[发明专利]电容容量可变的电流积分和电荷共享的多位卷积运算模组

权利要求书

1.电容容量可变的电流积分和电荷共享的多位卷积运算模组，其特征在于，包括:

至少一个数字输入x_i，至少一个数模转换器DAC，至少一个权重w_ji，由多个卷积运算单元构成的卷积运算阵列，至少一个输出y_j；

所述数字输入x_i由DAC按照给定的位数转换为模拟信号的电流Ix_i在电路中传输；

所述权重w_ji，j表示该权重是第j窗口的权重索引，w_ji,k是权重w_ji第k位上的值，值为0或1；每个w_ji,k对应一卷积运算单元，k∈[1，B]，其中B为二进制的最高位；

所述的卷积运算阵列的规模为i*j*k，i方向是输入方向，j方向是卷积窗口方向，k方向卷积运算单元依权重w_ji的每一位w_ji,k由低位到高排列；每个卷积运算单元(i，j，k)包括电流Ix_i、开关、至少一个控制信号、节点a_ji,k、至少一个电容，k方向卷积运算单元内电容值依位1/2递减，后一位卷积运算单元内的电容值是前一位的1/2，k＝1电容容量为C_u，则k＝B卷积运算单元的电容值为C_u/2^(B-1)；

所述控制信号控制电流Ix_i的积分，控制信号为接通状态，开关闭合，电流Ix_i通过节点a_ji,k进入电容内积分，k方向不同卷积运算单元内的电容上方节点a_ji,k的电压随单元内电容容量2^(k-1)变化，控制信号为断开状态，电流Ix_i积分得到的电荷为0，电容上方节点a_ji,k的电压为0，该电压是x_i*w_ji,k*2^(k-1)的乘法结果；

所述y_j是通过短接一个i*k面的所有卷积运算单元内节点a_ji,k，每个卷积运算单元内电容间电荷共享，得到的组合节点的电压，该电压是卷积运算的输出结果。

2.如权利要求1所述的运算模组，其特征在于，数字输入x_i对应的1*k个卷积运算单元的组合电压为x_i*w_ji的结果，一个i*k面的卷积运算单元组合节点的电压为∑x_i·w_ji的结果，输出y_j，完成一次卷积核和输入矩阵的卷积过程的运算。

3.如权利要求2所述的运算模组，其特征在于，所述控制信号一直为接通或者一直为断开状态。

4.如权利要求3所述的运算模组，其特征在于，所述电流Ix_i被镜像或复制到卷积运算阵列中，对应的j*k面的电流是相同的，电流Ix_i可以在数模转换器中被缩放。

5.如权利要求4所述的运算模组，其特征在于，所述每一个电流Ix_i对应的1*k个运算单元的k方向，后一位电容容量为前一位的一半，在电容内电流经过相同的积分时间后，相邻w_ji,k均为1的卷积运算单元，后一位电容两端的电压是前一位电压的2倍，所有电容的积分时间是同时开始的且同时结束。

6.如权利要求5所述的运算模组，其特征在于，所述电容可替换为电阻，k方向电阻阻值2倍递增。

7.如权利要求1至6任一项所述的运算模组，其特征在于，所述开关为虚拟开关或电流器，减弱电流镜上的反冲或瞬态效应。

8.如权利要求7所述的运算模组，其特征在于，当组合节点的累积电压摆动高于模数转换器ADC的输入范围或过高，输出y_j在连接模数转换器ADC前并联衰减电容器，调整累积电压的全刻度范围。