用于混合信号计算的系统和方法技术方案

一种混合信号集成电路，该混合信号集成电路包括：全局参考信号源；第一求和节点和第二求和节点；多个不同对的电流生成电路，该多个不同对的电流生成电路沿着第一求和节点和第二求和节点布置；多个不同对中的每对中的第一电流生成电路，该多个不同对中的每对中的第一电流生成电路布置在第一求和节点上，以及多个不同对中的每对中的第二电流生成电路，该多个不同对中的每对中的第二电流生成电路布置在第二求和节点上；共模电流电路，该共模电流电路被布置为与第一求和节点和第二求和节点中的每个电连通；其中局部DAC基于来自全局参考源的参考信号来调节第一求和节点和第二求和节点之间的差分电流；以及比较器或有限状态机，该比较器或有限状态机生成从第一求和节点和第二求和节点获得的二进制输出值电流值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于混合信号计算的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2018年3月19日提交的美国临时申请第62/644,908号的权益，该临时申请的全部内容通过引用并入于此。
本文描述的专利技术总体上涉及集成电路系统架构领域，并且更具体地涉及新颖有用的混合信号集成电路以及在集成电路系统架构领域中计算混合信号的方法。
技术介绍
如今，人工智能和机器学习的各种实施方式正在推动许多
中的创新。人工智能(AI)系统和人工智能模型(包括算法)由实现机器(例如，计算机和/或计算服务器)的机器学习(深度学习)、推理、推断能力和大数据处理能力的许多系统架构和模型定义。这些AI系统和模型经常被集中训练，以执行一个或多个特定的任务，诸如自然语言处理、图像识别、计划、决策等。例如，这些AI系统和模型的子集包括人工神经网络模型。在许多情况下，人工神经网络模型的训练在整个训练周期内可能需要数千小时，并且需要许多太字节的训练数据，以在使用前微调模型的相关联的神经网络算法。然而，一旦被训练，神经网络模型或算法可以基于与训练周期期间使用的较大训练数据集相比的相对较小的数据集被快速部署，以做出推断从而完成特定任务(例如，从语音输入数据中识别语音等)。由神经网络模型或算法基于较小的数据集做出的推断可以是关于神经网络模型计算出的内容是关于某一情景的正确答案或指示的预测。但是，虽然实施实施一个或多个神经网络算法的神经网络模型可能不需要与训练阶段中需要的相同数量的计算资源，但是在现场部署神经网络模型仍然需要大量的电路系统面积、能量和计算能力，以对数据进行分类并且推断或预测结果。例如，加权和计算通常用于模式匹配和机器学习应用，包括神经网络应用。在加权和计算中，集成电路可以用于将一组输入(xi)乘以一组权重(wi)，并且对每个乘法运算的结果求和，以计算最终结果(z)。然而，用于机器学习应用的典型加权和计算包括数百或数千个权重，这使加权和计算对于用传统数字电路系统进行计算在计算上是昂贵的。具体地，从数字存储器访问数百或数千个权重需要大量的计算时间(即，增加的延迟)和大量的能量。因此，计算神经网络模型等的加权和计算所需的传统数字电路系统往往很大，以容纳存储神经网络模型所需的数十万个权重需要的大量数字存储器电路系统。由于电路系统的大尺寸，需要更多的能量来实现许多传统计算机和电路的计算能力。附加地，用于实施人工智能模型和(即)神经网络模型的这些传统计算机和电路可能适合于远程计算过程，诸如在分布式计算系统(例如，云)中或者当使用许多现场计算服务器等时。然而，当这些远程人工智能处理系统在用于远程、边缘计算设备的计算推断等或现场设备时，延迟问题是显而易见的。也就是说，当这些传统的远程系统寻求实施神经网络模型以用于生成将用于远程现场设备的推断时，在从远程现场设备接收输入数据时存在不可避免的延迟，因为输入数据必须经常在具有变化带宽的网络上传输，并且随后，由远程计算系统生成的推断必须经由相同或类似的网络传输回远程现场设备。以现场级(例如，在远程现场设备处本地)实施AI处理系统可能是解决延迟问题中的一些的建议解决方案。然而，试图在边缘设备(例如，远程现场设备)处实施这些传统AI计算机和系统中的一些可能导致具有许多电路的笨重的系统(如上所提及的那样)，该笨重的系统由于用于处理数据和生成推断的计算系统的所需复杂架构而消耗大量的能量。因此，没有更多的这样的建议在当前技术的情况下可能是不可行的和/或不可持续的。因此，需要一种用于在现场本地实施人工智能模型(例如，本地AI)并且优选地用于边缘设备的可部署系统，该系统不会导致大而笨重的(边缘)设备，减少了延迟，并且具有必要的计算能力，以实时或基本上实时地做出预测或推断，同时还是高效节能的。本申请的下述实施例提供了能够解决用于实施AI和机器学习的传统系统和集成电路架构的缺陷的此类先进和改进的集成电路和实施技术。
技术实现思路
在一个实施例中，一种集成电路包括：二进制加权全局参考信号源，所述二进制加权全局参考信号源驱动多个局部差分电流电路；第一求和节点和第二求和节点，其中所述第一求和节点和所述第二求和节点被布置为与所述多个差分电流电路中的一个差分电流电路电连通；多个不同对的可编程电流源，所述多个不同对的可编程电流源沿着所述第一求和节点和所述第二求和节点布置，其中所述多个不同对中的每对中的第一可编程电流源布置在所述第一求和节点上，并且所述多个不同对中的每对中的第二可编程电流源布置在所述第二求和节点上；其中所述多个不同对的可编程电流源中的每对基于输入信号来在所述第一求和节点和所述第二求和节点之间设置差分电流信号；共模控制电路，所述共模控制电路被布置为与所述第一求和节点和所述第二求和节点中的每个电连通，并且向所述第一求和节点和所述第二求和节点中的每个发出公共电流值或者从所述第一求和节点和所述第二求和节点中的每个吸收所述公共电流值；所述局部差分电流电路基于来自所述二进制加权全局参考源的一个或多个参考信号来调节所述第一求和节点和所述第二求和节点之间的所述差分电流；以及比较器，所述比较器基于所述第一求和节点和所述第二求和节点的输出来评价模拟值，并且基于所述评价来生成二进制输出值。在一个实施例中，所述局部差分电流电路调节所述第一求和节点和所述第二求和节点之间的所述差分电流，直到所述第一求和节点的第一电流值的输出和所述第二求和节点的第二电流值的输出的总和等于零。在一个实施例中，所述比较器评估所述第一求和节点和所述第二求和节点中的每个中的求和电流值的相对状态，并且确定所述第一求和节点和所述第二求和节点中的哪一个具有较大的电流值或较小的电流值。在一个实施例中，所述局部差分电流电路基于所述第一求和节点和所述第二求和节点中的哪一个输出具有较高幅值的电流信号值，通过向所述第一求和节点和所述第二求和节点发出逐渐变小的差分电流信号增量，来增加或减少所述第一求和节点和所述第二求和节点之间的所述差分电流信号。在一个实施例中，所述共模电路包含单个放大器驱动电路和开关电容器反馈电路中的一个，所述开关电容器反馈电路向所述第一求和节点和所述第二求和节点中的每个发出所述共模电流值。在一个实施例中，所述开关电容器反馈电路包括：第一放大器，所述第一放大器驱动跟踪生成的共模反馈电压的目标电压值；以及第二放大器，所述第二放大器屏蔽来自所述共模反馈电路中的开关信号的敏感输出电压。在一个实施例中，所述共模电流电路包含补偿电路，所述补偿电路包括至少两个放大器，所述至少两个放大器各自被布置为与两个晶体管中的一个电连通，并且各自将所述两个晶体管中的每个处的栅极电压驱动到期望的共模电压。在一个实施例中，所述共模电流电路包含补偿电路，所述补偿电路包括单个放大器，所述单个放大器各自被布置为与两个晶体管中的每个电连通，并且在所述两个晶体管中的每个之间切换，以将所述两个晶体管中的每个处的栅极电压驱动到期望的共模电压。在一个实施例中，所述共模电流电路包含补偿电路，所述补偿电路包括前端放大器，所述前端放大器通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成电路，包含：/n二进制加权全局参考信号源，所述二进制加权全局参考信号源驱动多个局部差分电流电路；/n第一求和节点和第二求和节点，其中所述第一求和节点和所述第二求和节点被布置为与所述多个差分电流电路中的一个差分电流电路电连通；/n多个不同对的可编程电流源，所述多个不同对的可编程电流源沿着所述第一求和节点和所述第二求和节点布置，其中所述多个不同对中的每对中的第一可编程电流源布置在所述第一求和节点上，并且所述多个不同对中的每对中的第二可编程电流源布置在所述第二求和节点上；/n其中所述多个不同对的可编程电流源中的每对基于输入信号来在所述第一求和节点和所述第二求和节点之间设置差分电流信号；/n共模控制电路，所述共模控制电路被布置为与所述第一求和节点和所述第二求和节点中的每个电连通，并且向所述第一求和节点和所述第二求和节点中的每个发出公共电流值或者从所述第一求和节点和所述第二求和节点中的每个吸收所述公共电流值；/n所述局部差分电流电路基于来自所述二进制加权全局参考源的一个或多个参考信号来调节所述第一求和节点和所述第二求和节点之间的所述差分电流；以及/n比较器，所述比较器基于所述第一求和节点和所述第二求和节点的输出来评价模拟值，并且基于所述评价来生成二进制输出值。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180319 US 62/644,9081.一种集成电路，包含：
二进制加权全局参考信号源，所述二进制加权全局参考信号源驱动多个局部差分电流电路；
第一求和节点和第二求和节点，其中所述第一求和节点和所述第二求和节点被布置为与所述多个差分电流电路中的一个差分电流电路电连通；
多个不同对的可编程电流源，所述多个不同对的可编程电流源沿着所述第一求和节点和所述第二求和节点布置，其中所述多个不同对中的每对中的第一可编程电流源布置在所述第一求和节点上，并且所述多个不同对中的每对中的第二可编程电流源布置在所述第二求和节点上；
其中所述多个不同对的可编程电流源中的每对基于输入信号来在所述第一求和节点和所述第二求和节点之间设置差分电流信号；
共模控制电路，所述共模控制电路被布置为与所述第一求和节点和所述第二求和节点中的每个电连通，并且向所述第一求和节点和所述第二求和节点中的每个发出公共电流值或者从所述第一求和节点和所述第二求和节点中的每个吸收所述公共电流值；
所述局部差分电流电路基于来自所述二进制加权全局参考源的一个或多个参考信号来调节所述第一求和节点和所述第二求和节点之间的所述差分电流；以及
比较器，所述比较器基于所述第一求和节点和所述第二求和节点的输出来评价模拟值，并且基于所述评价来生成二进制输出值。


2.根据权利要求1所述的集成电路，其中
所述局部差分电流电路调节所述第一求和节点和所述第二求和节点之间的所述差分电流，直到所述第一求和节点的第一电流值的输出和所述第二求和节点的第二电流值的输出的总和等于零。


3.根据权利要求1所述的集成电路，其中
所述比较器评估所述第一求和节点和所述第二求和节点中的每个中的求和电流值的相对状态，并且确定所述第一求和节点和所述第二求和节点中的哪一个具有较大的电流值或较小的电流值。


4.根据权利要求3所述的集成电路，其中
所述局部差分电流电路基于所述第一求和节点和所述第二求和节点中的哪一个输出具有较高幅值的电流信号值，通过向所述第一求和节点和所述第二求和节点发出逐渐变小的差分电流信号增量，来增加或减少所述第一求和节点和所述第二求和节点之间的所述差分电流信号。


5.根据权利要求1所述的集成电路，其中
所述共模电路包含单个放大器驱动电路和开关电容器反馈电路中的一个，所述开关电容器反馈电路向所述第一求和节点和所述第二求和节点中的每个发出所述共模电流值。


6.根据权利要求6所述的集成电路，其中
所述开关电容器反馈电路包括：
第一放大器，所述第一放大器驱动跟踪生成的共模反馈电压的目标电压值；以及
第二放大器，所述第二放大器屏蔽来自所述共模反馈电路中的开关信号的敏感输出电压。


7.根据权利要求1所述的集成电路，其中
所述共模电流电路包含补偿电路，所述补偿电路包括至少两个放大器，所述至少两个放大器各自被布置为与两个晶体管中的一个电连通，并且各自将所述两个晶体管中的每个处的栅极电压驱动到期望的共模电压。


8.根据权利要求1所述的集成电路，其中
所述共模电流电路包含补偿电路，所述补偿电路包括单个放大器，所述单个放大器各自被布置为与两个晶体管中的每个电连通，并且在所述两个晶体管中的每个之间切换，以将所述两个晶体管中的每个处的栅极电压驱动到期望的共模电压。


9.根据权利要求1所述的集成电路，其中
所述共模电流电路包含补偿电路，所述补偿电路包括前端放大器，所述前端放大器通过将输出电压短接到所述第一求和节点和所述第二求和节点的电容性输入节点来自动调零，其中所述前端放大器的输出电压差作为栅极电压被存储在至少两个晶体管上。


10.根据权利要求1所述的集成电路，其中
所述二进制加权全局参考信号源执行二分搜...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳拉·菲克，马纳尔·E·查马斯，斯凯拉·斯凯西尼亚兹，戴维·菲克，
申请(专利权)人：神话公司，
类型：发明
国别省市：美国;US