Modeling and design of code-controlled multifunctional continuous-logic devices, as a basic cells of advanced mimo-structures and high-performance sensor sistems

Abstract

The work is devoted to the consideration of the issues of design and modeling of some new hardware implementations of code-controlled smart multifunctional continuous logic devices (SMCLD) with time-pulse representation of operands as improved basic cells of advanced MIMO structures and high-performance parallel-type sensor systems for input, image processing and solving interconnection problems for picture operands. The proposed code-controlled SMCLDs implement, in accordance with the control code, one of the functions of two-valued, multi-valued and continuous logics, in which the input and output operands are represented by currents flowing in current mirrors. As shown in the work, such improved basic cells can additionally implement the functions of nonlinear time-pulse conversion or analog-to-digital conversions and, with some simple modifications, expand the set of other continuous and neural logic functions performed by them, including implementing neuron activation functions. The results of simulations of such elements confirm their following advantages: high speed and reliability, simplicity, low power consumption, high level of integration. The conceptual proposed approach to building SMCLDs consists in using current mirrors implemented on 1.5-μm CMOS transistors. The small number of components required for the implementation of the basic cell, namely 50 to 70 transistors, 1 photodiode and 1 LED, makes the proposed circuits quite compact. The simulation results of such basic functions as NOT, MIN, MAX, equivalence (EQ), normalized summation, averaging and others, which were implemented by such SMCLDs, showed that the level of logical variables can vary 0.1 μA to 10 μA for low-power variants. SMCLDs have low power consumption

Робота присвячена розгляду питань проектування та моделювання деяких нових апаратних реалізацій кодокерованих інтелектуальних багатофункціональних неперервно-логічних пристроїв (ІБНЛП) з часоімпульсним представленням операндів, як удосконалених базових комірок удосконалених MIMO-структур та високопродуктивних сенсорних систем паралельного типу для введення, обробки зображень та вирішення проблем міжз`єднань для картинних операндів. Запропоновані кодокеровані ІБНЛП реалізують у відповідності коду керування одну з набору функцій двозначних, багатозначних та неперервних логік, у яких вхідні та вихідні операнди представлені струмами, що протікають в віддзеркалювачах струму. Як показано в роботі, такі удосконалені базові комірки додатково можуть реалізувати функції нелінійного часо-імпульсного перетворення чи аналого-цифрових перетворень та при деяких простих модифікаціях розширити набір виконуваних ними інших функцій неперервних та нейронної логік, в тому числі реалізувати функції активації нейронів. Результатами моделювань таких елементів підтверджені такі їх переваги: висока швидкість та надійність, простота, мале енергоспоживання, високий рівень інтеграції. Концептуальний пропонований підхід до побудови ІБНЛП полягає у використанні струмових дзеркал, реалізованих на 1,5-мкм CMOS-транзисторах. Невелика кількість необхідних для реалізації базової комірки компонентів, а саме наявних від 50 до 70 транзисторів, 1 фотодіода та 1 світлодіода робить запропоновані схеми досить компактними. Результати моделювання таких основних функцій, як NOT, MIN, MAX, еквівалентності (EQ), нормалізованого підсумовування, усереднення та інших, що були реалізовані такими ІБНЛП, показали, що рівень логічних змінних може змінюватися від 0,1 мкА до 10 мкА для варіантів з низьким енергоспоживанням. ІБНЛП мають низьке енергоспоживання