によって全体の電流を線形的に変化させ
    るための可変抵抗型MOSFET線形手段と、 前記可変抵抗型MOSFET線形手段から自体の反転入
    力端子に接続されるが、自体の非反転入力端子は接地さ
    れる演算増幅器および、この演算増幅器の反転入力端子
    および出力端子間に接続される帰還素子で構成される演
    算増幅手段と、を備えたことを特徴とする可変抵抗型M
    OSFETアナログ乗算器。
  2. 【請求項2】 前記可変抵抗型MOSFET線形手段と
    して、自体のゲート入力端子は電圧V1の第1の供給電
    源に接続され、自体のドレイン端子は電圧V2の第2の
    供給電源に接続される第1のMOSFETと、 自体のドレイン端子は前記第1のMOSFETのソース
    端子に接続され、自体のゲートおよびソース端子は互い
    に接続されたまま電圧−V2の第3の供給電源に接続さ
    れる第2のMOSFETと、を備え、 前記第2の供給電源および前記第3の供給電源によって
    電流を線形的に変化できるようになしたことを特徴とす
    る請求項1記載の可変抵抗型MOSFETアナログ乗算
    器。
  3. 【請求項3】 前記可変抵抗型MOSFET線形手段と
    前記演算増幅部の演算増幅器の反転端子間に接続される
    が自体のゲート端子に神経状態が入力され、ハイブリッ
    ド神経環回路として動作するようにする第3のMOSF
    ETを包含することを特徴とする請求項1記載の可変抵
    抗型MOSFETアナログ乗算器。
  4. 【請求項4】 前記可変抵抗型MOSFET線形手段の
    対称形入力端子に各々従属接続されるが、それらの各ゲ
    ート端子は互いに接続されたまま神経状態が入力されて
    ハイブリッド神経環回路として動作するようになす第4
    のMOSFETおよび第5のMOSFETを包含するこ
    とを特徴とする請求項1記載の可変抵抗型MOSFET
    アナログ乗算器。
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