[发明专利]一种用于RRAM存算一体芯片补码量化的模数转换电路

说明书

本发明涉及一种模数转换电路，尤其涉及一种用于RRAM存算一体芯片补码量化的模数转换电路，包括电流电压转换模块、八个采样开关、两个不对称电容阵列、一个比较器以及逻辑控制模块，其中电流电压转换模块将RRAM阵列输出电流转换为电压，通过一个采样开关与一个不对称电容阵列连接，其余七个采样开关与另一个不对称电容阵列连接，两个不对称电容阵列与比较器两个输入端连接，比较器输出端与逻辑控制模块连接，逻辑控制模块输出比较器控制时钟以及电容阵列控制信号，并输出量化结果。通过该种新型补码量化模数转换器，可以解决RRAM存算一体芯片在用于阵列乘加运算中多bit权重的补码量化问题，提高其运算速率与并行度，节省芯片面积。

技术领域

本发明涉及一种模数转换电路，尤其涉及一种用于RRAM存算一体芯片补码量化的模数转换电路。

背景技术

当前主流的计算机结构由于存储与计算模块的分立，面临着冯诺依曼瓶颈。以RRAM为基础的存内计算技术可以实现存储单元与逻辑单元的融合，突破冯诺依曼瓶颈，促进人工智能与集成电路技术的发展。而RRAM基存算一体芯片应用于人工智能应用中时，最为关键的一环是阵列的乘加运算，即输入信号与存储权重的乘加运算，以及结果的读出也就是量化，因此设计合理的权重存储方式与读出电路至关重要。

发明内容

本发明提供了一种用于RRAM存算一体芯片补码量化的模数转换电路，以解决RRAM阵列在乘加运算的补码量化问题，采用一种PN-DAC不对称的SAR ADC结构，其中P-DAC接收RRAM阵列中符号位输出，N-DAC接收RRAM阵列中数字位输出，并通过电荷重分配调节各位权重，最终实现RRAM阵列输出结果的补码量化。其具体技术方案如下：

一种用于RRAM存算一体芯片补码量化的模数转换电路，包括：电流电压转换模块和补码模数转换器，所述补码模数转换器包括：两个不对称电容阵列数模转换器、八个采样开关、一个比较器以及逻辑控制模块，所述电流电压转换模块将RRAM阵列输出电流转换为电压，通过一个采样开关与一个不对称电容阵列连接数模转换器，其余七个采样开关与另一个不对称电容阵列连接数模转换器，两个不对称电容阵列数模转换器分别接收RRAM阵列中符号位与数字位的输出信号，两个不对称电容阵列数模转换器的输出端与比较器两个输入端连接，比较器输出端与逻辑控制模块连接，逻辑控制模块输出比较器控制时钟以及电容阵列控制信号，并输出量化结果。

进一步的，所述RRAM阵列为2T1R RRAM阵列，其中每八列分为一组，采用同一行八个单元表示一个权重，其中第一个单元表示符号位，第二到八个单元表示数字位；输入数字信号通过行输入经过RRAM阵列，并通过列输出产生输出电流，进入电流电压转换电路，线性转换为电压信号，并通过采样开关被补码模数转换器采样获取。

进一步的，所述2T1R RRAM阵列，其阻变单元包含阻变电阻RRAM、选通管以及输出管，当对某个单元[n,m]进行读操作时，WL[n]上连接高电压打开选通管，同时选通管与RRAM形成分压结构，BL[m]与SL[m]之间施加正向0.5V电压，如果此时RRAM为低阻状态，则输出管栅端电压接近BL端读电压，输出管处于弱亚阈值区，输出100nA左右电流；如果此时RRAM为高阻状态，则输出管电压接近SL端地电压，输出管完全关断，没有电流输出。