[發明專利]一種用于RRAM存算一體芯片補碼量化的模數轉換電路

有效

• 申請號: 202111567676.5
• 申請日: 2021-12-21
• 公開（公告）號: CN113949385B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 張程高;時拓;顧子熙;高麗麗;王志斌;李一琪
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: H03M7/04
• 分類號: H03M7/04
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 孫孟輝

本發明涉及一種模數轉換電路，尤其涉及一種用于RRAM存算一體芯片補碼量化的模數轉換電路，包括電流電壓轉換模塊、八個采樣開關、兩個不對稱電容陣列、一個比較器以及邏輯控制模塊，其中電流電壓轉換模塊將RRAM陣列輸出電流轉換為電壓，通過一個采樣開關與一個不對稱電容陣列連接，其余七個采樣開關與另一個不對稱電容陣列連接，兩個不對稱電容陣列與比較器兩個輸入端連接，比較器輸出端與邏輯控制模塊連接，邏輯控制模塊輸出比較器控制時鐘以及電容陣列控制信號，并輸出量化結果。通過該種新型補碼量化模數轉換器，可以解決RRAM存算一體芯片在用于陣列乘加運算中多bit權重的補碼量化問題，提高其運算速率與并行度，節省芯片面積。

技術領域

本發明涉及一種模數轉換電路，尤其涉及一種用于RRAM存算一體芯片補碼量化的模數轉換電路。

背景技術

當前主流的計算機結構由于存儲與計算模塊的分立，面臨著馮諾依曼瓶頸。以RRAM為基礎的存內計算技術可以實現存儲單元與邏輯單元的融合，突破馮諾依曼瓶頸，促進人工智能與集成電路技術的發展。而RRAM基存算一體芯片應用于人工智能應用中時，最為關鍵的一環是陣列的乘加運算，即輸入信號與存儲權重的乘加運算，以及結果的讀出也就是量化，因此設計合理的權重存儲方式與讀出電路至關重要。

發明內容

本發明提供了一種用于RRAM存算一體芯片補碼量化的模數轉換電路，以解決RRAM陣列在乘加運算的補碼量化問題，采用一種PN-DAC不對稱的SAR ADC結構，其中P-DAC接收RRAM陣列中符號位輸出，N-DAC接收RRAM陣列中數字位輸出，并通過電荷重分配調節各位權重，最終實現RRAM陣列輸出結果的補碼量化。其具體技術方案如下：

一種用于RRAM存算一體芯片補碼量化的模數轉換電路，包括：電流電壓轉換模塊和補碼模數轉換器，所述補碼模數轉換器包括：兩個不對稱電容陣列數模轉換器、八個采樣開關、一個比較器以及邏輯控制模塊，所述電流電壓轉換模塊將RRAM陣列輸出電流轉換為電壓，通過一個采樣開關與一個不對稱電容陣列連接數模轉換器，其余七個采樣開關與另一個不對稱電容陣列連接數模轉換器，兩個不對稱電容陣列數模轉換器分別接收RRAM陣列中符號位與數字位的輸出信號，兩個不對稱電容陣列數模轉換器的輸出端與比較器兩個輸入端連接，比較器輸出端與邏輯控制模塊連接，邏輯控制模塊輸出比較器控制時鐘以及電容陣列控制信號，并輸出量化結果。

進一步的，所述RRAM陣列為2T1R RRAM陣列，其中每八列分為一組，采用同一行八個單元表示一個權重，其中第一個單元表示符號位，第二到八個單元表示數字位；輸入數字信號通過行輸入經過RRAM陣列，并通過列輸出產生輸出電流，進入電流電壓轉換電路，線性轉換為電壓信號，并通過采樣開關被補碼模數轉換器采樣獲取。

進一步的，所述2T1R RRAM陣列，其阻變單元包含阻變電阻RRAM、選通管以及輸出管，當對某個單元[n,m]進行讀操作時，WL[n]上連接高電壓打開選通管，同時選通管與RRAM形成分壓結構，BL[m]與SL[m]之間施加正向0.5V電壓，如果此時RRAM為低阻狀態，則輸出管柵端電壓接近BL端讀電壓，輸出管處于弱亞閾值區，輸出100nA左右電流；如果此時RRAM為高阻狀態，則輸出管電壓接近SL端地電壓，輸出管完全關斷，沒有電流輸出。