二进制加权电荷再分配电路的自适应稳定时间控制的制作方法

本申请案要求于2020年11月7日所申请的名称为“二进制加权电荷再分配电路的自适应稳定时间控制(adaptive settling time control for binary-weighted chargeredistribution circuits)”的美国非临时申请第17/092,227号的优先权，此美国非临时申请案要求于2020年10月8日所申请的名称为“二进制加权电荷再分配电路的自适应稳定时间控制(adaptive settling time control for binary-weighted chargeredistribution circuits)”的美国临时申请第63/089,491号的权益，其全部内容(包括附录)出于所有目的通过引用整体并入本文中。本公开内容一般涉及使用二进制加权电容器阵列的串行电荷再分配。具体来说，本公开内容涉及与二进制加权阵列中的电容器相关联的开关的自适应时序控制。

背景技术：

1、可将向量矩阵乘法运算定义为向量和矩阵的乘积之和。具体而言，等式1可用于定义向量矩阵乘法运算，其中对乘积求和。

2、y＝∑iwijxi  等式1

3、在等式1中，xi是由值(在电子环境中可使用二进制位表示)组成的输入向量，及wij表示矩阵加权值。y是乘积向量相加得到的输出向量。此公式在各种信号处理、图像处理和人工智能应用中都有应用，如在神经网络的使用中。

4、当以数字方式执行此等式时，执行此等式会消耗大量的处理资源和/或能量。传统的模拟部件或数字与模拟混合部件可能需要相对大量的时钟周期和/或相对大的空间来实现。

技术实现思路

1、在一些实施方式中，用于执行向量矩阵乘法的方法可包括以下步骤:使用多个一位数字转模拟转换器(dac)将包括多个二进制编码值的数字输入向量转换为多个模拟信号。方法还可包括以下步骤:使用模拟向量矩阵乘法器，针对多个模拟信号的每个位序，使用加权矩阵顺序地执行向量矩阵乘法运算。对于每个顺序执行的向量矩阵乘法运算，方法可进一步包括以下步骤:操作多个开关中的对应于当前的位序的开关。操作开关可使与模拟向量矩阵乘法器的输出对应的值存储在多个电容器中的电容器上，且电容器可对应于当前的位序。操作开关期间的时间间隔可能与操作多个开关中的其他开关的时间间隔不一致。时间间隔可至少部分地基于电容器的稳定时间。方法还可包括对存储在多个电容器上的值执行位序加权求和，以生成向量矩阵乘法的结果。

2、在任何实施方式中，可包括以下特征中的任何或所有特征的任何组合且不受限制。方法可另外包括以下步骤:操作重置开关，重置开关在产生向量矩阵乘法的结果之后清除存储在多个电容器上的值。模拟向量矩阵乘法器的输出可包括模拟电流。对于每一个顺序进行的向量矩阵乘法运算，可通过驱动电路将模拟电流转换为模拟电压，且可将模拟电压存储在电容器上。执行位序加权求和的步骤可包括以下步骤:操作多个开关以再分配存储在多个电容器上的电荷，且测量多个电容器两端的电压，其中可并联布置多个电容器。可在操作期间测量电容器的稳定时间，且可在测量之后基于稳定时间来动态调整时间间隔。多个电容器可具有随每个位序加倍的电容值。

3、在一些实施方式中，用于存储和聚合顺序的位序结果的方法可包括以下步骤:从位序操作中顺序地接收多个位序结果；在多个时间间隔期间，将对应于多个位序结果的值顺序地存储在多个储能元件上，及控制多个时间间隔的长度，使得多个时间间隔的长度不一致。

4、在任何实施方式中，可包括以下特征中的任何或所有特征的任何组合且不受限制。多个时间间隔的长度可在长度上从最高有效位(msb)减小到最低有效位(lsb)。多个储能元件可与多个开关中的对应开关配对。可通过顺序地闭合多个开关中对应于位序的开关来控制多个时间间隔的长度。多个时间间隔可包括重置时间间隔，在重置时间间隔期间，存储在多个储能元件上的值被清除。多个时间间隔可进一步包括求和时间间隔，在求和时间间隔期间，存储在多个储能元件上的值被再分配。多个时间间隔可进一步包括存储时间间隔，在存储时间间隔期间，对应于多个位序结果的值被存储在多个储能元件上。存储时间间隔可具有比求和时间间隔或重置时间间隔短的一致长度。多个时间间隔可进一步包括存储时间间隔，在存储时间间隔期间，可将与多个位序结果对应的值存储在多个储能元件上。存储时间间隔可具有不同于求和时间间隔和重置时间间隔的非一致长度。

5、在一些实施方式中，顺序位序求和电路可包括:用于从位序运算接收多个位序结果的输入；多个电容器，用于存储与通过输入接收到的与位序结果相对应的值；多个开关，控制多个电容器中的哪一者在多个时间间隔期间存储与位序结果相对应的值，及控制器，控制多个时间间隔的长度使得多个时间间隔的长度不一致。

6、在任何实施方式中，可包括以下特征中的任何或所有特征的任何组合且不受限制。控制器可包括处理器和/或状态机。多个电容器可与多个开关配对。可基于多个电容器的稳定时间来控制多个时间间隔。

技术特征：

1.一种执行向量矩阵乘法的方法，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：操作重置开关，所述重置开关在产生所述向量矩阵乘法的所述结果之后清除存储在所述多个电容器上的所述值。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述模拟向量矩阵乘法器的所述输出包括模拟电流。

4.如权利要求3所述的方法，进一步包括以下步骤：对于每个顺序执行的向量矩阵乘法运算，通过驱动电路将所述模拟电流转换为模拟电压，且将所述模拟电压存储在所述电容器上。

5.如权利要求1所述的方法，其中执行所述位序加权求和的步骤包括以下步骤：

6.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

7.如权利要求1所述的方法，其中所述多个电容器的电容值随着每个位序而加倍。

8.一种用于存储和聚合顺序的位序结果的方法，所述方法包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的方法，其中所述多个时间间隔的所述长度在长度上从最高有效位(msb)减小到最低有效位(lsb)。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述多个储能元件与多个开关中的对应开关配对。

11.如权利要求8所述的方法，其中通过顺序地闭合对应于位序的所述多个开关中的开关来控制所述多个时间间隔的所述长度。

12.如权利要求8所述的方法，其中所述多个时间间隔包括重置时间间隔，在所述重置时间间隔期间，存储在所述多个储能元件上的所述值被清除。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述多个时间间隔进一步包括求和时间间隔，在所述求和时间间隔期间，存储在所述多个储能元件上的所述值被再分配。

14.如权利要求13所述的方法，其中：

15.如权利要求13所述的方法，其中：

16.一种顺序位序求和电路，包括：

17.如权利要求16所述的求和电路，其中所述控制器包括处理器。

18.如权利要求16所述的求和电路，其中所述控制器包括状态机电路。

19.如权利要求16所述的求和电路，其中所述多个电容器与所述多个开关配对。

20.如权利要求16所述的求和电路，其中基于所述多个电容器的稳定时间来控制所述多个时间间隔。

技术总结
一种用于执行向量矩阵乘法的方法和电路可包括使用一位DAC将二进制编码值的输入向量转换为模拟信号，并针对每个位序顺序地执行向量矩阵乘法运算。方法进一步可包括以下步骤:对于每个顺序执行的操作，操作对应于当前位序的开关。操作开关可导致对应于乘法器的输出的值存储在对应于当前位序的电容器上。操作开关的时间间隔可能与其他开关的时间间隔不一致，且时间间隔可至少部分地基于电容器的稳定时间。方法进一步可包括以下步骤:执行存储在多个电容器上的值的位序加权求和，以生成向量矩阵乘法的结果。

技术研发人员：颜世骅,张小峰
受保护的技术使用者：应用材料公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13