如何制作模拟电压存储电路?

电器工程 电压 模拟 记忆
2022-01-12 00:47:17

我正在寻找一种电路,它可以在输入时记住某个电压,并且即使在输入被移除后也可以无限期地输出该电压。在提供新输入之前,电路不应改变其输出。

我知道可以通过对输入进行数字采样达到任意分辨率来制作这样的电路,但我想知道是否可以使用简单的模拟解决方案。

我还想保持这个解决方案纯电子,因为我还可以设想一个机械解决方案,其中反馈电路机械地控制电位器。

最后,理想情况下,我不希望电路依赖任何浮动输入的被动稳定性。电路应该稳定至少几个小时。

4个回答

这不是一个实际的答案,除非您碰巧在一家拥有 Intersil 等资源的公司工作,但存在使这项工作得以实现的技术。考虑一下ISL21080类型的参考,它可以保持电荷,希望在它们安装到的设备的使用寿命内,基于由量子隧道效应隔离的微小电容。只要它们不会受到太多 X 射线等的影响,它们将保持多年稳定。例如,参见本应用笔记

在此处输入图像描述

我可能会添加这种东西给我的威利斯。

对于普通的应用程序,数字化很可能是要走的路。

EEPROM 技术在 1980 年代初期分为两个分支 - 一个是 Intel 和 Seeq 的薄氧化物 (FLOTOX),另一个是厚氧化物 (Xicor)。在早期,两条路线都有弱点。薄氧化物泄漏电荷和厚氧化物本质上不可能缩放。还有其他问题,但它们不适用于这里。

鉴于厚氧化物不会“泄漏”电子,我向 Xicor 的设计人员询问了单个厚氧化物电池的理论分辨率,如果我们不考虑感应放大器的限制,他们说它可以接近 1ppm(大约 20 位) . 由于我还与 LTC 相关联,LTC 是精密电压基准的领导者之一,它本身就耗电,这使我认为单个 EEPROM 单元可以适应高精度和极低功耗的电压基准。我的长期想法是,这项技术可以进一步开发用于 AI,并与 n 个扇出非阻塞、可重新配置的非易失性多路复用器结合使用。

快进大约 15 年——Xicor 最终开发出这样的设备,随后被 Intersil 收购。鉴于无法扩展,长期愿景可能不切实际。但是,当与软件软件可重新配置多路复用器结合使用时,其他技术可以实现这一愿景。

该设备确实存在,尽管它不容易以单个单位数量提供,但它的输出放大器会妨碍并且非常非线性。

它是一种浮栅 MOSFET,用于闪存、EEPRom 等。由于 FN 隧道 (Fowler Nordheim) 将在裸片上发生变化,因此编程费用可能会发生变化,尽管有些不可预测。虽然是非线性的,但它是一种比例效应,因此您可以想象设计一个将编程效应(Vth 偏移)线性化的电路。它会在数周到数月内保持稳定,因此它可以满足您说需要的小时数要求。

但很大程度上取决于您需要的规格、可接受的漂移量等。

为了清楚起见,我说的是单个设备/晶体管,而不是完整的组件,因为 Flash 的支持电路会阻止您以这种方式操作单元。

这里有 3 篇来自EDN文章的参考资料,其中提到了一家名为 GTronix 的公司,该公司已被 National Semi(现为 TI)收购。

Lee、BW、BJ Sheu 和 H Yang,“用于通用 VLSI 神经计算的模拟浮栅突触”,IEEE Transactions on Circuits and Systems,第 38 卷,第 6 期,1991 年 6 月,第 654 页。

Fujita, O 和 Y Amemiya,“用于神经网络的浮栅模拟存储设备”,IEEE Transactions on Electron Devices,第 40 卷,第 11 期,1993 年 11 月,第 2029 页。

Smith, PD, M Kucic 和 P Hasler,“模拟浮栅阵列的精确编程”,IEEE 国际电路和系统研讨会,第 5 卷,2002 年 5 月,第 V-489 页。

还有另一类器件,称为 MNOS 晶体管(金属氮化物氧化物半导体),其中栅极中有两种电介质,其中一种是具有很多陷阱的 Si3N4。该设备的操作与上面的闪存单元非常相似。

我发表了评论并考虑了一分钟,并满怀希望地说它不存在 - 有些偏离“采样”电压不仅可能而且是确定的。分辨率似乎很关键(正如您的问题所暗示的那样),这就是我说它不存在的原因。噪声是另一个会降低采样保真度的因素。

即使是数字系统(具有足够的分辨率)在再现您显然“存储”的电压时也会不准确。任何受到限制的事情都会成为问题。电位器的想法(在问题中提出)也存在缺陷,因为它依赖于保持(或复制)其端子上的参考电压 - 你无法知道这些东西是如何微小的漂移,但同样,这一切都取决于接受错误或拒绝那个错误。