專利名稱：用于確定參考點和數(shù)據(jù)點間距離的電子電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電子電路。更確切地說，盡管不是唯一地，涉及一種用于確定參考點和數(shù)據(jù)點之間距離的電子電路。
在現(xiàn)有技術領域中用于確定歐幾里德距離的電子電路是公知的。這種電路具有的存儲量與一個參考點相對應，并且接收代表一數(shù)據(jù)點的信號作為輸入。它產生代表輸入信號和存儲的量之間的距離的一個測量值。這種電路常應用于計算歐幾里德距離要占用極為大量的計算容量的場合。在視覺的和語音的識別中，連同其它形式的圖形識別，需要確定在大量的輸入數(shù)據(jù)點與參考點的大容量數(shù)據(jù)庫之中的每一點之間的歐幾里德距離。
在Churcher等人于1993年9月在電子通訊29(18)的1663-1665頁上所著的“用于輻射或基本函數(shù)(Radial Basis Function)網(wǎng)絡的可編程模擬VLSI”中，介紹了一種跨導放大器，能產生一輸出電流，其與輸入電壓和電容維持的存儲電壓之間的差值(距離)的平方成比例。這種放大器產生近似于輸入和存儲電壓之間的歐幾里德距離的平方的一個近似值。但它不適合于例如需要大量的距離測量電路的圖形識別應用。它包含4個晶體管；其中兩個晶體管明顯寬于另外兩個，并且它們在構成大的陣列方面以及當在飽和區(qū)運行時的高的功率消耗都會遇到難題。
在’Neural Networks第2卷395-403頁(1989)上由Hartstein和Koch所著“能夠通過舉例形成組合的中間網(wǎng)絡”公開了一種雙晶體管電路，用在中間網(wǎng)絡中，反映電壓輸入與存儲的數(shù)據(jù)或學習的數(shù)值之間的差。該電路包含兩個金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，一個n溝道MOSFET和一個P溝道MOSFET。各MOSFET按照對稱的配置并聯(lián)，以便得到對于中間網(wǎng)絡的對稱的輸出函數(shù)。Hartstein和Koch并沒有涉及歐幾里德距離的確定，而是涉及輸出函數(shù)的對稱性。這種對稱性需要P溝道和n溝道器件特性的嚴密匹配，但由于載流子遷移率和其它物理特性的不同，做到這點是極為困難的。如果不能實現(xiàn)匹配，電路的輸出是不對稱的，不適用于歐幾里德距離確定。
Castro和Park已經設計了一種雙晶體管元件(US4999525)。它采用兩個浮動柵極晶體管來實現(xiàn)在兩種數(shù)字模式之間的“亦或”運算。兩個元件級聯(lián)在一起，以便計算輸入失量和存儲的參考矢量之間的漢明距離。該元件需要一個單獨的高增益反相器，以與輸入矢量互補，限制該元件進行數(shù)字運算。
在Anderson等人在Morgan Kaufmann 1993的神經信息處理系統(tǒng)的進展5中的建議“用于放射式基本函數(shù)(Radial Basis Function)的模擬VLSP芯片”的論文中，公開了一種具有可調閾值的反相器的距離確定芯片。利用例如由SMSze在“半導體器件物理”第496頁上(Wiley第二版1981)上介紹的浮動柵極器件來設定該閾值。這種器件采用非雪崩注入和隧道效應的組合來編程。
Anderson等人的電路存在的一個主要缺點是它的輸出并不與真正的歐幾里德距離或歐幾里德距離的平方相對應，而是僅在峰值電流區(qū)域中，輸出電流接近一個二次函數(shù)。在Anderson等人的的實施方案中，僅在小于0.35V的很窄的輸入電壓的范圍內這種近似才是有效的。
每一種上述現(xiàn)有技術存在如下缺點中的至少一個缺點，這些缺點是需要大的芯片面積，高的功率損耗，限定窄的輸入電壓范圍或者僅按數(shù)字方式實施。因此，需要電路結構小型化、該電路在常用的輸入電壓范圍內可運行，以及適合按模擬方式實施。
本發(fā)明的一個目的是提供另外一種結構的電子電路，它適合于進行距離確定，例如歐幾里德范數(shù)。
本發(fā)明提供的電子電路包含(i)第一和第二閾值電壓可編程晶體管，每個晶體管的漏極連接到公共輸出端；(ii)輸入裝置，用于將模擬輸入電壓提供到第一閾值可編程晶體管的控制柵極，該模擬電壓對應于各參考點和數(shù)據(jù)點的位置，其特征在于，該電路還包含(i)一模擬互補電壓施加裝置，用于當將模擬輸入電壓施加到第一閾值可編程晶體管上時，向第二閾值可編程晶體管提供一個互補的模擬電壓，該互補的電壓實際上是施加到第一閾值可編程晶體管上的模擬輸入電壓的互補量；
(ii)可編程裝置，用于向第一和第二閾值電壓可編程晶體管上提供預定的可編程電壓，這樣，結合提供可編程電壓提供代表參考點的模擬輸入電壓，以及連續(xù)提供代表數(shù)據(jù)點的模擬輸入電壓，使得在公共輸出端上輸出一作為參考點和數(shù)據(jù)點之間距離的函數(shù)的電流。
按照晶體管在閾值之上還是在閾值之下，由晶體管輸出的電流是輸入電壓和參考電壓之間差值的平方或是指數(shù)函數(shù)。
本發(fā)明具有優(yōu)點在于，它提供代表輸入和參考電壓的數(shù)據(jù)點和參考點間的距離的測量值，并且能夠按低功率需求以小型緊湊的形式構成。它很好地適合于重現(xiàn)，形成用于進行多個和多維歐幾里德距離確定的電路陣列。
本發(fā)明可以包括按二極管連接的負載晶體管，其配置適于接收來自公共輸出端的電流，并產生一個與輸入電壓和參考電壓之間差值成比例的輸出電壓。
本發(fā)明還可以包括一個裝置，用于周期性更新代表在第一和第二晶體管的浮動柵極上的參考點的電荷。該更新裝置可以包括一更新用晶體管，其配置適于響應于驅動信號，將電荷耦合到第一和第二晶體管的浮動柵極上。
本發(fā)明可以安排成低閾值工作和低功率消耗運行。
按照另一方面，本發(fā)明提供的一種電子電路包括兩個閾值可以編程晶體管，其特征在于該電路還包括(1)一個對晶體管閾值進行編程的裝置，使得每個晶體管可操作，使形成的輸出電流根據(jù)晶體管工作在閾值之上還是在閾值之下與參考電壓和輸入電壓之間差值的平方或指數(shù)函數(shù)成比例；(2)一個模擬電壓施加裝置，用于將各自的輸入電壓同時施加到二個晶體管，一個輸入電壓是另一個輸入電壓的互補量；以及(3)一個對二個晶體管的輸出電流求和的裝置。
在一個優(yōu)選實施例中，本發(fā)明提供的電子電路包括兩個金屬氧化物硅場效應晶體管(MOSFET)，每種類型的晶體管包含一個控制柵極和一個浮動柵極，其特征在于，該電路還包括(a)一個在兩浮動柵極上存儲電荷的裝置，使得每個MOSFET可操作，以便根據(jù)晶體管工作在閾值以上還是在閾值以下形成的漏極-源極電流與參考電壓和輸入電壓之間差值的平方或指數(shù)函數(shù)成比例；(b)一個將二輸入電壓同時施加到二MOSFET的控制柵極的裝置，一個輸入電壓是另一個電壓的互補量；以及(c)一個對二MOSFET的漏極-源極電流求和的裝置。
每個晶體管的電流輸出端可以引到轉接裝置，轉接裝置連接到閾值編程裝置和電流求和裝置，以便響應于預定的編程閾值的獲得變?yōu)榭刹僮鞯?，從而將晶體管輸出電流由閾值編程裝置轉接到電流求和裝置。
本發(fā)明的各電路可以連接構成行和列的陣列，每個電路連接到一對與它的列相關聯(lián)的數(shù)據(jù)輸入線，還連接到閾值編程線和轉接驅動線，后兩種都與它的列相關聯(lián)。
按照再一個方面，本發(fā)明提供電子電路的陣列。每個電子電路包含一對閾值可編程晶體管，其特征在于，該陣列包括(a)各個編程裝置，用于改變每個晶體管的閾值，編程裝置響應于相應晶體管的輸出電流，以便按照晶體管工作在閾值電壓以上還是在閾值以下，使晶體管輸出電流是參考電壓和輸入電壓之間差值的平方或是指數(shù)函數(shù)。
(b)輸入裝置，用于將各自的輸入電壓同時輸入到每對中的晶體管，加到每對晶體管上的二輸入電壓的其中之一是另一個電壓的互補量；(c)求和裝置，用于將二晶體管的輸出電流相加；(d)各自的轉接裝置，它們連接適于接收每個晶體管的輸出電流，并且操作以響應于晶體管提供的預定的閾值而獲得，將來自編程裝置的晶體管輸出電流轉接到求和裝置。
按照再一個方面，本發(fā)明提供一種電子電路的陣列，每個該電子電路包含一對MOSFET，每種MOSFET包含一個控制柵極和浮動柵極，其特征在于，該陣列包含(a)各個編程裝置，用于在每個浮動柵極存儲電荷，該編程裝置響應于各自的MOSFET的漏極-源極電流，以便根據(jù)MOSFET是工作在閾值之上還是在閾值之下，為MOSFET提供漏極-源極電流，該電流為參考電壓和輸入電壓之間差值的平方或指數(shù)函數(shù)。
(b)輸入裝置，用于將各自的輸入電壓同時施加到每對MOSFET上，每對輸入電壓中的一個電壓是另一個電壓的互補量；
(c)求和裝置，用于將各MOSFET的漏極-源極電流相加；(d)各自的轉接裝置，其連接適于接收每個MOSFET的漏極-源極電流，并可操作以響應于由MOSFET各自的預定閾值的獲得，將來自編程裝置的電流轉接到求和裝置。
按照再一個方面，本發(fā)明提供一種用于確定由模擬電壓代表的兩個點間距離的方法，包含的步驟有(a)提供一個包含兩個連接到公共電流輸出端上的閾值電壓可編程晶體管；(b)對晶體管的閾值電壓進行編程，以便使由晶體管提供的輸出電流為已編程的參考電壓和互補方式的連續(xù)的晶體管輸入電壓之間的差值的函數(shù)，以及(c)將二模擬輸入電壓施加到晶體管，其中一個電壓是另一個電壓的互補量。
按照再一個方面，本發(fā)明提供一種用于確定由模擬電壓代表的兩個點間距離的方法，包含的步驟有(a)提供一個包含兩個連接到電流求和裝置上的閾值電壓可編程晶體管的電路，(b)配置二晶體管，以使它們提供的輸出電流是已編程的參考電壓和以互補方式的連續(xù)的晶體管輸入電壓之間差值的平方或指數(shù)函數(shù)，以及(c)將二模擬輸入電壓施加到二晶體管上，其中一個電壓是另一個電壓的互補量。
為了更全面地理解本發(fā)明，下面參照附圖，介紹它的一個實施例。其中

圖1是本發(fā)明的電路的示意圖；圖2是對于圖1中的電路的漏極-源極電流相對于輸入電壓的曲線圖；圖3是對于圖1中的電路的輸出電壓相對于輸入電壓的曲線圖；圖4是對于圖1中電路的按低閾值工作進行說明的輸出電流相對于輸入電壓的曲線圖；圖5是適用于可更新編程的本發(fā)明的電路的示意圖；圖6是表示在編程時采用反饋的電路陣列的示意圖；
圖7、8、9說明在對圖6中的電路編程過程的曲線圖；以及圖10是在編程時采用反饋的本發(fā)明的再一個實施例的示意圖。
參閱圖1，該圖表示一個總體用10表示的本發(fā)明的電子電路圖。電路10包含第一和第二金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)M1和M2。MOSFET M1和M2是浮動柵極型器件，在Wiley的第二版的“半導體器件物理”(1981)的496頁上通常用SMSze概略表示。MOSFET M1具有浮動柵極F1和控制柵極G1，同樣MOSFET M2具有浮動柵極F2和控制柵極G2。在IEEE電子器件通訊第12卷第3期中(1991.3)。Thomsen和Brooke已經推算在硅MOSFET中的浮動柵極會按每26年失去0.1％的速率損失電荷。因此，利用在浮動柵極F1和F2上的電荷代表的數(shù)據(jù)希望能持續(xù)下去。
MOSFET M1和M2是并聯(lián)的NMOS晶體管。用于確定數(shù)據(jù)點和參考點之間的距離。數(shù)據(jù)點用一個電壓和它的互補量組成的輸入信號來代表，這二個電壓同時施加到控制柵極G1和G2上。參考點用存儲在浮動柵極F1和F2上的電荷來代表。MOSFET M1和M2具有各自的漏極D1和D2，它們一起連接到一個公共的漏極節(jié)點12。M1和M2還有各自的源極S1和S2，它們一起連接到公共源極節(jié)點14處接地。
第三MOSFET M3作為一種常規(guī)的PMOS器件，具有的漏極D3連接到公共漏極節(jié)點12和控制柵極G3。因此，它構成為并聯(lián)的兩個MOSFET M1和M2的按二極管連接方式的負載。其源極S3連接到電源線16的電壓VDD上，該電壓相對于在公共的源極節(jié)點14的接地點為正。浮動柵極F1和F2具有連接到各自的參考值輸入線18和20上的耦合電容C1和C2，線18和20的配置能向各自的電容C1和C2因而也就是向浮動柵極F1和F2提供電壓Vmatch。
電路10具有不透射UV覆蓋層(未表示)，利用該覆蓋層分別在位于浮動柵極/電容組合部分F1/C1和F2/C2的上方形成透射紫外線(UV)的窗口UV1和UV2。窗口UV1和UV2便于利用UV分別照射組合的浮動柵極F1和電容C1以及組合的浮動柵極F2和電容C2。數(shù)據(jù)輸入線22和24連接到相應的控制柵極G1和G2。配置輸入線22在于向控制柵極G1提供電壓Vdata，配置數(shù)據(jù)線24在于向控制柵極G2提供一等于(VDD－Vdata)的電壓，Vdata對應于一數(shù)據(jù)點的電壓，(VDD－Vdata)對應于它的互補量。Vdata的數(shù)值處于0到VDD的范圍內。利用常規(guī)的增益為1的能由VDD減去Vdata的差分放大器，可以產生該互補的電壓。一種適合的放大器表示在劍橋大學學報(1980.ISBN 0521231515)的第99頁上P.Horowitzs和W.Hiu的論文中。
下面，一般地介紹電子電路(10)的工作情況，其后提供理論分析。目的是確定一個數(shù)據(jù)點和一組參考點之間的歐幾里德距離d。MOSFET浮動柵極F1和F2的功能是一個模擬式存儲器件，電荷注入并存儲在其上。存儲的電荷對應于預定的參考點。
利用可UV激勵形成導通的作用將電荷引入到浮動柵極F1和F2上。電路10利用僅通過窗口UV1和UV2的UV射線進行照射。這就使得電容C1和C2導通，即由于UV射線在絕緣材料中的激勵導通作用，電容器形成漏電流。因而在參考輸入線18和20上的電壓分別經過新導通的電容C1和C2施加到浮動柵極F1和F2上。這個過程更詳細地介紹在“Santa Cruz會議(Santa Gruz CA，1991，3.25-29)報告集”的245頁上的“在VLSI方面的最新研究”中，由D A Kerns等人所著的“CMOS可UV寫入的非易失性模擬存儲器中”。
如下所述，對MOSFET M1和M2進行編程。電壓Vmatch施加到參考值輸入線18和20。該電壓的足夠的幅值將MOSFET M1和M2的溝道表面電位置于“導通”電壓(閾值電壓Vt)下，在該電壓下，產生穩(wěn)定的反相?！胺€(wěn)定的反相”是按照上述參考文獻373頁上的Sze定義的。在本發(fā)明的這一實施例中，對于Vmatch不必選擇嚴格的數(shù)值，只要其超過Vt一點即可。與施加Vmatch的同時，分別向數(shù)據(jù)輸入線22和24施加電壓Vref和它的互補量(VDD－Vref)，并且利用UV射線輻射電路10。施加電壓的這種綜合作用使得與參考點Y的位置相對應的電荷存儲在浮動電極F1和F2上。下面將詳細介紹這一問題的理論基礎。
停止UV輻照，分別由線18/20、22和24除去電壓Vmatch、Vref和(VDD－Vref)。
本發(fā)明的理論基礎如下。通常對于一個具有柵極-源極電壓Vgs和閾值電壓Vt的NMOS MOSFET，當Vgs大于Vt時，在源極和漏極之間形成一導電溝道。當源極和漏極之間電壓Vds大于(Vgs-Vt)時，MOSFET工作在飽和區(qū)，它的漏極-源極電流Id基本上與Vds無關。
對于處在飽和的MOSFET，漏極-源極電流Ids以方程表示如下Ids=β2(Vgs-Vt)2---(1)]]>其中β是一比例常數(shù)，以下式給出β=WLμCox---(2)]]>在方程(2)中，L是源極和漏極之間的導電溝道的長度，W是導電溝道的寬度，μ是電荷載流子遷移率，Cox是在MOSFET柵極和相關的導電溝道之間的氧化層的電容。
如果不考慮常數(shù)，則方程(1)具有的形式與表示兩個點X和Y之間的歐幾里德距離d的方程相同d2＝(x－y)2(3)比較方程(1)和(3)表明，MOSFET漏極-源極電流Ids提供了由柵極-漏極電壓Vgs和閾值電壓分別代表的兩個點X和Y之間的歐幾里德距離的平方的計量值。然而，Vt對于任何單個的MOSFET都是一個固定的量，方程(1)不能在X和Y兩者的數(shù)值范圍內運用。
為了在本發(fā)明中利用電路10來確定歐幾里德距離，需要提供與X和Y兩者的數(shù)值都相適應的范圍。為了實現(xiàn)這一點，利用上述的UV輻照，按照電壓Vmatch、Vref和(VDD－Vref)首先對電路10進行編程。然后將代表數(shù)據(jù)點位置的電壓Vdata沿線22輸入到控制柵極G1，并將它的互補量(VDD－Vdata)沿線24輸入到控制柵極G2。
這時，在浮動柵極F1上的電位Vfg由下式給出Vfg=CppCtot(Vdata-Vref)+Vmatch---(4)]]>其中Vdata，Vref和Vmatch按照先前的定義，Cpp是浮動柵極F1和控制柵極G1之間的電容，Ctot是浮動柵極F1的總電容。
方程(4)表明，當Vdata和Vref相等時，這對應于位置X和Y之間的歐幾里德距離為0，浮動柵極電壓Vfg等于Vmatch。應強調指出，量Vref是用于在對電路10編程時的一個參考電壓，并且它影響存儲在浮動柵極G1和G2上的電荷；然而，這個量實際上并不是直接存儲在這些柵極上也不是存儲在電路10中的其它部分上。漏極-源極電流方程是把Vref作為一電路10維持的一個電壓與輸入電壓相減。
在MOSFET M1中的漏極-源極電流響應于在浮動柵極F1上的信號，柵極-源極電壓Vgs等于Vfg。因而，可以將方程(4)代入Vgs的方程(1)；Ids=β2((CPPCTOT(Vdata-Vref)+Vmatch)-Vt)2---(5)]]>其中Vt是MOSFET M1的閾值電壓。通過選擇Vmatch基本等于Vts，方程(5)變?yōu)镮ds=β2(CppCtot)2(Vdata-Vref)2---(6)]]>如果Vdata和Vref分別與點X和Y非原點的距離成比例，則根據(jù)方程(3)和(6)，MOSFET M1的漏極-源極電流Ids與這些點之間的歐幾里德距離d的平方成比例。相似的標志適用于MOSFET M2。因此，電路10適用于確定歐幾里德距離。
方程(6)是一維的，它適用于當X和Y是標量時的歐幾里德距離的計算。當X和Y是n維的矢量時，對于每個維需要一對MOSFET M1和M2，正如下面將介紹的。
當Vdata小于Vref時，在MOSFET M1中基本上沒有導電通道，并且根據(jù)方程(6)Ids為0。僅當Vdata大于Vref時，這對應于在方程(6)中X大于Y，因此MOSFET M1提供歐幾里德距離的計量值。因而，對于X比參考位置Y更接近原點的情況，不可能利用單一的MOSFET來確定歐幾里德距離。由于這一原因，電路10具有兩個MOSFET M1和M2，前者用于X的數(shù)值大于Y的情況，后者用于X的數(shù)值小于Y的情況。對于前者，MOSFET M1工作在其飽和區(qū)；按照方程(6)，對項βM、Cpp，Ctot和Ids另外規(guī)定標號數(shù)為1，以表明它們與MOSFET M1相關Ids1=βM12(Cpp1Ctot1)2(Vdata-Vref)2---(7)]]>根據(jù)方程(7)，Ids1提供在由Vdata代表的X和由Vref代表的Y之間的歐幾里德距離平方的計量值。
當X小于Y時，Vdata小于Vref。根據(jù)方程(7)，因而對于MOSFETM1沒有導電溝道，漏極-源極電流Ids1基本上為0。對于MOSFETM2，(VDD－Vdata)是X的互補量。Y的互補量是(VDD－Vref)。當由Vdata代表的X的數(shù)值小于Y代表的數(shù)值時，(VDD－Vdata)大于(VDD－Vref)。因而對于方程(6)，對于βM、Cpp、Ctot和Ids附加尾標2，表明它們與MOSFET M2相關聯(lián)，處于飽和狀態(tài)的漏極-源極電流Ids2由下式給出Ids2=βM22(Cpp2Ctot2)2((VDD-Vdata)-(VDD-Vref))2---(8)]]>由于X大于Y，Vdata大于Vref，(VDD－Vref)小于(VDD－Vdata)；因此，MOSFET M2的漏極-源極電流基本上為0。
因而當X大于Y時，歐幾里德距離的平方(d2)與MOSFET M1的漏極-源極電流成正比，當X小時MOSFET M2亦然。
由于Ids1和Ids2中的每一個當另一個不為0時則基本上為0，d2還與Ids1和Ids2的和成比例，這個和是第三MOSFET M3的漏極-源極電流Iout。公共的漏極“節(jié)點12用作一個求和的結合點，它對流到第三MOSFET M3和MOSFET M1和M2的漏極-源極電流求和。
圖1中的電路10是由商用芯片制造廠制造的，它們生產的浮動柵極MOSFET，Vt的典型數(shù)值為0.75V。Mmatch的適當數(shù)值的范圍為0.5-1.5V，最好為0.75V-1.0V，它取決于MOSFET技術和所用的閾值電壓。通過實驗已經發(fā)現(xiàn)，對用于上述實例中的MOSFET的Vmatch的適合數(shù)值為0.85V。
圖2表示對于Vref的三個數(shù)值下在公共漏極節(jié)點12處的電流對于Vdata的關系曲線。在公共漏極節(jié)點12處的電流是各個MOSFET M1和M2的漏極-源極電流Ids1和Ids2的和。圖2表示Vref的數(shù)值為1.5V、2.5V和3.5V時的三條曲線200、201和202。曲線200到202中的每一條都為拋物線，并證實在節(jié)點12處的電流Iout與Vdata和Vref之間差值的平方成正比。
按照這種方式，采用MOSFET M1和M2確定點X和Y之間差值的平方，即它們提供在方程(3)中的d2。這樣MOSFET M3工作在飽和區(qū)，以便由在節(jié)點12處的電流Iout得出d。由公共漏極節(jié)點12流出進入漏極D3的電流ILOAD在柵極G3處產生的輸出電壓Vout由下式給出ILOAD=βM32(VOUT-VT3)2---(9)]]>在方程(9)中，βM3為由方程(2)給出的比例常數(shù)，Vr3為閾值電壓，都是針對每個實例中的MOSFET M3的。
當數(shù)據(jù)點X和參考點Y一致時，即當在它們之間的歐幾里德距離為0時，ILOAD是一個小的偏差電流IoIo=βM32(Vo-VT3)2---(10)]]>其中Vo是由偏差電流Io所形成的輸出電壓。隨著點X和Y之間的歐幾里德距離的增加，輸出電壓由Vo增加δVout達到(Vo＋δVout)，ILOAD變?yōu)镮LOAD=βM32((Vo+δVOUT)-VT3)2---(11)]]>如果X的數(shù)值大于Y，MOSFET M2的漏極-源極電流Ids2基本上為零，MOSFET M1將非為零的漏極電流Ids1提供到MOSFETM3。ILOAD則由下式給出ILOAD=βM12(Cpp1Ctot1)2(Vdata-Vref)2---(12)]]>將方程(11)和(12)綜合得βM32((Vo+δVOUT)-VT3)2=βM12(CPP1Ctot1)2(Vdata-Vref)2---(13)]]>當點X和Y之間的歐幾里德距離為零時，ILOAD基本上為零，因此根據(jù)方程(10)，(Vo－VtB)基本上為零。因此，由方程(13)得βM32(δVOUT)2=βM12(Cpp1Ctot1)2(Vdata-Vref)2---(14)]]>以及，因此得δVOUT=βM1βM3(Cpp1Ctot1)2(Vdata-Vref)2---(15)]]>由于Vdata和Vref代表數(shù)據(jù)點X和參考點Y，則根據(jù)方程(3)，在方程(15)的右側的括號中的項對應于在點X和Y之間的歐幾里德距離d的平方。因此，δVOUTαd (16)因而，數(shù)據(jù)點X和參考點Y之間的歐幾里德距離d可以由來自MOSFET M3的輸出信號的變化的測量值δVout以及各常數(shù)βM1和βM3以及Cpp1和Cpp3的數(shù)值的信息得到。另外，通過計算可以得到與δVout和d相關的比例常數(shù)。由于對于很多場合，都僅需要一個與d成比例的數(shù)值，因此通常甚至都不需要校準。
當數(shù)據(jù)點X的數(shù)值低于參考點Y的數(shù)值時，MOSFET M1的漏極-源極電流Ids1基本上為零。由方程(8)得ILOAD=βM22(Cpp2Ctot2)2((VDD-Vdata)-(VDD-Vref))2---(17)]]>并且，通過令其等于方程(13)到(15)的對應部分得δVOUT=βM2βM3(Cpp2Ctot2)2((VDD-Vdata)-(VDD-Vref))2---(18)]]>因此，根據(jù)方程(18)，可以由來自MOSFET M3的輸出信號變化的計算值δVout以及Cpp2和Cpp3的數(shù)值以及比例常數(shù)βM2和βM3的信息得到點X和Y之間的歐幾里德距離d。
如果MOSFET M1和M2是相同的，則βM1等于βM2，并且Cpp1和CPP2相等，Ctot1等于Ctot2。無需確定MOSFET M1還是M2中那一個處于工作狀態(tài)，δVout就提供了歐幾里德距離d的直接計量值。在這些情況下，方程(15)和(18)可以表示如下δVOUT=ββM3(CppCtot)2Δ2,---(19)]]>其中β是用于MOSFET M1和M2兩者的比例常數(shù)，Cpp和Ctot是用于MOSFET M1和M2的電容值，Δ代表點X和Y之間的電壓差，這是針對X的數(shù)值小于和大于Y兩種情況下的。
圖3表示在節(jié)點12處的相對于地的輸出電壓對于Vdata的關系曲線圖。曲線圖具有3條曲線300、302和304分別對應于Vref為1.5V、2.5V和3.5V時情況。MOSFET M3是一PMOS增強型器件，其配置當ILOAD為最低時使輸出電壓最大。因此，當Vdata等于Vref時，曲線300到304具有輸出峰值而不是最小值。如果MOSFET M3用一個NMOS增強型器件代換，MOSFET M1和M2用PMOS型代換，因它們的電源極性反相，當Vdata等于Vref時，將會得到具有最小值的等效曲線。
曲線300到304在低于1V的輸出電壓Vout時具有較低變化斜率的區(qū)域。這是因為MOSFET M1和M2不再工作在飽和狀態(tài)。然而，電路10在3V的輸入電壓Vdata的范圍內提供了對于ILOAD的良好的線性電壓響應Vout。出現(xiàn)的與線性的很少一點偏差是由于Vmatch與MOSFET M1和M2的閾值電壓之間的小的偏差引起的。通過增加MOSFET M3的溝道寬度W可以使其能設計得提供在較高電壓范圍內的基本線性的響應特性。這樣在輸出電壓中只形成很小的擺動，在較大的范圍內得到所需的線性響應特性。
曲線300到304每個在具有的斜率為 和- 的任一側的線性區(qū)都具有各自的峰值。在這一峰值右側或左側的線性區(qū)分別對應于隨著Vdata的增加而增加或降低的點X和Y之間的歐幾里德距離d。
電子電路10相對于用于距離計算的現(xiàn)有技術器件具有明顯的優(yōu)點。它比Churcher等人的電路更小型緊湊并且可工作在較低 的電流量級下。電路10利用了MOSFET M1和M2的可操作特性(當利用Vref編程時)，使提供的輸出電流與點X和Y之間的歐幾里德距離的平方成比例。這樣就使得電路10能夠接收涉及X和Y的模擬電壓。
電路10的緊湊性、速度和低功率需求意味著它有利于各種應用，例如圖形識別，否則將需要大量的計算資源。
電路10還可以工作在它的低閾值區(qū)域，即當MOSFET M1和M2的溝道表面電位低于閾值電壓Vt時，以及處于弱的反相區(qū)時。為此，產生一遠低于閾值電壓Vt的Vmatch。典型的數(shù)值為0.4伏。更普遍地，按低閾值工作，Vmatch處于0.2-0.7V的范圍內。半導體技術的發(fā)展趨勢表明閾值電壓將進一步降低，因此對Vmatch適當?shù)姆秶?-0.7伏。
在弱的反相狀態(tài)時，MOSFET的漏極-源極電流Ids換下式給出Ids＝Ioffsetexp(Vgs/Vn) (20)其中Vgs是柵極-源極電壓，Ioffset是偏差電流參數(shù)，Vn是將電流Ids增加到e倍所需的柵極電壓變化。
對于MOSFET M1，將來自用于Vgs的方程(4)的Vfg代入方程(20)，得ln(Ids1)=(CppCtot(Vdata-Vref)+Vmatch)·1Vn+ln(Ioffset)---(21)]]>類似地，對于MOSFET M2，進行相同的分析得方程ln(Ids2)=(CppCtot(Vref-Vdata)+Vmatch)·1Vn+ln(Ioffset)---(22)]]>當源極-漏極電流Ids1和Ids2在公共的漏極節(jié)點12處相加時，僅當Vdata基本上等于Vref時，MOSFET M1和M2兩者才明顯綜合分擔；否則，MOSFET M1和M2其中之一將提供主要的電流，即Ids1或Ids2通常占優(yōu)勢。根據(jù)方程(21)和(22)，在公共漏極節(jié)點12處產生的電流Iout由下式給出ln(IOUT)=(CppCtot|Vdata-Vref|+Vmatch)·1Vn+ln(Ioffset)---(23)]]>因此，在按低閾值工作方式下，Iout是數(shù)據(jù)點和參考點之間距離的指數(shù)函數(shù)，如在方程(23)中的項|Vdata－Vref|所示。圖4表示按對數(shù)刻度坐標下降的輸出電流Iout對于按線性刻度坐標的Vdata的曲線350?？v坐標軸按照“l(fā)e-n”的表示方式分度，其中n的范圍為5-12；這種表示意味著為10-n。曲線350在電壓為1.25V和3V的點352和354之間是準線性的，這一1.75V的范圍適宜于超過1V乃至超過1.5V。因此，在點352和354之間，Iout的對數(shù)隨Vdata的變化近于線性，即Iout近于Vdata的指數(shù)函數(shù)。曲線350是對于3.3V的Vref確定的，該Vref對應于曲線350上的356處的最小值的位置。改變Vref會移動最小值點356的位置。曲線350表明，在按低閾值工作的電路10適合于與3.3V電源結合使用，正像在常規(guī)的數(shù)據(jù)邏輯中采用的一樣。(Vdata－Vref)的模要求在0-3.3V之間。
曲線350的準線性區(qū)352-354延伸在電流幅值的4個數(shù)量級的范圍內，從2×10-11A到2×10-7A。通過改變Vmatch對此可以進行改變。
圖4是利用對上閾值操作進行優(yōu)化的MOSFET得出的。對于按低閾值工作，可以降低比率(Cpp/Ctot)，以便降低在MOSFET控制柵極和浮動柵極之間的耦合電容。這具有降低曲線350的準線性區(qū)352-354的平均斜率的作用。
按照該低閾值工作方式的輸出電流Iout是很低的，低于飽和狀態(tài)下的電流幅值大約2個數(shù)量級。這使低閾值操作特別適合于低電壓應用，例如用在電池供電的設備中。還可以使第三MOSFET M3按照低閾值工作，以便進一步降低電源電壓。因此，電路10對于利用1.5伏蓄電池工作可能是最優(yōu)化的。對于(Vdata－Vref)的模量允許的范圍為0-1.5V。
參照圖5，該圖表示用400總體表示的本發(fā)明的另一種電路。配置電路400，用于以電子方式將參考點電壓復位。它包含與參照圖1先前介紹的相同的第一和第二浮動柵極MOSFET M41和M42。MOSFETM41和M42具有各自的浮動柵極和控制柵極F41/G41和F42/G42。它們具有與MOSFET M1和M2相同的功能。它們是并聯(lián)的晶體管，用于確定在借助浮動柵極F41和F42編程的參考電壓和輸入到控制柵極G41和G42的輸入電壓和它的互補量之間的距離。
MOSFET M41和M42具有連接到公共漏極節(jié)點402上的各自的漏極D41和D42以及連接到接地的公共源極節(jié)點404上的各自的源極S41和S42。
第三MOSFET M43具有連接到公共的漏極節(jié)點402上的漏極D43。它等效于電路10中的第三MOSFET M3的功能，為MOSFET M41和M42提供按二極管連接方式的負載。它的源極S43連接到處于正電位VDD下的電源線406上。
電路400包含更新用MOSFET M44和M45，它們是NMOS通道晶體管，將它們配置為開關，連接到各自的MOSFET M41和M42的浮動柵極F41和F42上。
MOSFET M44和M45具有連接到更新線408和410上的控制柵極G44和G45，線408和410為這些柵極提供驅動電壓Vrefresh。MOSFETM44和M45還連接到提供基本恒定的電壓Vmatch的各自的電壓線412和414上。
MOSFET M41和M42具有連接到各自的控制柵極G41和G42上的各自的數(shù)據(jù)輸入線416和418。數(shù)據(jù)輸入線416的配置適于向控制柵極G41提供一個范圍從0到VDD的電壓V，數(shù)據(jù)輸入線418的配置適于向控制柵極G42提供一個互補的電壓(VDD－V)。
下面介紹電路400的工作情況。如先前對圖1所作的介紹一種，MOSFET M41和M42在公共的漏極節(jié)點402處提供一個作為數(shù)據(jù)點和參考點之間距離的函數(shù)的電流。還參照圖2，該圖表示在公共漏極節(jié)點402處的輸出電流對于輸入的Vdata的關系曲線圖。這個曲線圖表示出在輸入電壓和電流之間的成平方的相互關系。第三MOSFET M43產生如圖3和4所示的輸出電壓與電流的特性。電路100和400的差別在于，后者具有的MOSFET M44和M45用于將在浮動柵極F41和F42上存儲的、與參考點相對應的電荷周期性地復位。
為了在浮動柵極F41和F42上記憶參考點電位，將電壓Vmateh施加到電壓線412和414上。然后將電壓Vrefresh施加到參考線408和410上，并呈現(xiàn)在控制柵極G44和G45上。Vrefresh是一個高于MOSFET M44和M45閾值電壓的電壓，因此，MOSFET44、45在其內部形成有導電通道，使之導通。由于它們是通道型晶體管，它們實際上變成短路，使浮動柵極F41和F42變?yōu)樘幵陔妷篤match下。
下面將代表參考點Y的電壓Vref施加到輸入線416并呈現(xiàn)在柵極G41上。與之相似，它的互補電壓(VDD－Vref)施加到輸入線418并呈現(xiàn)在柵極G42上。去除來自更新線408和410的電壓Vrefresh，使得MOSFET M44和M45低于它們的閾值電壓，并使其關斷。因而，浮動柵極F41和F42被隔離，使電壓Vmatch記憶在電容C41和C42上。電容C41和C42包括幾個部分，例如MOSFET M44和M45對地的結電容，連同浮動柵極F41和F42對控制柵極G41和G42以及對MOSFET M41和M42的導通溝道的電容。然后將對應于數(shù)據(jù)點X的電壓Vdata施加到輸入線416，將它的互補電壓(VDD－Vdata)施加到輸入線418。這些電壓分別呈現(xiàn)在柵極G41和G42上。
當數(shù)據(jù)點X和參考點Y一致時，它們之間的歐幾里德距離為零，浮動柵極F41和F42兩者均處于電壓Vmatch下。這就限定了處于匹配狀態(tài)的電流的量級。對于X和Y不一致的情況，電容分壓作用使得在控制柵極G41和G42上的電壓Vdata和(VDD－Vdata)分別耦合到浮動柵極F41和F42上。這樣改變了浮動柵極電壓和MOSFET的漏極-源極電流。下面為了進入工作狀態(tài)確定歐幾里德距離。對電路進行編程。
電路400比電路10大，這是由于它具有附加的用于更新的MOSFETM44和M45。然而，它具有的優(yōu)點在于能夠以更高的精度和可重復性利用電壓Vref進行編程。
對于參考點位置很少改變的應用場合以及進行初始化以消除不需要的電荷的情況，常用UV輻照。電路400適合于要求用電子學方法改變參考點位置的應用。
用作電路例如100和400的陣列的典型應用是輻射式基本函數(shù)(radial bosis function)網(wǎng)絡、密度計算電路和矢量量化電路。本發(fā)明涉及這些應用，是因為它能夠快速確定距離，以及它的相對小型化的尺寸和低的功率消耗。
單獨采用電路100和400，以便確定兩個標量之間的距離。當需要確定兩個多維的量之間的距離時，那兩個矢量時，通過利用來自每個矢量的相繼的基元，可以重復地采用這些電路的其中之一。在求平方根之前，對與成對矢量基元相對應的輸出電流求和。然而，在每次確定之后，這將需要電路按照參考矢量的下一個基元重新編程。因此，最好采用電路的陣列，每個電路由電路100或400構成，在陣列中的每個電路與各自的存儲的參考矢量基元相關聯(lián)。數(shù)據(jù)矢量的各個基元出現(xiàn)在陣列的各個電路中，并從各自參考矢量基元中將其減去。由各電路產生的矢量基元對之間差的平方值(見方程(3))通過對它們的輸出電流求和來進行求和。
為了按照代數(shù)術語來表達，要求確定在兩個n維矢量之間的歐幾里德距離、包含基元xi的數(shù)據(jù)矢量X以及包含基元Yi的參考矢量Y，其中i的數(shù)值從1到n，代表第i維。如前所述，采用n個電路的陣列，每個維一個電路。按照代表參考矢量的第n個基元的Vi.ref對第i個電路進行編程，并接收數(shù)據(jù)矢量的第i個基元的輸入(作為Vdata和它的互補電壓)。對所有n個電路的輸出電流求和，產生按下式給出的總電流Itot=Σi=1n(xi-yi)2---(24)]]>
通過將總和的電流施加到按照MOSFET M3或M43連接的單一負載MOSFET，利用下式給出由δVout表示的多維的數(shù)據(jù)矢量和參考矢量之間的歐幾里德距離δVOUT∝Σi=1n(xi-yi)2---(25)]]>利用一維的電路(例如100或400)的陣列可以實現(xiàn)這一點，這樣一種陣列需要改進以便實現(xiàn)電流求和。實現(xiàn)這點的一個方案包含除去MOSFET M3或M43。利用單一的具有足夠容量的公共的MOSFET來代替，求出陣列的整體的電流輸出的和。另外，可以保持所有的與M3或M43等效的MOSFET并使它們并聯(lián)連接，所有的電流總和節(jié)點直接連在一起。這種電路的二維陣列可以用于同時進行對包含幾個數(shù)據(jù)矢量和/或參考矢量的歐幾里德距離的確定，陣列的每行用于對應的一對數(shù)據(jù)矢量和參考矢量。
上述對于電路10和400進行編程的方式包括在設定MOSFET浮動柵極電位時使用電壓Vmatch。由于浮動柵極是隔離的，故難于確定所希望的浮動柵極電位可能達到的精確程度。此外，假如按相同方式形成的MOSFET例如M1和M2存在內部器件差別，這必將導致形成不同的閾值電壓。另外考慮的問題是向浮動柵極注入電荷的效率隨著使用而產生變化，這樣會使編程特性改變。已經發(fā)現(xiàn)，借助于下面介紹的附加電路可以在對MOSFET編程時的所有這些差別變化進行補償，直到得到預期的漏極-源極電流為止。
參閱圖6，該圖表示按兩行RR1和RR2與按兩列CC1和CC2排列的4個浮動柵極MOSFET M61、M62、M63和M64構成的陣列600。第一浮動柵極MOSFET M61具有控制柵極G61和連接到可受UV作用的耦合電容C61(處在UV-透射窗口UV61下方)上的浮動柵極F61。另一些浮動柵極MOSFET M62等具有相似的部分(未引用)。所有控制柵極(例如G61)的耦合電容比(Cpp/Ctot)約為0.5。所有的耦合電容C61等的電容遠小于此。
第一浮動柵極MOSFET M61從漏極到源極回路連接到兩個轉接用MOSFET，即分別具有轉接柵極GN61和GP61的n溝道和P溝道器件MN61和MP61。正如在FB和SC處所示的，MOSFET MN61和MP61具有分別連接到反饋回路(未表示)和求和電路(未表示)上的漏極。反饋回路FB包含一電流比較器。列CC1和CC2具有各自的數(shù)據(jù)線Vdata1和Vdata2，每條數(shù)據(jù)線連接到在各自列中的所有控制柵極，例如在第一列CC1中的控制柵極G61上。
行RR1和RR2具有各自的注入線Vinj1和Vinj2，每條注入線連接到在各自行中的所有耦合電容器，例如在第一行RR1中的耦合電容器C61。行RR1和RR2還具有各自的編程線VproG1和VproG2，每條編程線連接到在各自行中的所有轉接柵極，例如在第一行RR1中的轉接柵極GN61和GN62。
陣列600包含4個浮動柵極和轉接MOSFET電路，每個電路包含一浮動柵極MOSFET例如M61以及兩個轉接MOSFET，例如MN61和MP61。每個這樣的電路與第二同類電路(未表示)并聯(lián)，下面將介紹。每行中的兩個P溝道轉接MOSFET(例如在第一行RR1中的MOSFET61)連接到各自的電流求和電路例如SC。
陣列600編程如下。一次對一行RR1或RR2進行編程，在該行中的所有浮動柵極MOSFET以并行方式進行編程。當編程線VproG1處于高電壓下時，n溝道轉接MOSFET MN61導通，P溝道轉換MOSFETMP61關斷。電流則流經n溝道器件并流入反饋回路FB。一個反饋回路FB供每列中所有的電路使用。當編程線VproG1處于低電壓時，n溝道和P溝道轉接MOSFET MN61和MP61分別關斷和導通。電流則流向用于編程后的電路操作的電流求和電路SC。為了按照參考矢量的基元對第一行RR1進行編程，將代表這些基元的電壓施加到線Vdata1和Vdata2。第一編程線VproG1保持在高電壓下，以便將浮動柵極MOSFET M61和M62的漏極-源極電流轉接到它們各自的反饋回路中，例如FB中。然后將高電壓施加到第一注入線Vinj1，第二注入線Vinj2則接地。這一注入線高電壓范圍為15V到17V。可選擇為連續(xù)的電壓或脈沖序列。當電子從該處移走時，它產生在兩個第一行浮動柵極例如F61處的電荷隧道。
電子的移走改變了第一行浮動柵極MOSFET M61和M62中的每一個的浮動柵極電位和漏極-源極電流。對這些MOSFET中的每一個的反饋回路中的比較器進行設計，以便當MOSFET M61或M62達到預期漏極-源極電流時可改變其狀態(tài)，并將相應的Vdata1或Vdata2線轉接到15V的高電壓。例如，如果第一行第一列MOSFET M61首先達到預期的漏極-源極電流，則Vdata1轉接為15V。此外，由于(Cpp/Ctot)是0.5，由于電容分壓作用，連接到Vdata1的MOSFET M61和M63的浮動柵極電位發(fā)生變化，最大變化為Vdata1電壓的二分之一，即最大變化7.5V。由于在線Vinj1上的電位為15V以及現(xiàn)在在第一MOSFET浮動柵極F61為15V，在耦合電容C61兩端產生電場。然而，由于這一電場沒有高到足以引起包含浮動柵極F61的明顯電荷隧道效應，第一MOSFET M61的編程終止。一個極性相反的相似的電場形成在接地的線Vinj2和第三MOSFET M63的浮動柵極之間，但這也不足以引起隧道效應。不會影響第三MOSFET的編程。然而，注入線Vinj1維持在高電壓下，對于在第一行RR1中的其余的第二(和最終的)MOSFET M62繼續(xù)進行編程。當在這一MOSFET的反饋回路中的比較器已改變狀態(tài)時，對第一行RR1進行完全編程。
第二行RR2的編程以相似的方式進行。如前一樣，代表參考矢量的基元的電壓施加到線Vdata1和Vdata2。一個高電壓施加到第二編程線VproG2和第二注入線Vinj2，第一注入線Vinj1接地。維持這種狀態(tài)，直到在第二行MOSFET M63和M64的反饋回路中的兩個比較器都已改變狀態(tài)時為止，在這一點上，對第二行RR2和整個陣列進行完全編程。
現(xiàn)在陣列600已為予數(shù)據(jù)矢量的基元輸入到各自的數(shù)據(jù)線Vdata1和Vdata2準備好。多于2行和/或2列的陣列以類似的方式逐行地被編程，在隨后的一行編程開始之前，在每一行中的所有反饋比較器都改變狀態(tài)。
上述編程方案可以是單向的，可能并不能在浮動柵極上(例如F61)雙向增、減電荷。這是因為制造MOSFET所采用的方法可能并不能在編程時承受正和負的高電壓。
在這一實例中，僅可能從浮動柵極例如F61上移走電荷。移走電荷升高了浮動柵極的電位，降低了實際的MOSFET閾值電壓，因此增加了MOSFET漏極-源極電流。因此，自下接近編程電流。然而，在制造過程中在MOSFET浮動柵極上會有不定數(shù)量的電荷，因而，需要保證每個浮動柵極具有的起始電位低于在使用中所需的數(shù)值。如果陣列600要重新編程，這也是需要的。通過窗口(例如UV61)輻照UV可以實現(xiàn)。另一種起動方案包含將UV窗口重新定位，以使UV能輻照各控制柵極例如G61。在限于柵極區(qū)的起始化階段，這樣做是為了進行老，化，使剩下的各電容器(例C61)不受影響。
除了沒有采用轉接晶體管MN61等以外，在利用按照陣列600的第一行RR1構成的兩個浮動柵極MOSFET的檢驗中，已經驗證了上述陣列編程技術。代之以采用外部轉接開關。編程的起始漏極-源極電流選擇為164nA。利用高電壓脈沖序列對測試用MOSFET進行編程，在每個脈沖之后每次檢查漏極-源極電流。
下面參照圖7，該圖表示兩個測試用晶體管MOSFET對于利用高電壓脈沖編程的響應特性。在這兩個器件的電容之間存在極其明顯的差別。這使得它們難于利用假定它們是相同的任何方法來編程。輸入?yún)⒖茧妷篤data1和Vdata2被分別置成0.8和0.9V，按照Vinj1將高壓脈沖序列施加到兩個耦合電容器上。剛好在兩個脈沖之后，第一測試用MOSFET達到預期的164nA的漏極-源極電流，如同最上面的水平線702所表示的，并在此之后，它的柵極電壓如前面所介紹的被提升到高電位。第二測試用MOSFET的注入極嚴重損壞，要花長得多的時間來編程，在其達到預期的漏極-源極電流之前，需要855個脈沖。在圖7的下部區(qū)中由順序的4條直線和部分長的線704來表示這種情況，其中的脈沖數(shù)以模數(shù)200為基準來表示。因此，在每組200個脈沖之后橫坐標上的數(shù)值返回到0，每一完整的直線704代表這樣的一個組。
下面參照圖8和圖9，該圖分別表示對于第一和第二測試用MOSFET的漏極-源極電流/電壓曲線。電流按照對數(shù)比例刻度畫出，電壓按照線性比例刻度畫出。在這些圖中，實線曲線720/740以及虛線曲線722/742分別相關于編程之前和編程之后的MOSFET；水平虛線724/744代表164nA的預期漏極-源極電流，豎直虛線726/728代表一些MOSFET柵極電壓，在該電壓下在編程之前/之后達到預期的電流。在圖8中的直線726表示在編程之前，第一測試用MOSFET在柵極電壓1.044V下呈現(xiàn)預期的電流。在圖9中，直線746對于第二測試用MOSFET等同為1.159V。這些數(shù)值對應于未編程的存儲的數(shù)據(jù)點。
曲線722和742表明，在編程之后，測試用MOSFET的存儲數(shù)據(jù)點為0.799V和0.900V，非常接近并分別相同于先前按照參考電壓Vdata1和Vdata2輸入的預期的數(shù)值。在對第一測試用MOSFET編程時，有很小的1mv的過沖，利用較低的電壓編程脈沖可以避免這個過沖。
參照圖10，該圖表示概略用800表示的單一的歐幾里德距離電路。該電路適合于重現(xiàn)，以便形成參照圖6先前所介紹的陣列。該電路包含兩個浮動柵極MOSFET M81和M82，每個從漏極到源極的回路連接到相應的一對n溝道和P溝道轉接MOSFET MN81/MP81和MN82/MP82。n溝道轉換MOSFET MN81和MN82轉接到用FB1和FB2表示的相應的反饋回路。P溝道轉接MOSFET MP81和MP82連接到一P溝道按二極管方式連接的負載MOSFET·M83。浮動柵極MOSFET M81/M82具有各自的控制柵極G81/G82，浮動柵極F81/F82和耦合電容C81/C82?？刂茤艠OG81和G82分別連接到輸入線Vdata和V＊data，用于分別輸入電壓和該電壓的互補量。耦合電容C81和C82連接到電荷注入線Vinj。轉接MOSFET MN81/MP81和MN82/MP82連接到編程線Vprog。
電路800像先前介紹的電路600一樣進行編程，只是輸入線V＊data接收一施加到輸入線Vdata上的電壓的互補量(如前面定義的)，并且這兩種電壓是同時施加的。當完成編程時，n溝道轉接MOSFET MN81和MN82關斷，P溝道轉接MOSFET MP81和MP82導通。這樣將兩個浮動柵極MOSFET M81和M82從連接到相應的反饋回路FB1和FB2轉接到共同連接到負載MOSFET M83，電路800為接收一輸入數(shù)據(jù)值X作好準備，如參照圖1先前所介紹的一樣。
在電路800的陣列中，有一對用于每列的輸入線Vdata和V＊data，以及用于每行的注入線Vinj和編程線Vprog。這些線的配置與圖6中所示的相類似，用于附加的MOSFET MN82等以及相關的電路。
權利要求
1.一種電子電路，包含(i)第一和第二閾值電壓可編程晶體管，每個晶體管的漏極連接到一公共輸出端；(ii)輸入裝置，用于將模擬輸入電壓提供到第一閾值可編程晶體管的控制柵極，該模擬電壓對應于參考點和數(shù)據(jù)點的位置，其特征在于，該電路還包含(i)一個裝置，用于當將模擬輸入電壓施加到第一閾值可編程晶體管上時，將一互補的模擬電壓提供到第二閾值可編程晶體管的控制柵極上，該互補電壓是提供到第一閾值可編程晶體管上的模擬輸入電壓的互補量；(ii)編程裝置，用于將預定的編程電壓提供到第一和第二閾值可編程晶體管。這樣提供的代表參考點的模擬輸入電壓連同提供的編程電壓，以及隨后提供的代表數(shù)據(jù)點的模擬輸入電壓使得在公共輸出端處產生作為參考點和數(shù)據(jù)點之間距離的函數(shù)的電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的電子電路，其特征在于，編程電壓具有足夠的幅值，能夠使第一和第二晶體管建立穩(wěn)定的反相狀態(tài)，并且在公共輸出端上的相應電流與參考點和數(shù)據(jù)點之間的歐幾里德距離的平方成比例。
3.根據(jù)權利要求2所述的電子電路，其特征在于，包括按二極管方式連接的負載晶體管，它的漏極連接到公共輸出端，其配置適于產生與參考點和數(shù)據(jù)點之間的歐幾里德距離成比例的輸出電壓。
4.根據(jù)前述任一權利要求所述的電子電路，其特征在于，第一和第二晶體管具有各自的第一和第二浮動柵極。
5.根據(jù)權利要求4所述的電子電路，其特征在于，它包含用于周期性地更新存儲在浮動電極上的電荷的更新裝置。
6.根據(jù)權利要求5所述的電子電路，其特征在于更新裝置包括第一和第二更新用晶體管，其配置適于向浮動柵極提供編程電壓。
7.根據(jù)權利要求5所述的電子電路，其特征在于，更新裝置包括連接到第一和第二浮動柵極上的相應的導通裝置，當暴露于紫外線時可激勵導通；配置在導通裝置上方的紫外線窗口裝置；以及用于利用紫外線照射導通裝置的裝置。
8.根據(jù)前述任一權利要求所述的電子電路，其特征在于，由編程裝置提供到第一和第二閾值電壓可編程晶體管上的編程電壓是相等的。
9.根據(jù)權利要求8所述的電子電路，其特征在于，匹配的編程電壓的范圍為0.5V到1.5V。
10.根據(jù)權利要求9所述的電子電路，其特征在于，編程電壓的范圍為0.75V到1.0V。
11.根據(jù)權利要求10所述的電子電路，其特征在于，編程電壓為0.85V。
12.根據(jù)權利要求1所述的電子電路，其特征在于，配置的晶體管用于可按照低閾值工作，編程電壓范圍為0.2到0.7V。
13.根據(jù)權利要求1所述的電子電路，其特征在于，配置晶體管用于可按照低閾值工作，編程電壓范圍為0到0.7V。
14.一種電子電路，包含(i)一對為同種溝道導電性類型和輸出端公共連接的閾值可編程晶體管；(ii)一個裝置，用于對該對晶體管的閾值進行編程，使提供的輸出電流是編程的參考電壓與以互補的模擬量方式隨后輸入的晶體管對輸入電壓之間差值的函數(shù)；以及(iii)一個裝置，用于將互補的模擬輸入電壓施加到該對晶體管。
15.根據(jù)權利要求14所述的電子電路，包括連接到公共輸出端上用于形成平方根的裝置。
16.一種電子電路，包括兩個閾值可編程晶體管，其特征在該電路還包括(a)一個裝置，用于對晶體管閾值電壓進行編程，使每個晶體管可操作，以便根據(jù)它工作在閾值之上還是在閾值之下，使輸出電流與參考電壓和輸入電壓之間差值的平方或指數(shù)函數(shù)成比例；(b)一個裝置，用于將各自的輸入電壓同時施加到晶體管上，一個電壓是另一個電壓的互補量；以及(c)一個裝置，用于對晶體管的輸出電流求和。
17.一種電子電路，包括兩個金屬氧化物硅場效應晶體管(MOSFET)，每種類型的晶體管包括控制柵極和浮動柵極，其特征在于，該電路還包括(a)一個裝置，用于在兩個浮動柵極上存儲電荷，使每個MOSFET可操作，以根據(jù)其是工作在閾值之上還是在閾值之下，使漏極-源極電流與參考電壓和輸入電壓之間差值的平方或指數(shù)函數(shù)成比例；(b)一個裝置，用于將輸入電壓同時提供到MOSFET的控制柵極上，一個電壓是另一個電壓的互補量。(c)一個裝置，用于對MOSFET的漏極-源極電流求和。
18.根據(jù)前述任一權利要求所述的電子電路，其特征在于，每個晶體管的電流輸出端連接到轉接裝置，轉接裝置連接到閾值編程裝置和電流求和裝置，轉接裝置可操作，以響應于預定的編程閾值的獲得，將晶體管輸出電流由閾值編程裝置轉接到電流求和裝置。
19.根據(jù)前述任一權利要求所述的電子電路，其特征在于，它包含在由同樣的電子電路組成的陣列中。
20.根據(jù)權利要求19所述的電子電路，其特征在于，每個晶體管的電流輸出端連接到轉接裝置，轉接裝置連接到閾值編程裝置和電流求和裝置，轉接裝置可操作，以響應于預定的編程閾值的獲得將晶體管輸出電流由閾值編程裝置轉接到電流求和裝置，以及該電路連接到一對與陣列的列相關聯(lián)的一對數(shù)據(jù)輸入線以及連接到都與陣列的行相關聯(lián)的閾值編程線和轉接驅動線。
21.根據(jù)權利要求20所述的電子電路，其特征在于，該陣列是一維的，其配置用以涉及多維數(shù)據(jù)矢量的歐幾里德距離的確定。
22.一種電子電路，其特征在于，其配置適于確定以模擬電壓表示的各點之間距離。
23.一種電子電路陣列，每個電路包含一對閾值可編程晶體管，其特征在于，該陣列包含(a)各個編程裝置，各編程裝置響應于各自晶體管的輸出電流；根據(jù)晶體管是工作在閾值之上還是在閾值之下，改變每個晶體管的閾值，使晶體管輸出電流是參考電壓和輸入電壓之間差值的平方或指數(shù)函數(shù)。(b)輸入裝置，用于將各自的輸入電壓同時施加到成對的晶體管上，成對的輸入電壓中的一個電壓是另一個電壓的互補量；(c)求和裝置，用于對晶體管的輸出電流求和；(d)各自的轉接裝置，其連接適于接收來自每個晶體管的輸出電流，并可操作以響應于由晶體管提供的預定的閾值將晶體管輸出電流從編程裝置轉接到求和裝置。
24.一種電子電路陣列，每個電路包含一對金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，每種類型的晶體管包含控制柵極和浮動柵極，其特征在于，該陣列包括(a)各個編程裝置，各編程裝置響應于各自的MOSFET的漏極-源極電流，根據(jù)MOSFET工作在閾值之上是在閾值之下，在每個浮動柵極上存儲電荷，使MOSFET的漏極-源極電流是參考電壓和輸入電壓之間差值的平方或指數(shù)函數(shù)；(b)輸入裝置，用于將各自的輸入電壓施加到成對的MOSFET，每對輸入電壓中的一個電壓是另一個電壓的互補量；(c)求和裝置，用于對MOSFET的漏極-源極電流求和；(d)相應的轉接裝置，它的連接適于接收每個MOSFET的漏極-源極電流，并可操作以響應于由MOSFET形成的預定閾值的獲得，將該電流由編程裝置轉接到求和裝置中。
25.根據(jù)權利要求23或24所述的陣列，其特征在于，各電路的連接構成陣列的行與列，每列中的電路具有的輸入端連接到各自的成對的數(shù)據(jù)輸入線，每行包含各自的連接到其中的電路的編程裝置上的編程線以及各自的連接到其中的各電路的轉接裝置上的轉接驅動線。
26.根據(jù)權利要求23、24或25所述的陣列，其特征在于，該陣列是一維的以及其配置用以所涉及的多維數(shù)據(jù)矢量的歐幾里德距離的確定。
27.一種用于確定由模擬電壓代表的兩個點間的距離的方法，包含的步驟是(a)提供一個包含兩個閾值電壓可編程的晶體管的電路，它們連接到公共的電流輸出端；(b)對晶體管的閾值電壓編程，用以使晶體管的輸出電流是編程的參考電壓和以互補形式的隨后的晶體管的輸入電壓之間差值的函數(shù)，以及(c)將二模擬輸入電壓施加到二晶體管，一個電壓是另一個電壓的互補量。
28.一種用于確定由模擬電壓代表的兩個點間距離的方法，包含的步驟是(a)提供一個包含兩個閾值電壓可編程晶體管的電路，它們連接到電流求和裝置，(b)配置晶體管，以使它們的輸出電流是編程的參考電壓和以互補形式的連續(xù)的晶體管輸入電壓之間差值的平方或指數(shù)函數(shù)；以及(c)將二模擬輸入電壓施加到二晶體管，一個電壓是另一個電壓的互補量。
全文摘要
一個用于確定歐幾里德距離的電子電路包含兩個并聯(lián)的浮動柵極晶體管(M
文檔編號G06G7/24GK1151799SQ9519382
公開日1997年6月11日 申請日期1995年3月31日 優(yōu)先權日1994年5月5日
發(fā)明者G·F·馬歇爾, S·柯林斯 申請人:英國國防部