具有可变增益的模拟计算机制造技术

通过酌量降低模拟计算机中存在的增益元件的增益来实现模拟计算机的改进的性能。当存在电路的先前输出(如果有)时，将增益元件的增益降低到足够低以至于输入信号无法通过电路传播的水平。然后，将输入信号改变为新值或一组值，同时增益元件的增益保持降低。最后，将增益元件的增益增大到足够高以允许输入信号通过电路传播的水平，从而产生作为由模拟计算机表示的问题的解的输出。表示的问题的解的输出。表示的问题的解的输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可变增益的模拟计算机
[0001]本申请要求于2019年2月28日提交的临时申请第62/812,202号的优先权，其全部内容通过引用并且入本文。


[0002]本专利技术总体上涉及模拟计算机，并且更具体地涉及具有可变增益的模拟计算机。

技术介绍

[0003]模拟计算机是使用一些物理现象的连续可变方面(例如电气量、机械量或水力量)来对要求解的问题进行建模的计算机类型。相比之下，数字计算机象征性地并且通过时间和幅度二者的离散值来表示变化的量。计算尺是最简单的模拟计算机之一。虽然在许多应用中数字计算机已经取代了模拟计算机，但仍然用模拟计算机有利地对一些问题进行解决。
[0004]本方法针对在电领域内对问题进行建模的电模拟计算机。这种模拟计算机基于具有增益的元件，通常是常规地具有高增益的运算放大器(“op
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amp”)。例如，可以在模拟计算机的电气部件中对复杂方程(如薛定谔方程)的解进行建模。
[0005]原理是，可能涉及时间的微分薛定谔方程可以通过将其映射到其电模拟中(即通过使用等效约束作为问题的解的电路的基尔霍夫电流定律)来求解。当一个或更多个输入应用于对问题建模的受约束网络时，模拟计算机内的模拟电压和电流会随着网络到达代表问题的解的一个解而变化。
[0006]模拟计算机的网络可以是静态的，其中当电参数收敛于静态结果时获得解；或者模拟计算机的网络可以是动态的，其中解由电参数的周期性稳态来提供。
[0007]这种电模拟计算机出现的一个问题是网络对输入修改的响应。当对输入改变时，计算机中的模拟电压和电流必须再次改变以现在使用新的输入参数再次对问题求解。如本领域中已知的，建立新解所花费的时间是有限的，并且取决于高增益元件的增益带宽积和围绕高增益元件的反馈(如果有的话)。这会导致“旧”解(即针对先前输入的解)与针对新输入的“新”解之间的暂态。
[0008]这种暂态存在于形成模拟计算机的增益元件的配置中，因为它适应新的输入，无论网络是静态的还是动态的。静态网络中的暂态事件是电气参数再次收敛到新的静态结果所花费的时间。动态网络中的暂态事件是在如下两个周期性稳态解之间移动所需的时间：作为先前输入状态的周期性稳态解与当前输入状态的新周期性稳态解。
[0009]在一些情况下，暂态的延迟可能是显著的。因此，希望缩短暂态的长度，以便模拟计算机可以为由计算机元件网络表示的所需问题提供更快的解。

技术实现思路

[0010]本申请描述了用于改进模拟计算机的性能的装置和方法。
[0011]一个实施方式描述了一种操作模拟计算机的方法，该模拟计算机包括多个增益元
件，该多个增益元件被配置成对总输入信号进行操作以提供对预定问题的解，多个增益元件中的每一个的增益能够在在足以将信号输入传播到元件的水平与不足以将信号输入传播到元件的水平之间变化，该方法包括：将多个增益元件中的每一个的增益降低到不足以将信号输入传播到增益元件的水平；在增益元件的增益处于所降低的水平时改变总输入信号；以及在不早于输入信号改变的时间处将多个增益元件中的每一个的增益增大到足以将信号输入传播到增益元件的水平。
[0012]另一个实施方式描述了一种用于模拟计算机的可变增益元件，包括：第一晶体管和第二晶体管，每个晶体管具有栅极、源极和漏极，第一晶体管的栅极被配置成接收输入信号，并且第二晶体管的栅极连接至参考点；第一电阻器和第二电阻器，第一电阻器连接至第一晶体管的漏极并且连接至电压源的一侧，第二电阻器连接至第二晶体管的漏极并且连接至电压源；电流源，其连接至第一晶体管和第二晶体管二者的源极，该电流源被配置成响应于控制信号提供不同水平的电流；放大器，其具有输入端和输出端，该输入端连接至第一晶体管和第二晶体管的漏极和参考点，该输出端提供增益元件的输出；以及控制电路，其被配置成基于预选条件来提供控制信号。
[0013]另一个实施方式描述了一种用于模拟计算机的可变增益元件，包括：第一放大器，其被配置成在第一端处接收信号并且在第二端处产生放大信号；第一电阻元件，其具有被配置成接收可变增益元件的输入信号的第一端以及连接至第一放大器的第一端的第二端；第二电阻元件，其具有连接至第一放大器的第一端的第一端以及连接至第一放大器的第二端的第二端；开关，其具有连接至第一放大器的第一端的第一端、连接至第一放大器的第二端的第二端以及被配置成接收控制信号的开关端口，开关取决于控制信号而处于断开位置或闭合位置；控制逻辑，其被配置成基于预选条件来提供控制信号以断开或闭合开关；以及第二放大器，其被配置成在第一端处接收信号并且在第二端处产生放大信号，第二放大器的第一端连接至第一放大器的第二端，并且第二放大器的第二端被配置成产生来自可变增益元件的输出信号。
[0014]又一实施方式描述了一种模拟计算机，包括：多个增益元件，其被配置成对总输入信号进行操作以提供对预定问题的解，每个增益元件的增益能够在足以将信号输入传播到元件的水平与不足以传播输入信号的水平之间变化；增益控制装置，其被配置成基于控制信号在足以传播输入信号的水平与不足以传播输入信号的水平之间切换增益元件的增益；以及逻辑装置，其被配置成生成控制信号，控制信号使增益控制装置在总输入信号发生变化之前将增益元件的增益切换到不足以传播输入信号的水平，并且在不早于输入信号改变的时间处将增益元件的增益切换到足以传播输入信号的水平。
附图说明
[0015]图1示出了根据一个实施方式的具有可变增益的增益元件。
[0016]图2a和图2b是示出图1的增益元件的增益特性的曲线图。
[0017]图3是示出包括串联放置的多个增益元件(例如图1所示的多个增益元件)的电路的框图。
[0018]图4是在现有技术和本文中描述的方法的实施方式二者下响应于新输入的图3的电路的输出的时序图。
[0019]图5是在一个实施方式中图3的电路的操作的多个随机模拟的曲线图。
[0020]图6是示出本领域已知的模拟神经网络的示例的框图。
[0021]图7至图9是图6的模拟神经网络的输出之一的示例的曲线图。
[0022]图10示出了一个实施方式的框图以及提供类似功能的现有技术电路的框图。
[0023]图11和图12是图10的电路的比较速度的图。
[0024]图13是逆变器电路的图，该图示出了本文中描述的方法的某些方面。
[0025]图14示出了在控制信号的不同值下通过图13的逆变器电路的一系列实例发送逻辑信号的结果的曲线图。
[0026]图15是根据一个实施方式的差分电路的一个实施方式的电路图。
[0027]图16是根据一个实施方式的电路的电路图，在该电路中，在放大器中使用图15的差分电路作为模拟计算机的元件。
[0028]图17是根据一个实施方式的电路的电路图，在该电路中，可以使用图16的电路的多个实例来实现模拟计算机。
[0029]图18是根据一个实施方式的电路的电路图，在该电路中，图15的放大器可以变成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种操作模拟计算机的方法，所述模拟计算机包括多个增益元件，所述多个增益元件被配置成对总输入信号进行操作以提供对预定问题的解，所述多个增益元件中的每一个的增益能够在足以将信号输入传播到所述元件的水平与不足以将所述信号输入传播到所述元件的水平之间变化，所述方法包括：将所述多个增益元件中的每一个的增益降低到不足以将所述信号输入传播到所述增益元件的水平；在所述增益元件的增益处于所降低的水平时改变所述总输入信号；以及在不早于所述输入信号改变的时间处将所述多个增益元件中的每一个的增益增大到足以将所述信号输入传播到所述增益元件的水平。2.根据权利要求1所述的方法，其中，增大所述增益元件的增益的时间在所述总输入信号的改变之后。3.根据权利要求1所述的方法，其中，增大所述增益元件的增益的时间与所述总输入信号的改变是同时的。4.一种用于模拟计算机中的可变增益元件，包括：第一晶体管和第二晶体管，每个晶体管具有栅极、源极和漏极，所述第一晶体管的栅极被配置成接收输入信号，并且所述第二晶体管的栅极连接至参考点；第一电阻器和第二电阻器，所述第一电阻器连接至所述第一晶体管的漏极并且连接至电压源的一侧，并且所述第二电阻器连接至所述第二晶体管的漏极并且连接至所述电压源；电流源，所述电流源连接至所述第一晶体管和所述第二晶体管二者的源极，所述电流源被配置成响应于控制信号提供不同水平的电流；放大器，所述放大器具有输入端和输出端，所述输入端连接至所述第一晶体管和所述第二晶体管的漏极以及所述参考点，所述输出端提供所述增益元件的输出；以及控制电路，所述控制电路被配置成基于预选条件来提供控制信号。5.根据权利要求4所述的可变增益元件，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管是n型金属氧化物半导体场效应晶体管。6.根据权利要求4所述的可变增益元件，其中，所述控制电路还包括：开关；以及控制逻辑，用于在所述输入信号发生变化时将所述开关置于第一位置并且在所述增益元件的输出发生变化时将所述开关置于第二位置；并且其中，所述电流源被配置成在所述开关处于所述第一位置时提供电流并且在所述开关处于所述第二位置时不提供电流。7.根据权利要求4所述的可变增益元件，其中，所述控制电路还包括：开关；以及控制逻辑，用于以预选间隔将所述开关置于所述第一位置和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：硅谷介入有限公司，
类型：发明
国别省市：