一种面向存算一体的电流取样转换电路 |
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| 申请号 | CN202410041900.4 | 申请日 | 2024-01-11 | 公开(公告)号 | CN117895945A | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 中科南京智能技术研究院; | 发明人 | 詹毅; 朱浦瑞; 尚德龙; 周玉梅; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种面向存算一体的 电流 取样转换 电路 ，涉及取样转换电路技术领域，包括：存算单元、 接口 钳位电流取样电路和电流 电压 转换电路；接口钳位电流取样电路与存算单元的输入端连接，接口钳位电流取样电路用于为存算单元提供钳位电压，并对电流 信号 进行取样；电流电压转换电路分别与接口钳位电流取样电路和存算单元的输出端连接，电流电压转换电路用于对电流电压进行转换。本发明中接口钳位电流取样电路可以为存算单元的输入端提供稳定的钳位电压并进行高 精度 的电流取样，电流电压转换电路消除了复制电路中的器件靠近截止区带来的误差，支持在单电源系统中实现地轨输出的电流电压转换。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种面向存算一体的电流取样转换电路，其特征在于，包括：存算单元、接口钳位电流取样电路和电流电压转换电路；所述接口钳位电流取样电路与所述存算单元的输入端连接，所述接口钳位电流取样电路用于为所述存算单元提供钳位电压，并对电流信号进行取样；所述电流电压转换电路分别与所述接口钳位电流取样电路和所述存算单元的输出端连接，所述电流电压转换电路用于对电流电压进行转换。 |
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| 说明书全文 | 一种面向存算一体的电流取样转换电路技术领域[0001] 本发明涉及取样转换电路技术领域，特别涉及一种面向存算一体的电流取样转换电路。 背景技术[0002] 存算阵列作为存算一体芯片的核心电路，处理和输出的信号均为模拟信号，数字信号经输入电路转换成模拟信号传输给存算阵列做模拟运算，运算结果经读出电路量化为数字信号输出。其中，读出电路作为存算一体芯片的关键模块与存算阵列输出端连接，读出电路的精度直接影响着阵列中每个存算单元的运算结果，读出电路的功耗、速度和面积影响着存算一体芯片的能耗比和集成度。而读出电路占据了整个系统的绝大部分功耗，严重限制了整体芯片的运算效率和面积。在读出电路中，电流取样转换电路直接影响着读出电路的精度和实用性，因此对其设计并满足实际使用要求是及其重要且有意义的。 发明内容[0003] 基于此，本发明的目的是提供一种面向存算一体的电流取样转换电路。 [0004] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案： [0005] 一种面向存算一体的电流取样转换电路，包括：存算单元、接口钳位电流取样电路和电流电压转换电路；所述接口钳位电流取样电路与所述存算单元的输入端连接，所述接口钳位电流取样电路用于为所述存算单元提供钳位电压，并对电流信号进行取样；所述电流电压转换电路分别与所述接口钳位电流取样电路和所述存算单元的输出端连接，所述电流电压转换电路用于对电流电压进行转换。 [0006] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果： [0007] 本发明中接口钳位电流取样电路可以为存算单元的输入端提供稳定的钳位电压并进行高精度的电流取样，支持地轨输出的电流电压转换电路消除了复制电路中的器件靠近截止区带来的误差，支持在单电源系统中实现地轨输出的电流电压转换，并且通过存算单元中的控制电路中的开关网络实现多量程的电压输出，可以根据存算单元数据稀疏度匹配ADC的动态范围。附图说明 [0008] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0009] 图1为本发明提供的面向存算一体的电流取样转换电路的结构示意图； 具体实施方式[0011] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0012] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0013] 如图1所示，本实施例提供的面向存算一体的电流取样转换电路，包括：存算单元、接口钳位电流取样电路和电流电压转换电路。接口钳位电流取样电路与存算单元的输入端连接，电流电压转换电路分别与接口钳位电流取样电路和存算单元的输出端连接。 [0014] 进一步地，接口钳位电流取样电路负责为存算单元提供稳定的钳位电压，并对电流信号进行高精度取样。接口钳位电流取样电路包括电流镜电路、调整管NM3和一个运算放大器OA。PM1、PM2、PM3和PM4构成共源共栅电流镜，用于对电流信号的高精度取样；运算放大器OA通过与NM3连接构成负反馈，利用运放输入端虚短特性来钳位存算单元的输出端电压。 [0015] 运算放大器OA和调整管NM3在电流取样转换电路里的起钳位功能，运放开环增益决定了输入端的钳位精度，因此提高直流增益是该运放设计首要关注的性能指标，对于单级运放电路可以通过增大输入跨导和提高输出电阻实现，比如采用套筒式共源共栅结构。这两种结构核心出发点是增大输出阻抗来提高增益，导致电路的输出极点频率降低，降低了响应速度，并且电路复杂度的上升使得电路不适用于低电源电压系统，带来较大功耗。因此采用了图2的经典结构，调节足够的直流增益，且两级运放结构要比同增益的单级运放结构具有更快的响应速度 [0016] 运算放大器OA的反向输入端分别与调整管NM3的源极、存算电路的输入端和电流电压转换电路连接，运算放大器OA的正向输入端接电压Vc；运算放大器OA的输出端与调整管NM3的栅极连接；调整管NM3的漏极与电流镜电路连接；电流镜电路还与电流电压转换电路连接。 [0017] 调整管NM3的漏极分别与NMOS管PM3的漏极、NMOS管PM1的栅极和NMOS管PM2的栅极连接；NMOS管PM3的源极与NMOS管PM1的漏极连接；NMOS管PM1的源极和NMOS管PM2的源极均与电压VDD连接；NMOS管PM2的漏极与NMOS管PM4的源极连接；NMOS管PM4的栅极与NMOS管PM3的栅极连接；NMOS管PM2的漏极和NMOS管PM4的漏极均与电流电压转换电路连接。 [0018] 进一步地，支持地轨输出的电流电压转换电路负责将取样后的电流信号转换成电压信号。电流电压转换电路包括调整管NM1、调整管NM2、开关S1、开关S2、电阻R0、电阻R1和电阻R2。 [0019] 调整管NM1的漏极与运算放大器OA的反相输入端连接，调整管NM1的源极分别与调整管NM2的源极、开关S2的另一端、电阻R2的另一端以及地连接；调整管NM1的栅极与调整管NM2的栅极连接，调整管NM2的漏极与NMOS管PM2的漏极连接；电阻R0的一端与NMOS管PM4的漏极连接，电阻R0的另一端分别与开关S1的一端和电阻R1的一端连接；开关S1的另一端和电阻R1的另一端均与开关S2的一端和电阻R2的一端连接。 [0020] 电流电压转换电路中三个电阻和两个开关构成的开关电阻网络。NM1的漏极连接NM3的源端，提供恒定电流Ib1，NM2的漏极PM2的漏极，产生恒定电流Ib2；R0的上端为电压信号输出端，R0、R1和R2以串联方式连接，S1与R1并联方式连接，S2与R2并联方式连接，通过切换开关电阻网络中的S1和S2实现四种量程的输出。恒定电流Ib1和Ib2可以使共源共栅电流镜中的器件始终工作在饱和区，消除因电流信号过小导致器件靠近截止区带来的复制误差，实现支持地轨输出的电流电压转换。 [0021] 本实施例提供的面向存算一体的电流取样转换电路主要有以下几个技术特点： [0022] 一、针对存算阵列具有大规模的特点和存算单元的输出特性，本发明设计的电流取样转换电路包括接口钳位电流取样电路和支持地轨输出的电流电压转换电路。 [0023] 二、支持地轨输出的电流电压转换电路消除了复制电路(即电流镜电路)中的器件靠近截止区带来的误差，支持在单电源系统中实现地轨输出的电流电压转换，并且通过存算单元中的控制电路中的开关网络实现多量程的电压输出，可以根据存算单元数据稀疏度匹配ADC的动态范围。 [0024] 三、该电路还具有小面积，易于集成的特点。 [0026] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 |
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