Brevet FR2754119A1 — publié le 19980403

Dispositif et procédé de conversion de tension en rampe continue Pour réseau neuronal La présente invention concerne un dispositif et un procédé de conversion de tension en rampe continue du type contrôlé pour la mise en oeuvre d'un neurone dans un réseau neuronal et, plus particulièrement, un dispositif et un procédé de conversion de tension en rampe continue du type contrôlé, utilisant des commutateurs et des caractéristiques de conduction infraseuil de transistors à effet de champ MOS. Un neurone classique d'un réseau de neurones est mis en oeuvre au moyen d'un ordinateur numérique. Autrement dit, le résultat d'une opération numérique est utilisé comme sortie du neurone d'un réseau neuronal. Le neurone conventionnel a donc besoin d'effectuer un grand nombre d'opérations, ce qui pose un problème, à savoir que la vitesse de traitement du réseau neuronal diminue considérablement lorsque le nombre des neurones augmente. La présente invention a par conséquent pour but de proposer un dispositif et un procédé de conversion en rampe continue du type contrôlé en faisant appel à un circuit analogique en vue de mettre en oeuvre un fonctionnement continu d'une fonction de sortie neuronale ou d'une fonction en rampe, pour ainsi fournir des fonctions différentielles. Conformément à un premier aspect de la présente invention, ce but est atteint grâce à un dispositif de conversion en rampe continue du type contrôlé caractérisé en ce qu'il comprend un premier moyen de contrôle de tension destiné à recevoir une première tension de l'extérieur et à augmenter d'une manière non linéaire une tension à l'état chargé conformément à une fonction continue différentielle d'une fonction exponentielle; un second moyen de contrôle de tension destiné à recevoir une seconde tension de l'extérieur et à diminuer d'une manière non linéaire une tension à l'état chargé conformément à une fonction continue différentielle d'une fonction exponentielle; un moyen de charge destiné à charger un courant d'entrée et à fournir au second moyen de contrôle de tension et à l'extérieur la tension à l'état chargé qu'il a accumulée; et de multiples commutateurs destinés à relier l'extérieur et les premier et second moyens de contrôle de tension au moyen de charge pour fournir sélectivement une troisième tension de l'extérieur, une tension augmentée et une tension diminuée en fonction de la tension du moyen de charge. Conformément à un second aspect de la présente invention, ce but est également atteint grâce à un procédé de conversion en rampe continue du type contrôlé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à recevoir un courant d'entrée de l'extérieur, et à charger le courant d'entrée dans un moyen de charge; à recevoir des première et seconde tensions de l'extérieur; à comparer la première tension, la seconde tension et une tension de seuil avec la tension à l'état chargé du moyen de charge; à compenser la tension à l'état chargé du moyen de charge en fonction du résultat de la comparaison; et à délivrer la tension compensée du moyen de charge à l'extérieur. Ce qui précède, ainsi que d'autres buts, avantages et caractéristiques de la présente invention, ressortira plus clairement de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: Les figures la à lc sont des diagrammes représentant un transistor à effet de champ MOS et ses caractéristiques de conduction infraseuil; les figures 2a et 2b sont des diagrammes représentant un dispositif de conversion en rampe continue du type contrôlé et ses caractéristiques de transfert, selon la présente invention; et la figure 3 est un diagramme illustrant un exemple d'application d'un dispositif de conversion en rampe continue du type contrôlé, selon la présente invention. En référence aux figures et plus particulièrement à la figure 1, la figure la représente un transistor à effet de champ MOS et la figure lb des caractéristiques de transfert de celui-ci. Dans ce cas, le transistor à effet de champ MOS qui fonctionne dans une plage de caractéristiques de conduction infraseuil est configuré sous la forme d'une source de courant non linéaire. La figure lc représente des caractéristiques de conduction infraseuil engendrées lorsqu'une tension entre la grille et la source du transistor à effet de champ MOS est inférieure à une tension de seuil. La présente invention utilise comme référence les caractéristiques de conduction infraseuil. En se référant à la figure 2a, on peut voir un dispositif de conversion en rampe continue du type contrôlé, qui se compose de trois commutateurs analogiques Sl, S2 et S3 et de deux transistors M1 et M2 à effet de champ MOS. Les caractéristiques de transfert représentées sur la figure 2b peuvent être obtenues lorsque les premier et troisième commutateurs Sl et S3 sont en position inactive et que le second commutateur S2 est en position active. Le premier transistor M1 à effet de champ MOS reçoit une tension extérieure par l'intermédiaire de sa grille et de l'une de ses extrémités et augmente d'une manière non linéaire une tension à l'état chargé conformément à une fonction continue différentielle d'une fonction exponentielle. Le second transistor M2 à effet de champ MOS reçoit une tension extérieure par l'intermédiaire de l'une de ses extrémités et diminue d'une manière non linéaire la tension à l'état chargé conformément à une fonction continue différentielle d'une fonction exponentielle. Le premier commutateur analogique Sl est monté entre une borne d'entrée et un condensateur C. Lorsque le premier commutateur analogique Sl est en position active, la tension extérieure est introduite et accumulée dans le condensateur C. Le second commutateur analogique S2 est monté entre le condensateur C, l'autre extrémité du premier transistor M1, et la grille et l'autre extrémité du second transistor M2. Si le second commutateur analogique S2 est mis en position active, une tension d'entrée est accumulée dans le condensateur C, ou la tension accumulée dans le condensateur est fournie au transistor M2 à effet de champ MOS en fonction de la variation de tension. Le troisième commutateur analogique S3 est monté entre le condensateur C et une borne de sortie. Si ce troisième commutateur analogique S3 est mis en position active, la tension accumulée dans le condensateur C est délivrée en sortie par l'intermédiaire de la borne de sortie. Le condensateur dont l'une des extrémités est reliée aux commutateurs Sl, S2 et S3, tandis que l'autre est reliée à la masse, accumule la tension d'entrée et délivre en sortie sa tension en fonction du résultat de commutation des commutateurs. Si le premier commutateur analogique Sl reçoit un signal de l'extérieur et passe en position active, une tension VO accumulée sous la forme d'un courant ou d'une charge, selon le résultat de l'étape précédente, est appliquée au commutateur C et accumulée dans celui-ci. A ce moment-là, les second et troisième commutateurs S2 et S3 passent en position inactive, ce qui évite un effet sur le reste des circuits. Si le premier commutateur analogique Sl est en position inactive et si le second commutateur analogique S2 est en position active, on suppose alors que le courant qui traverse le premier transistor M1 et le courant qui traverse le second transistor M2 sont respectivement limités à une valeur minimale et à une valeur maximale. Si les premier et second commutateurs analogiques Sl et S2 sont en position inactive et si le troisième commutateur S3 est en position active, la tension Vo accumulée dans le condensateur C est alors délivrée en sortie. La polarité des transistors à effet de champ MOS utilisés dans le dispositif de conversion en rampe continue du type contrôlé est inchangée conformément au type P-/N-. Le fonctionnement du convertisseur de la présente invention va maintenant être décrit en détail. Si la tension Vo est inférieure à la tension obtenue en soustrayant une tension de seuil VT d'une basse tension VL, étant donné que le premier transistor M1 est satisfait par la valeur de la tension de seuil et est mis en position active, le courant circule de la source de tension VL au condensateur C. La tension du condensateur C est brusquement augmentée pour atteindre un potentiel électrique correspondant approximativement à VL. Par conséquent, VO devient égale à la basse tension VL. Si la tension Vo est supérieure à la tension obtenue en soustrayant la tension de seuil VT de la basse tension VL, et inférieure à la tension de seuil VT, des charges sont accumulées dans le condensateur C par une source de courant faible conformément aux caractéristiques de conduction infraseuil. La partie A entourée par un cercle sur la figure 2b correspond à cette augmentation de tension. A ce moment-là, la tension Vo peut être exprimée par l'équation suivante: VO=VOb+Is/(capacité de C) dans laquelle Vob représente la tension Vo juste avant que le second commutateur analogique S2 soit mis en position active, et I. peut être exprimé sous la forme de f(VL-VO). Si la tension V0 est supérieure à la basse tension VL et inférieure à une haute tension V,, étant donné que les premier et second transistors M1 et M2 fonctionnent à la manière d'une diode inverse, ils ne peuvent pas avoir d'effet sur la tension Vo du condensateur C. Si la tension Vo est supérieure à la haute tension VH et inférieure à la tension résultant de l'addition de la haute tension VH et de la tension de seuil VT, bien que la tension entre la grille et la source du second transistor M2 ne soit pas satisfaite par la tension de seuil VT, le second transistor M2 fonctionne dans une plage infraseuil dans laquelle un courant faible circule. Par conséquent, les charges accumulées dans le condensateur C circulent en direction de la source de tension VH. Le second transistor M2 fonctionne alors à la manière d'une source de courant proportionnelle de manière non linéaire à (VO- VH), et diminue de manière non linéaire la tension Vo. La partie B entourée d'un cercle sur la figure 2b correspond à cette variation de tension. A ce moment-là, la tension VO peut être exprimée par l'équation suivante: VO=VOb-Is/(capacité de C) dans laquelle Vob représente la tension Vo juste avant que le second commutateur analogique S2 soit mis en position active, et Is peut être exprimé sous la forme de f(VO-VH). Si la tension Vo est supérieure à la tension résultant de l'addition de la haute tension VH et de la tension de seuil VT, étant donné que la tension entre la grille et la source du second transistor M2 est satisfaite par la tension de seuil VT, ceci a pour effet que la source de tension V. est reliée directement au condensateur C. En d'autres termes, la tension du condensateur C diminue brusquement pour atteindre approximativement la haute tension VH. Par conséquent la tension Vo devient la haute tension VH. Le troisième commutateur analogique S3 est alors mis en position inactive et la tension VO accumulée dans le condensateur C est délivrée en sortie. La figure 3 représente un exemple d'application d'un dispositif de conversion en rampe continue du type contrôlé selon la présente invention. Dans l'application proposée à titre d'exemple, des transistors à effet de champ MOS sont utilisés pour les commutateurs représentés sur la figure 2. La configuration et le fonctionnement du circuit représenté sur la figure 3 sont identiques à ceux du circuit de la figure 2. Grâce à la présente invention, un circuit permettant un fonctionnement continu d'une fonction de sortie de réseau neuronal ou d'une fonction en rampe peut être mis en oeuvre d'une manière analogique et permettre d'obtenir une fonction de sortie différentielle pour exécuter un traitement en temps réel dans les neurones d'un réseau neuronal. L'invention permet donc une mise en oeuvre facile et une diminution du coût de fabrication des neurones à haute densité des réseaux neuronaux. Bien que la description précédente ait porté sur un mode de réalisation préféré de la présente invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée à l'exemple particulier décrit et illustré ici, et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de conversion en rampe continue du type contrôlé, caractérisé en ce qu'il comprend un premier moyen de contrôle de tension (M1) destiné à recevoir une première tension de l'extérieur et à augmenter d'une manière non linéaire une tension à l'état chargé conformément à une fonction continue différentielle d'une fonction exponentielle; un second moyen de contrôle de tension (M2) destiné à recevoir une seconde tension de l'extérieur et à diminuer d'une manière non linéaire une tension à l'état chargé conformément à une fonction continue différentielle d'une fonction exponentielle; un moyen de charge (C) destiné à charger un courant d'entrée et à fournir la tension à l'état chargé qu'il a accumulée au second moyen de contrôle de tension et à l'extérieur; et de multiples moyens de commutation (Sl, S2, S3) destinés à relier l'extérieur et les premier et second moyens de contrôle de tension au moyen de charge pour fournir sélectivement une troisième tension de l'extérieur, une tension augmentée et une tension diminuée en fonction de la tension du moyen de charge. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les multiples moyens de commutation comprennent un premier moyen de commutation (Sl) destiné à relier une borne d'entrée au moyen de charge (C) et à fournir la troisième tension de l'extérieur au moyen de charge; un second moyen de commutation (S2) destiné à relier les premier et second moyens de contrôle de tension (Ml, M2) au moyen de charge (C) et à fournir sélectivement la tension provenant du premier moyen de contrôle de tension ou la tension à l'état chargé accumulée dans le moyen de charge au moyen de charge ou au moyen de contrôle de tension en fonction de la tension du moyen de charge; et un troisième moyen de commutation (S3) destiné à relier le moyen de charge (C) à une borne de sortie et à fournir la tension à l'état chargé à la borne de sortie en fonction de la tension du moyen de charge. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premier, second et troisième moyens de commutation (S1, S2, S3) comprennent respectivement un transistor à effet de champ MOS. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier moyen de contrôle de tension (M1) reçoit la première tension de l'extérieur par l'intermédiaire de l'une de ses extrémités et de sa grille, et augmente d'une manière non linéaire la tension du moyen de charge conformément à une fonction continue différentielle d'une fonction exponentielle par l'intermédiaire du second moyen de commutation relié à son autre extrémité. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second moyen de contrôle de tension (M2) reçoit la première tension de l'extérieur par l'intermédiaire de l'une de ses extrémités et la tension du moyen de charge par l'intermédiaire du second moyen de commutation (S2) relié à sa grille et à son autre extrémité, et diminue d'une manière non linéaire la tension du moyen de charge (C) conformément à une fonction continue différentielle d'une fonction exponentielle. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de charge comprend un condensateur (C). 7. Procédé de conversion en rampe continue du type contrôlé, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à recevoir un courant d'entrée de l'extérieur et à charger le courant d'entrée dans un moyen de charge (C); à recevoir des première et seconde tensions de l'extérieur; à comparer la première tension, la seconde tension et une tension de seuil (VT) avec une tension à l'état chargé du moyen de charge; à compenser la tension à l'état chargé du moyen de charge en fonction du résultat de la comparaison; et à délivrer en sortie la tension compensée du moyen de charge (C) à l'extérieur. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de compensation comprend l'étape qui consiste à augmenter d'une manière non linéaire la tension à l'état chargé du moyen de charge (C) conformément à une fonction continue différentielle d'une fonction exponentielle. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de compensation comprend l'étape qui consiste à diminuer d'une manière non linéaire la tension à l'état chargé du moyen de charge (C) conformément à une fonction continue différentielle d'une fonction exponentielle.