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非線形演算回路

国内特許コード P010000015
整理番号 U1998P013
掲載日 2002年9月30日
出願番号 特願平10-230468
公開番号 特開2000-057241
登録番号 特許第3256738号
出願日 平成10年8月17日(1998.8.17)
公開日 平成12年2月25日(2000.2.25)
登録日 平成13年12月7日(2001.12.7)
発明者
  • 森江 隆
  • 岩田 穆
  • 永田 真
出願人
  • 広島大学
発明の名称 非線形演算回路
発明の概要 非線形演算回路について、集積回路化に好適な非線形伝達特性を有する回路、または非線形アナログダイナミクスを実現する回路に関する発明である。簡単な回路構成で省電力な、任意非線形・非単調伝達関数生成回路および任意非線形ダイナミクス実現回路を提供することを目的とする。この回路は電圧信号を扱うだけでなく、パルス変調信号を扱うこともでき、画像・音声認識・ロボット/システム制御・予測などの分野で、生体の情報処理様式をまねた高い知能処理能力を有するハードウェアとしての集積回路を実現することを目的とする。また、さまざまな情報処理回路に適用できる、コンパクトで高集積化な乱数発生回路を提供することも目的とする。本発明は、非線形を含む任意の時間の関数で電圧値が変化する電圧源が、スイッチを介してキャパシタに接続されており、スイッチは、入力信号により導通と非導通が制御されており、入力信号は電圧値または電流値が変化した時点に情報を有するパルス変調信号であり、入力信号の電圧値または電流値が変化した時点でスイッチが導通から非導通に切り替わり、その時点での電圧源の電圧値をキャパシタに保存し、そのキャパシタの端子電圧を出力することにより、入力信号を任意関数と同形の変換関数により変換して出力する非線形演算回路である。各々1個の比較器とスイッチとキャパシタにより構成されるため、極めて回路構成が簡単で、チップ上の占有面積が小さく、消費電力も小さくできるので、高集積化が可能である。これらの特徴を利用し、高性能のノイズ発生器、カオス信号発生器として、各種電気電子機器、制御器に組み込むことができる。また、認識機能を有する知能処理機械の高度化に寄与することができる。
従来技術、競合技術の概要 コンピュータは、リアルタイムで表情を読み取ったりするような、人が容易に行える処理がほとんど実行できない。そこで、脳の情報処理様式をまねた知能処理モデルが研究されている。代表的なものがニューラルネットワークである。しきい値処理以上に非線形な、すなわち非単調な処理を特徴とするモデルが多く提案され、その性能の高さが実証されている。ニューラルネットワークモデルは超並列・分散型の情報処理モデルであるから、逐次処理方式である現状のノイマン型コンピュータでの実行は極めて効率が悪い。実用化には専用のハードウェアとしての集積回路の使用が必須である。そこで、各種提案されているが、従来の非線形演算回路には、1)実現したい非線形伝達関数の単調な区間の数だけの比較器を用意しなければならず、回路規模と消費電力が増加する。2)実現したい非線形伝達関数の逆関数となる電圧波形の組を用意しなければならず、制御回路が複雑になる。3)複数の比較器と論理演算回路を組合わせているので、演算誤差が増加する。といった欠点がある。アナログ方式は回路規模が小さいのでチップ上に多数の演算ユニットを搭載することができ、並列演算を実行しやすい。アナログダイナミクスを用いるニューラルネットワークモデルの実行に適している。しかし、ディジタル方式と反対に、ノイズや配線間クロストークの影響を受けやすく、高い演算精度を得ることが難しい、他のディジタルシステムとの接続が容易でないという欠点がある。また、回路素子のアナログ的な特性を利用しているため、素子の寸法を自由に縮小することができず、低消費電力化・低電圧化が難しい。また、LSI製造プロセスの微細化の恩恵を受けられないという欠点もあった。
産業上の利用分野 集積回路化に好適な非線形伝達特性を有する回路、または非線形アナログダイナミクスを実現する非線形演算回路
特許請求の範囲 【請求項1】 非線形を含む任意の時間の関数で電圧値が変化する電圧源が、スイッチを介してキャパシタに接続されており、
前記スイッチは、入力信号により導通と非導通が制御されており、前記入力信号は電圧値または電流値が変化した時点に情報を有するパルス変調信号であり、前記入力信号の電圧値または電流値が変化した時点で前記スイッチが導通から非導通に切り替わり、その時点での前記電圧源の電圧値を前記キャパシタに保存し、そのキャパシタの端子電圧を出力することにより、
入力信号を前記任意関数と同形の変換関数により変換して出力することを特徴とする非線形演算回路。
【請求項2】 非線形を含む任意の時間の関数で電流値が変化する電流源が、スイッチを介してキャパシタに接続されており、
前記スイッチは、入力信号により導通と非導通が制御されており、前記入力信号は入力情報を表す所定の時点において、所定の時間幅でのみ電圧値または電流値が変化するパルス位相変調信号であり、前記時間幅の時間内でのみ前記スイッチが非導通から導通に切り替わり、前記時間内で前記電流源から前記キャパシタに電流を流すことにより、
前記入力信号を前記任意関数と同形の変換関数により変換した値に比例する量で、キャパシタに蓄積されていた電荷量を増減し、そのキャパシタの端子電圧を出力とすることを特徴とする非線形演算回路。
【請求項3】 前記スイッチの前段に電圧値または電流値の大きさをパルス変調信号に変換する回路を設置し、前記入力信号は電圧値または電流値の大きさに情報を有するアナログ信号であることを特徴とする請求項1記載の非線形演算回路。
【請求項4】 前記スイッチの前段に電圧値または電流値の大きさをパルス位相変調信号に変換する回路を設置し、前記入力信号は電圧値または電流値の大きさに情報を有するアナログ信号であることを特徴とする請求項2記載の非線形演算回路。
【請求項5】 前記出力を一時的に保持し、それを前記入力にフィードバックさせることを特徴とする請求項3記載の非線形演算回路。
【請求項6】 前記出力を一時的に保持し、それを前記入力にフィードバックさせることを特徴とする請求項4記載の非線形演算回路。
【請求項7】 非線形を含む任意の時間の関数で電圧値が変化する電圧源と、キャパシタと、前記電圧源と前記キャパシタの間に配置され入力端子に入力された入力信号により導通、非導通状態が制御されるスイッチと、前記キャパシタの電圧を出力する出力端子を具備することを特徴とする非線形演算回路。
【請求項8】 非線形を含む任意の時間の関数で電流値が変化する電流源と、キャパシタと、前記電流源と前記キャパシタの間に配置され入力端子に入力された入力信号により導通、非導通状態が制御されるスイッチと、前記キャパシタの電圧を出力する出力端子を具備することを特徴とする非線形演算回路。
【請求項9】 前記入力信号は、パルス幅変調信号またはパルス位相変調信号であることを特徴とする請求項7または請求項8記載の非線形演算回路。
【請求項10】 電圧値または電流値の大きさに情報を有するアナログ信号が入力された場合に前記アナログ信号をパルス幅変調信号またはパルス位相変調信号に変換するパルス変調信号変換手段が前記入力端子に接続されていることを特徴とする請求項7または請求項8記載の非線形演算回路。
【請求項11】 前記出力端子に接続され前記キャパシタの出力電圧を一時的に保持する手段を有し、前記保持されたキャパシタ出力電圧を前記アナログ信号に替えて前記パルス変調信号変換手段にフィードバックさせるフィードバックループを有することを特徴とする請求項10記載の非線形演算回路。
産業区分
  • 演算制御装置
  • 工業用ロボット
  • 計算機応用
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 権利存続中


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