Como se pode fazer um circuito de memória de tensão analógica?

Estou procurando um circuito que possa, na entrada, lembrar de uma certa tensão e emitir essa tensão indefinidamente, mesmo após a entrada ter sido retirada. O circuito não deve alterar sua saída até que uma nova entrada seja fornecida.

Entendo que esse circuito pode ser feito amostrando digitalmente a entrada até uma resolução arbitrária, mas eu gostaria de saber se uma solução analógica simples é possível.

Eu também gostaria de manter essa solução puramente eletrônica, pois também posso imaginar uma solução mecânica na qual um circuito de feedback controla mecanicamente um potenciômetro.

Por fim, eu preferiria que o circuito não dependesse da estabilidade passiva de nenhuma entrada flutuante. O circuito deve permanecer estável por pelo menos horas.

Essa não é uma resposta prática, a menos que você trabalhe para uma empresa com os recursos da Intersil, por exemplo, mas a tecnologia existe para fazer isso funcionar. Considere as referências do tipo ISL21080 que mantêm a carga, esperançosamente pela vida útil do equipamento em que estão instaladas, com base em uma pequena capacitância isolada pelos efeitos de tunelamento quântico. Desde que eles não obtenham muito em termos de raios-X, etc. eles permanecerão bastante estáveis ​​por anos . Veja, por exemplo, esta nota de aplicação .

Devo acrescentar que esse tipo de coisa me dá vontade.

Para um aplicativo comum, o digital é provavelmente o caminho a percorrer.

A tecnologia EEPROM se dividiu em dois ramos no início dos anos 80 - um óxido fino (FLOTOX) com Intel e Seeq e o outro óxido espesso (Xicor). Nos primeiros dias, havia pontos fracos nas duas rotas. O óxido fino vazava carga e o óxido espesso era inerentemente impossível de escalar. Havia outros problemas, mas eles não se aplicam aqui.

Dado que o óxido espesso não "vazava" elétrons, perguntei aos projetistas da Xicor sobre a resolução teórica de uma única célula de óxido espesso se descontamos as limitações dos amplificadores sensoriais e eles disseram que ele poderia se aproximar de 1ppm (aproximadamente 20 bits) . Como eu também estava associado ao LTC, que era um dos líderes em referências de tensão de precisão que, inerentemente, consomem muita energia, isso me levou a pensar que uma única célula EEPROM poderia ser adaptada para ser uma referência de alta precisão e muito baixa tensão. Meu pensamento de longo prazo foi que essa tecnologia poderia ser desenvolvida ainda mais para uso em IA e usada em conjunto com n multiplexadores não voláteis, não bloqueadores e reconfiguráveis, não voláteis.

Avanço rápido em cerca de 15 anos - a Xicor acabou desenvolvendo esse dispositivo e, posteriormente, foi adquirida pela Intersil. Dada a incapacidade de escalar, a visão de longo prazo provavelmente não é prática. No entanto, outras tecnologias podem possibilitar a visão quando combinadas com um mux reconfigurável por software.

Este dispositivo existe, embora não esteja prontamente disponível em quantidades unitárias, seus amplificadores de saída atrapalham e é muito não linear.

É um MOSFET de porta flutuante, usado na memória Flash, EEPRom e outros. A carga de programação pode ser variável, embora um pouco imprevisível, pois o tunelamento FN (Fowler Nordheim) será variável em todo o molde. Embora não linear, é um efeito proporcional; portanto, você pode imaginar projetando um circuito que linearize o efeito de programação (do V-deslocamento). Ele permanecerá estável por semanas a meses, atendendo aos requisitos de horas que você diz que precisaria.

Mas depende muito das especificações necessárias, quanta deriva é aceitável etc.

Só para esclarecer aqui, estou falando do dispositivo / transistor individual e não do componente completo, pois os circuitos de suporte de um Flash impedirão que você opere as células dessa maneira.

Aqui estão três referências de um artigo da EDN falando sobre uma empresa chamada GTronix que foi adquirida pela National Semi (agora TI).

Lee, BW, BJ Sheu e H Yang, “Sinapses de porta flutuante analógica para computação neural VLSI de uso geral”, Transações IEEE em Circuitos e Sistemas, Volume 38, Edição 6, Junho 6, junho de 1991, página 654.

Fujita, O e Y Amemiya, “Um dispositivo de memória analógica de porta flutuante para redes neurais”, IEEE Transactions on Electron Devices, Volume 40, Volume 40, Edição 11, Novembro 11, novembro de 1993, página 2029.

Smith, PD, M Kucic e P Hasler, “Programação precisa de matrizes de porta flutuante analógica”, Simpósio Internacional IEEE sobre Circuitos e Sistemas, Volume 5, maio de 2002, página V-489.

Existe outra classe de dispositivo que é chamado de transistor MNOS (Semicondutor de óxido de nitreto metálico), no qual existem dois dielétricos no portão, um dos quais é o Si3N4, que possui muitas armadilhas. Este dispositivo opera de maneira muito semelhante à célula flash acima.

Deixei um comentário e pensei sobre isso por um minuto e direi com esperança esperançosa que ela não existe - alguns desvios da tensão "amostrada" não são apenas prováveis, mas também uma certeza. Parece que a resolução é crítica (como está implícito na sua pergunta) e é por isso que digo que ela não existe. O ruído é outro fator que reduzirá a fidelidade do que você amostrou.

Mesmo um sistema digital (com resolução mais que suficiente) será impreciso na reprodução da tensão que você aparentemente "armazenou". Qualquer coisa levada ao limite será um problema. A idéia do potenciômetro (sugerida na pergunta) também é falha porque depende da tensão de referência em seus terminais sendo mantida (ou reproduzida) - você não pode saber como essas coisas flutuam minuciosamente, mas, novamente, tudo depende de aceitar um erro ou rejeitar esse erro.

Sim, os chips ISD funcionam dessa maneira. De fato, na década de 1990, um inventor afirmou ter encontrado uma maneira de armazenar um filme inteiro de 1 hora em um chip de memória analógica de 16 MB.

O problema acabou por ser (sim, você adivinhou!) Desvio de tensão ao longo do tempo. Certifique-se de que o chip armazenaria seu filme muito bem por um dia, possivelmente dois, mas mesmo alimentado acabaria degradado além do uso, porque os valores individuais armazenados não poderiam ser recuperados sem se referir ao arquivo original. Na verdade, eu usei isso para armazenar sinais SSTV, mas tive o mesmo problema: disquetes convencionais ou até fita VHS eram muito mais confiáveis.