JPH07200513A - 半導体回路 - Google Patents

半導体回路

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JPH07200513A
JPH07200513A JP5352086A JP35208693A JPH07200513A JP H07200513 A JPH07200513 A JP H07200513A JP 5352086 A JP5352086 A JP 5352086A JP 35208693 A JP35208693 A JP 35208693A JP H07200513 A JPH07200513 A JP H07200513A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、簡単な回路を用いてアナログや多
値のデータを取り入れて保存することのできる半導体回
路を提供することを目的とする。 【構成】 入力された第1の信号を所定の多値信号から
なる第2の信号に変換して出力する回路であって、前記
第2の信号を該回路に帰還入力せしめるようにしたこと
を特徴とする。また、前記回路は、第1の信号を量子化
された複数の信号からなる信号群に変換する第1の回路
と、前記信号群を前記第2の信号に変換する第2の回路
とから構成されていることを特徴とする。さらにまた、
前記第1の回路または/及び前記第2の回路は、ニュー
ロンMOSトランジスタを1個以上用いて構成されてい
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体回路に係り、特に
アナログのデータを多値のデータに変換しそれを静的に
保持することのできる高機能半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】ビデオカメラなどの画像信号処理は、従
来イメージセンサで取り入れた莫大なアナログデータを
そのつどデジタルに変換してデイジタルコンピュータに
より処理していた。
【0003】この手法では画素数の増大にともない、処
理するべきデータ数が増加し、信号処理を実時間で行う
ことが不可能となる。そこで入力データをアナログもし
くは多値のままハードウエアレベルで完全並列に信号処
理を行う必要があるが、そのためにはセンサから取り込
んだアナログもしくは多値のデータや演算途中のデータ
を一時的に保管する回路が必要となる。
【0004】しかし、従来このような回路を実現するた
めには数多くの素子を必要とし、また多値の加算を電流
加算で行っているために消費電力が大きくなり、全ての
画素センサの中に組み込んでハードウエアレベルの完全
並列信号処理をすることは困難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、簡単な回路を用いてアナログや多値のデータを取り
入れて保存することのできる半導体回路を提供するもの
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体回路は、
入力された第1の信号を所定の多値信号からなる第2の
信号に変換して出力する回路であって、前記第2の信号
を該回路に帰還入力せしめるようにしたことを特徴とす
る。
【0007】前記回路は、第1の信号を量子化された複
数の信号からなる信号群に変換する第1の回路と、前記
信号群を前記第2の信号に変換する第2の回路とから構
成されていることを特徴とする。
【0008】また、前記第1の回路または/及び前記第
2の回路は、基板上に設けられた1導電型の半導体領域
と、この領域内に設けられた反対導電型のソース及びド
レイン領域と、前記ソース及びドレイン領域を隔てる領
域に絶縁膜を介して設けられた電位的にフローティング
状態にあるフローティングゲート電極と、前記フローテ
ィングゲート電極と絶縁膜を介して容量結合する複数の
入力ゲート電極と、を有するニューロンMOSトランジ
スタを1個以上用いて構成されることを特徴とする。
【0009】
【作用】入力された第1の信号を所定の多値信号からな
る第2の信号に変換して出力し、この第2の信号を回路
に帰還入力せしめることにより、多値信号のメモリを構
成することが可能となる。
【0010】例えば、入力された第1の信号を量子化さ
れた複数の信号からなる信号群に変換する第1の回路
と、前記信号群を多値信号からなる第2の信号に変換す
る第2の回路とから構成し、第2の信号を第1の回路の
入力部に帰還させることにより、アナログまたは多値で
入力された第1の信号を所定の多値信号(第2の信号)
に変換してラッチする回路が構成することができる。
【0011】また、第1の回路もしくは第2の回路また
は両者を、ニューロンMOSで構成することにより、素
子数及び消費電力の大幅に削減した回路とすることがで
きる。
【0012】
【実施例】以下に実施例を上げ本発明を詳細に説明する
が、本発明がこれら実施例に限定されるものではないこ
とはいうまでもない。
【0013】(実施例1)本発明の第1の実施例を、図
1の回路を用いて説明する。
【0014】図1において、117、118、119、
120はCMOSインバータ、109、110、11
1、112はNMOSトランジスタである。113、1
14、115はそれぞれ抵抗値がR、R、R/2の抵抗
であり、これはチップ上では例えばポリシリコンで作る
ことができる。
【0015】116は演算増幅器であり、入力端子12
5の電圧と106の電圧の差を増幅して出力する回路で
ある。この演算増幅器は通常のMOSトランジスタやバ
イポーラトランジスタを用いて実現できる。演算増幅器
の出力107は抵抗115を通して入力126に帰還入
力されており、他の入力125は接地されている。
【0016】また、演算増幅器の出力107はスイッチ
108を通して入力101に帰還させることができる。
【0017】NMOS109、111はソースが−VDD
(例えば−5V)の電源に接続されており、それぞれゲ
ート電圧(103、105)とソース電圧(−VDD)と
の差が閾値(例えば5V)を超えるとオンするように設
計されている。また、NMOS110、112はドレイ
ンが接地されており、それぞれゲート電圧(102、1
04)とソース電圧との差が閾値(例えば5V)を超え
るとオンするように設計されている。
【0018】入力101に対する出力107の関係を図
2(a)に示す。ここではインバータ117、119の
反転閾値をそれぞれVDD/4(例えば、(5/4)
V)、3VDD/4(例えば(15/4)V)に、11
8、120の閾値をVDD/2に設定しておき、スイッチ
108はオフにしてノード107と101を電気的に遮
断しておく。
【0019】トランジスタ109,110,111,1
12のオン抵抗を、抵抗113,114,115よりも
十分小さくしておくと、トランジスタ109と110、
111と112を流れる電流はほぼ等しくなる。
【0020】入力101の電圧が0V〜VDD/4の範囲
であれば、ノード103、105の電圧は0V、ノード
102、104の電圧はVDDとなり、トランジスタ10
9と110、111と112の電流が等しくなるために
は、ノード121、122の電圧は0Vとなる。この
時、トランジスタ109,110,111,112は全
て閾値近くで動作する。
【0021】演算増幅器116は電流を抵抗113、1
14、115に流して、入力106と125の電位差を
零に近づけるように動作する。通常演算増幅器は入力イ
ンピーダンスの十分大きいものを用いるので演算増幅器
の入力端子に流れ込む電流は零と仮定され、抵抗11
3、114を通して流れる電流の和と抵抗115を通し
て流れる電流は等しいと考えてよい。
【0022】いま、ノード121、122の電位が0V
であれば、抵抗113、114の両端には電位差がな
く、電流は流れないために、抵抗115にも電流は流れ
ず、ノード107の出力も0Vになる。
【0023】入力101の電圧がVDD/4〜3VDD/4
の範囲であれば、ノード103の電圧はVDD、ノード1
02の電圧は0Vとなり、トランジスタ109がオン
し、110がオフになるのでノード121の電位は−V
DDに向かって変化する。NMOS109、111のオン
抵抗を抵抗113、114、115に比べて十分に小さ
く設計しておくと、ノード121の電位は−VDDにほぼ
一致し、抵抗113の両端には−VDDの電位差が生じ、
−VDD/Rの電流が流れる。
【0024】ノード122の電圧はまだ零なので抵抗1
14には電流が流れないため、抵抗115を流れる電流
は抵抗113を流れる電流に一致し−VDD/Rとなる。
よって、このとき、抵抗115の両端には電位差(VDD
/R)x(R/2)=VDD/2電位差が生じ、出力電圧
107はVDD/2となる。
【0025】入力101の電圧が3VDD/4〜VDDの範
囲であればトランジスタ109、111がともにオン
し、110、112がともにオフになるのでノード12
1、122の電位は−VDDに向かって変化する。このと
き、抵抗115を流れる電流は抵抗113、114を流
れる電流の和に一致し−2VDD/Rとなる。抵抗115
の両端には、 (2VDD/R)×(R/2)=VDD の電位差が生じ、出力電圧107はVDDとなる。
【0026】スイッチ108をオンにしたときの回路の
動作点を図2(b)に示す。入力ノード101と出力ノ
ード107の電圧は等しくなるので、回路の安定動作点
は図2(a)の特性と、Vin=Voutの特性との交点と
なる。図2(b)において不安定動作点としてある点は
交点ではあっても回路的には不安定動作となる点であ
る。
【0027】この回路全体の動作について説明すると、
ノード101に0〜VDD/4の電圧信号が入力されたと
きにはノード107には0Vが出力され、スイッチ10
8を閉じることでノード101の電位は0Vにラッチさ
れ、信号電圧0が保持される。
【0028】ノード101にVDD/4〜3VDD/4の電
圧信号が入力されたときにはノード107にはVDD/2
が出力され、スイッチ108を閉じることでノード10
1の電位はVDD/2にラッチされ、信号電圧VDD/2が
保持される。
【0029】また、ノード101に3VDD/4〜VDD
電圧信号が入力されたときにはノード107にはVDD
出力され、スイッチ108を閉じることでノード101
の電位はVDDにラッチされ、信号電圧VDDが保持され
る。
【0030】このようにアナログもしくは多値で入力さ
れた入力信号を所定の多値の信号に変換してラッチする
回路となる。
【0031】スイッチ108はNMOSまたはPMOS
トランジスタで実現できるが、このときは例えばブート
ストラップ回路の手法を導入し、ゲート電圧をNMOS
の場合には十分に高く、PMOSの場合には低くして、
出力電圧が大きくもしくは小さくなったときのトランジ
スタのカットオフを防止してもよい。また、図3に示す
CMOSスイッチを用いたほうがスイッチの両端での電
圧が等しくなりより安定した回路動作が得られる。
【0032】図1において、抵抗113、114、11
5の値は適宜変化させてもよく、123、124と同様
の回路をさらにノード101と106の間に付加するこ
とで、ラッチできる多値の数を増やすことができる。
【0033】また、電圧VDDも適宜所望の値を用いてよ
く、インバータ117、118、119、120の反転
閾値やNMOS109、110、111、112の閾値
も任意の値に設定してもよいことは言うまでもない。
【0034】図4は、入力ノード101に入力信号の入
力を制御するためのスイッチを設けた例である。図4に
おいて、入力信号の制御スイッチ127はNMOS12
8とPMOS129からなるCMOSスイッチである。
これはNMOSまたはPMOSのどちらかだけでもよ
い。130はインバータであり、ノード131はCMO
Sスイッチ127のオン・オフを決める入力ノードで、
この場合例えばノード131の電圧がVDDの時にはオ
ン、0の時にはオフとなる。
【0035】CMOSスイッチ127をオンにしてノー
ド132にアナログまたは多値の入力信号を入れるとノ
ード101に132の信号が入力され、それに応じた多
値の電圧がノード107に出力される。次にスイッチ1
08をオンにして帰還を形成した後にスイッチ127を
オフにすると、ノード107の電圧が静的にノード10
1に保持されることになる。
【0036】スイッチ108はスイッチ127がオフに
なってからオンにしてもよい。また演算増幅器のスイッ
チ108の代わりに抵抗を用いてもよい。このときはス
イッチ127のオン抵抗をスイッチ108の代わりに用
いた抵抗よりも十分に小さくすればよい。
【0037】(実施例2)本実施例では、ノード101
に入力されたアナログまたは多値の信号を重みづけられ
たバイナリの信号群に変換し、それを再び多値に変換す
る回路を説明する。本実施例の回路を図5に示す。
【0038】ノード201に入力した信号は、202の
A/Dコンバ−タにより重みのついた2ビットの信号に
変換されノード203、204に出力される。
【0039】ノード203、204の電圧をV(20
3)、V(204)とすると、例えば、VINが0〜VDD
/6のときにはV(203)=0、V(204)=0;
INがVDD/6〜VDD/2のときにはV(203)=
0、V(204)=VDD;VINがVDD/2〜5VDD/6
のときにはV(203)=VDD、V(204)=0;V
INが5VDD/6〜VDDのときにはV(203)=VDD
V(204)=VDDになるように設計する。
【0040】V(203)=V(204)=0のとき、
抵抗211、212、214には電流は流れずにノード
215の電圧は0;V(203)=0、V(204)=
DDのとき、抵抗212、214にはVDD/2Rの電流
が流れ、ノード215の電圧は(VDD/2R)x(2R
/3)=VDD/3;V(203)=VDD、V(204)
=0のとき、抵抗211、214にはVDD/Rの電流が
流れ、ノード215の電圧は(VDD/R)x(2R/
3)=2VDD/3;V(203)=V(204)=VDD
のとき、抵抗211にはVDD/R、212にはVDD/2
R、214にはVDD/R+VDD/2Rの電流が流れ、ノ
ード215の電圧は(VDD/R+VDD/2R)x(2R
/3)=VDDとなる。
【0041】図6にVINとVOUTの関係を示す。今、ス
イッチ217をオンにして帰還をかけることによりこの
場合はVIN=VOUT=0,VDD/3,2VDD/3,VDD
の4つの安定状態が実現される。
【0042】この場合、A/Dコンバータの出力は2ビ
ットであるが適宜必要なビット数にしてもよい。また、
抵抗211、212の数もA/Dコンバータの出力ビッ
ト数に応じて増やしてもよい。また抵抗214を含みこ
れらの抵抗値を適宜変化してもよいことは言うまでもな
い。
【0043】(実施例3)本発明の第3の実施例を図
7、8に示す。
【0044】図1の回路と同じ機能を持つ回路を、ニュ
ーロンMOSトランジスタを用いて実現したものが図
7、8に示されている。このようにニューロンMOSト
ランジスタを用いることにより素子数を大幅に減少でき
る。
【0045】図7において、311はNチャネルニュー
ロンMOSトランジスタ、312はPチャネルニューロ
ンMOSトランジスタである。ニューロンMOSトラン
ジスタは、脳を構成する神経細胞であるニューロンと同
様の働きをするトランジスタであり、ニューロンコンピ
ュータを実現するために発明された全く新しい概念のM
OS型トランジスタである。(発明者:柴田直、大見忠
弘、特開平3−6679号公報)。以下、このトランジ
スタをνMOSと略称する。
【0046】このνMOSは、非常に強力な機能を有す
るトランジスタであり、本発明は、このνMOSを基本
素子として用いることで素子が非常に簡略化される。ν
MOSの構造、及び機能については、別途図15を用い
て説明する。
【0047】311のNチャネルνMOS(N−νMO
Sと略す)及び312のPチャネルνMOS(P−νM
OSと略す)は各々、ソ−スが互いに接続されており、
ニューロンMOSを用いたCMOS構成のソースフォロ
ワ回路となっている。これをComplementary νMOSソ
ースフォロワ(略してC−νMOSソースフォロワ)と
呼ぶ。310はフローティングゲートであり、それぞれ
νMOS311、312に共通のゲートとなっている。
【0048】C−νMOSソースフォロワ回路はフロー
ティングゲート310の電位が上がればそれに追従して
ノード313の電位も上がり、310の電位が下がれば
313の電位も下がる回路である。308、309はそ
れぞれフローティングゲート310と容量結合している
入力であり、C1、C2はそれぞれ入力308、309と
フローティングゲート310との間の容量結合係数であ
る。302、303、306、307は通常のインバー
タ回路であり、314はスイッチである。
【0049】図7の回路動作を説明するために、まず最
初にνMOSの構造と動作原理について説明する。図1
5(a)は4入力のNチャネルνMOSトランジスタ
(N−νMOS)の断面構造の一例を示したものであ
り、401は例えばP型のシリコン基板、402、40
3はN+拡散層で形成されたソース及びドレイン、40
4はソース・ドレイン間のチャネル領域405上に設け
られたゲート絶縁膜(例えばSiO2膜)、406は電
気的に絶縁され電位的にフローティングの状態にあるフ
ローティングゲート電極、407は例えばSiO2等の
絶縁膜、408a、408b、408c、408dは入
力ゲートで電極である。図15(b)はνMOS動作を
解析するためにさらに簡略化した図面である。各入力ゲ
ート電極とフローティングゲート間の容量結合係数を図
のようにC1、C2、C3、C4、フローティングゲートと
シリコン基板間の容量結合係数をC0とすると、フロー
ティングゲートの電位ΦFは次式で与えられる。
【0050】ΦF=(1/CTOT)(C11+C22+C
33+C44) 但し、CTOT≡C0+C1+C2+C3+C41、V2、V3、V4は、それぞれ入力ゲート408a、
408b、408c、408dに印加されている電圧で
あり、シリコン基板の電位は0V、すなわちアースされ
ているとした。
【0051】今、ソース402の電位を0Vとする。即
ちすべての電極の電位をソース基準として測定した値と
する。そうすれば、図15に示したνMOSは、フロー
ティングゲート406を通常のゲート電極とみなせば通
常のNチャネルMOSトランジスタと同じであり、その
ゲート電位ΦFがしきい値(VTH *)より大となるとソー
ス402、ドレイン403間の領域405に電子のチャ
ネル(Nチャネル)が形成され、ソース・ドレイン間が
電気的に接続される。即ち、 (1/CTOT)(C11+C22+C33+C44)>
TH * の条件が満たされたときνMOSは導通(ON)するの
である。以上はNチャネルνMOSトランジスタについ
ての説明であるが、図15(a)において、ソース40
2、ドレイン403及び基板401をすべて反対導電型
にしたデバイスも存在する。即ち、基板はN型であり、
ソース・ドレインがP+拡散層で形成されたνMOSで
あり、これをPチャネルMOSトランジスタ(P−νM
OS)と呼ぶ。
【0052】次に図7のC−νMOSソースフォロワ3
15の動作について説明する。
【0053】νMOSトランジスタ311、312のフ
ローティングゲートからみた閾値をそれぞれVTN、VTP
とする。
【0054】フローティングゲート310の電位を
ΦFA、ノード308、309の電位をそれぞれV(30
8)、V(309)とすると、 となる。
【0055】今、説明を簡単にするためフローティング
ゲートと基板との容量C0がC0<<C1+C2の条件を満
たしており、C0が無視できると仮定する。即ち、CTOT
=C1+C2 と仮定する。C0がC1+C2と同程度の値
をとっても以下の説明は全く同様に成り立つことは言う
までもない。
【0056】図7の回路では、例えばC1:C2=1:
1、N−νMOS、P−νMOSのフローティングゲー
トから見た閾値をそれぞれ−1V、+1Vと設計されて
いる。これらの値も必要に応じて、その他の値に変更し
ても良いこととは言うまでもない。
【0057】ノード313はN−νMOS、P−νMO
Sの両方にとってソースとなり,N−νMOS、P−ν
MOSを流れる電流は,N−νMOS、P−νMOSと
もに飽和領域で動作しているとすると,それぞれ,k
{V(310)−V(313)−VTN}2,k{V(31
0)−V(313)−VTP}2となる。(k:定数,
TN:N−νMOSのフローティングゲートから見た閾
値,VTP:P−νMOSのフローティングゲートから見
た閾値)。
【0058】また,N−νMOS、P−νMOSを流れ
る電流は同じになるので,k{V(310)−V(31
3)−VTN}2=k{V(310)−V(313)−VTP}
2となり,VTN=−VTPなので、V(310)=V(3
13)となる。
【0059】つまり、この回路は、ソース電位がゲート
電位に追従して変化する電圧フォロワ回路になってい
る。ΦFA=V(308)/2+V(309)/2となる
ので、この電圧がノード313に出力される。
【0060】インバータ302、303の閾値を例えば
DD/4、3VDD/4に設定しておくと、VinとVout
の関係は図2(a)と同じになりスイッチ314をオン
にしてVoutをVinに帰還することによって3値の安定
点が生じる。
【0061】図8の回路も図7の回路においてインバー
タ302、303をそれぞれν−CMOSインバータ3
21、322に置き換えた例である。電源に接続された
ノード319は容量C1を通してフローティングゲート
317と結合している。またグランドに接続されたノー
ド320は容量C4を通してフローティングゲート31
8と結合している。ここでノード319、320は必ず
しもVDDやグランドに接続しなくてもよく、そのつど任
意の電源に接続してもよい。
【0062】ν−CMOSインバータ321、322の
フローティングゲートからみた閾値を例えばVDD/2と
しておき、C1/C2=1/2、C4/C3=1/2に設計
するとノード316からみたν−CMOSインバータ3
21、322の見かけ上の閾値はそれぞれVDD/4、3
DD/4になる。
【0063】このようにν−CMOSインバータをもち
いてその入力端子のひとつを所定の電源に接続すること
により任意の閾値を得ることができる。
【0064】いままで入力信号が一つの信号線によって
入力されている例を示してきたが入力信号は複数の信号
線を用いて入力されてもよい。図9に複数の信号線が入
力している例を示す。これは図8の入力ノード316を
複数に分割したものである。各入力には任意の信号が入
力される。
【0065】スイッチ群331、332は最初入力信号
323〜328側に接続されており、入力信号323〜
325、326〜328の平均値によりインバータの出
力329、330は決定され、それに応じて出力333
がきまる。
【0066】次にスイッチ群331、332を出力33
3側に接続するとそのときの出力329、330、33
3の状態がラッチされる。
【0067】(実施例4)本発明の第4の実施例を図1
0に示す。
【0068】図10は、第2の回路にも入力端子を設け
た例である。入力信号はノード336、337からぞれ
ぞれスイッチ338、339を通して入力され、ノード
335にそれに応じた電圧が出力される。例えばノード
336にVDD、337に0を入力するとノード335に
はVDD/2が出力されることになる。そのときインバー
タ344、345のノード334からみた閾値をそれぞ
れVDD/4、3VDD/4に設計しておくとノード34
2、343にはそれぞれVDD、0が出力される。よって
次にスイッチ338、339をオフにして入力を回路か
ら電気的に切り離してもその状態が安定してラッチされ
る。
【0069】(実施例5)図11に、本発明の第5の実
施例として、入力端子と帰還がかかる端子を分離した例
を示す。図11は入力端子と帰還がかかる端子を完全に
分離した例である。入力電圧はノード346から容量結
合を通してフローティングゲート349、350に伝達
される。初期状態として例えばノード346、349、
350の電圧を0にしてスイッチ347、348をオフ
にしておく。
【0070】ノード346をフローティングゲート34
9、350にたいしてC1/CTOT≒1、C2/CTOT≒1
の条件で容量結合させておくと、ノード346の電位が
フロ−ティングゲート349、350にそのまま現われ
ることになる。
【0071】インバータ356、357のフローティン
グゲート349、350からみた閾値をそれぞれ例えば
DD/4、3VDD/4に設計しておくとVINとVOUT
関係は図2(a)と同じになり出力VOUTをフローティ
ングゲート349、350にスイッチ347、348を
介して帰還することにより図2(b)に示されるのと同
様に多値の値を保持することができる。この場合一旦保
持状態になるとその後ノード346に入力している電圧
が変化しても保持されている値は変化することはない。
ここで入力ノード346は図9のような複数の入力であ
ってもよいことは言うまでもない。
【0072】(実施例6)本発明の第6の実施例を図1
2に示す。
【0073】図12の回路も図7の回路と同等な機能を
有している。図7において、インバータ306、307
およびCMOSソースフォロワ315が図12ではアナ
ログインバータ367に置き換っている。この回路の動
作を説明するためにまずアナログインバータの動作説明
をする。
【0074】図13は、入力端子数が1つのアナログイ
ンバータである。ここでノード368はν−CMOSイ
ンバータ372の端子371から見た見かけ上の閾値を
変化させるための端子である。端子371と368は容
量C1、C2を介してフローティングゲート369に接続
され、たとえばC1=C2に設計されているとする。
【0075】スイッチ373がオフのとき端子368の
電圧VIN2が0であれば端子371から見た閾値はVDD
になり、端子368の電圧がVDDであれば端子371か
ら見た閾値は0になる。VIN2を変化させたときのVIN1
とVOUTの関係を図14(a)に示す。図においてA,
B,C,D,Eの特性はそれぞれVIN2=VDD、3VDD
/4、VDD/2、VDD/4、0の特性である。
【0076】ここでスイッチ373をオンにするとV
IN1=VOUTが同時に満たされるのでそれぞれの電圧V
IN2における回路の動作点は図14(a)に示されるよ
うなインバータの特性とVIN=VOUTの交点になる。V
IN2=0のときVOUT=VDD、VIN2=VDD/4のとき、
OUT=3VDD/4、VIN2=VDD/2のときVOUT=V
DD/2、VIN2=3VDD/4のときVOUT=VDD/4、V
IN2=VDDのときVOUT=0になる。つまり、VOUTはV
DD−VIN2と等しくなる。
【0077】このようなスイッチ373をオンにしたと
きのVIN2とVOUTの関係を図14(b)に示している。
ν−CMOSインバータ372を構成しているPMOS
375とNMOS376の閾値をそれぞれ−VDD/2、
DD/2に設計するとVOUTはよりVDD−VIN2に正確に
一致するがこれらの閾値は必要に応じて変えてもよい。
またC1とC2の比率も必要に応じて変化してよいことは
言うまでもない。
【0078】ここで図12において、インバータ35
9、360の閾値はたとえばそれぞれVDD/4、3VDD
/4に、C1:C2:C3=2:1:1に設計している。
このときVOUTにはVDDから端子361と362の電圧
の平均を引き算した電圧が出るので、VINが0〜VDD
4のとき端子361、362の電圧はともにVDDとなり
OUT=VDD−(VDD+VDD)/2=0、VINがVDD
4〜3VDD/4のとき端子361、362の電圧は0、
DDとなりVOUT=VDD−(0+VDD)/2=VDD
2、VI Nが3VDD/4〜VDDのとき端子361、362
の電圧はともに0となりVOUT=VDD−(0+0)/2
=VDDになる。よってこの回路においてもVINとVOUT
の関係は図2(a)の関係になり、VOUTをVINに帰還
させることでやはり3値の安定状態が生じる。
【0079】(実施例7)本発明の第7の実施例を図1
6に示す。これはニュ−ロンMOSトランジスタを用い
て構成された2ビットA/Dコンバータを使った例であ
る。509で示される部分が2ビットA/Dコンバータ
で、510で示される部分は2ビットの信号を多値の信
号に変換するためのC−νMOSソースフォロワ回路で
ある。
【0080】VINとVOUTの関係を回路シミュレ−ショ
ンで計算した結果が図17に示されている。きれいなス
テップ状の特性が出ており、VINとVOUTを接続すると
4値の安定状態を持つメモリになることがわかる。
【0081】図18、19は実際にこの原理を用いた多
値のメモリを試作したチップ写真と回路図である。51
1は、図16において、VINとVOUTを接続した回路で
あり、512は外部から入力信号を回路に取り込むため
の回路である。
【0082】VWE(ΦWE)が”1”になったときにVIN
は回路に取り込まれ、VWE(ΦWE)が”0”になるとV
OUTは取り込まれたVINに最も近い安定状態まで変化し
てその値をラッチする。
【0083】図20は測定結果であり、Dで示される波
形はVINで、Eの波形はVWEであり、これが”1”のと
き、そのときのDの電圧が回路に取り込まれる。A,B
は2ビットA/Dコンバータの出力であり、CはVOUT
である。回路に取り込まれた電圧がラッチされているの
がわかる。
【0084】以上において述べたニューロンMOSトラ
ンジスタすべてにおいて、回路すべてにおいてフローテ
ィングゲートにスイッチをつけてフローティングゲート
の電位を任意の電位に適宜初期化してもよい。また電源
電圧、トランジスタの閾値、容量の比率や値は例として
あげられている値以外に適宜設計に応じて任意の値を用
いてよいことは言うまでもない。
【0085】
【発明の効果】本発明により、多値のメモリを簡単に実
現することが可能となり、しかも、ニューロンMOSト
ランジスタを用いることで極めて少数の素子でかつ電圧
モードで実現できるため、LSI化が容易となる。
【0086】従って、高速・実時間処理の要求される画
像処理の分野を始めとし、多値を用いた新しい回路アー
キテクチャなど、広範な応用分野を開拓することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す回路図である。
【図2】図1の回路の入力と出力の関係を示すグラフで
ある。
【図3】図1の回路で好適に用いられるCMOSスイッ
チを示す回路図である。
【図4】実施例1の回路の変形例を示す回路図である。
【図5】本発明の第2の実施例を示す回路図である。
【図6】図5の回路の入力と出力の関係を示すグラフで
ある。
【図7】本発明の第3の実施例を示す回路図である。
【図8】実施例3の回路の変形例を示す回路図である。
【図9】実施例3の回路の変形例を示す回路図である。
【図10】本発明の第4の実施例を示す回路図である。
【図11】本発明の第5の実施例を示す回路図である。
【図12】本発明の第6の実施例を示す回路図である。
【図13】アナログインバータを示す回路図である。
【図14】図13の回路の入力と出力の関係を示すグラ
フである。
【図15】νMOSの構造及び機能を示す概念図であ
る。
【図16】本発明の第7の実施例を示す回路図である。
【図17】図16の回路の入力と出力の関係を示すグラ
フである。
【図18】試作した多値メモリの写真である。
【図19】試作した多値メモリの回路図である。
【図20】多値メモリの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
108 スイッチ、 109、110、111、112 NMOSトランジス
タ、 113、114、115 抵抗、 116 演算増幅器、 117、118、119、120 CMOSインバー
タ、 125 演算増幅器入力端子、 127 CMOSスイッチ、 128 NMOS、 129 PMOS、 130 インバータ、 202 A/Dコンバータ、 211、212、214 抵抗、 217 スイッチ、 302、303、306、307 インバータ回路、 310 フローティングゲート、 311 NチャネルニューロンMOSトランジスタ、 312 PチャネルニューロンMOSトランジスタ、 314 スイッチ、 315 C−νMOSソースフォロワ、 317、318 フローティングゲート、 321、322 ν−CMOSインバータ、 331、332、338、339、347、348 ス
イッチ、 344、345 インバータ、 349、350、363、369 フローティングゲー
ト、 356、357、359、360 インバータ、 367 アナログインバータ、 372 ν−CMOSインバータ、 373 スイッチ、 401 シリコン基板、 402、403 ソース及びドレイン、 404 ゲート絶縁膜、 405 チャネル、 406 フローティングゲート電極、 407 絶縁膜、 408a、408b、408c、408d 入力ゲー
ト、 506〜508 インバータ、 509 A/Dコンバータ、 510 C−νMOSソースフォロワ回路、 512 外部から入力信号を回路に取り込むための回
路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/088 H03M 1/12 C (72)発明者 大見 忠弘 宮城県仙台市青葉区米ヶ袋2の1の17の 301

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力された第1の信号を所定の多値信号
    からなる第2の信号に変換して出力する回路であって、
    前記第2の信号を該回路に帰還入力せしめるようにした
    ことを特徴とする半導体回路。
  2. 【請求項2】 前記回路は、第1の信号を量子化された
    複数の信号からなる信号群に変換する第1の回路と、前
    記信号群を前記第2の信号に変換する第2の回路とから
    構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導
    体回路。
  3. 【請求項3】 前記第1の回路が反転しきい値の異なる
    複数のCMOSインバータで構成され、前記第2の回路
    が前記CMOSインバータの出力のうち1の数または0
    の数に応じた多値の信号を出力する機能を有することを
    特徴とする請求項2に記載の半導体回路。
  4. 【請求項4】 前記第1の回路は、入力信号を重みづけ
    された複数のバイナリ・デイジタルの信号に変換するA
    /Dコンバータにより構成され、前記第2の回路が重み
    づけされた複数のバイナリ・デイジタルの信号を多値の
    信号に変換するD/Aコンバータによって構成されてい
    ることを特徴とする請求項2に記載の半導体回路。
  5. 【請求項5】 前記第1の回路または/及び前記第2の
    回路は、基板上に設けられた一導電型の半導体領域と、
    この領域内に設けられた反対導電型のソース及びドレイ
    ン領域と、前記ソース及びドレイン領域を隔てる領域に
    絶縁膜を介して設けられた電位的にフローティング状態
    にあるフローティングゲート電極と、前記フローティン
    グゲート電極と絶縁膜を介して容量結合する複数の入力
    ゲ−ト電極と、を有するニューロンMOSトランジスタ
    を1個以上用いて構成されていることを特徴とする請求
    項2乃至4のいずれか1項に記載の半導体回路。
  6. 【請求項6】 前記第2の回路は、フローティングゲー
    トを共有し、ソースどうしが接続されたN型ニューロン
    MOSトランジスタとP型ニューロンMOSトランジス
    タとからなり、前記信号群が前記入力ゲートに接続さ
    れ、前記N型MOSトランジスタのドレインを前記P型
    MOSのドレインよりも高電位としたことを特徴とする
    請求項5に記載の半導体回路。
  7. 【請求項7】 前記第2の回路は、フローティングゲ−
    トを共有し、ドレインどうしが接続されたN型ニューロ
    ンMOSトランジスタとP型ニューロンMOSトランジ
    スタとからなり、前記信号群が前記入力ゲートに接続さ
    れ、前記P型MOSトランジスタのソースを前記N型M
    OSのソースよりも高電位としたことを特徴とする請求
    項5に記載の半導体回路。
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