¿Cómo se puede hacer un circuito de memoria de voltaje analógico?

Estoy buscando un circuito que pueda, en la entrada, recordar un cierto voltaje y emitir ese voltaje indefinidamente incluso después de que se haya eliminado la entrada. El circuito no debe cambiar su salida hasta que se haya proporcionado una nueva entrada.

Entiendo que dicho circuito se puede hacer muestreando digitalmente la entrada hasta una resolución arbitraria, pero me gustaría saber si es posible una solución analógica simple.

También me gustaría mantener esta solución puramente electrónica, ya que también puedo imaginar una solución mecánica en la que un circuito de retroalimentación controle mecánicamente un potenciómetro.

Finalmente, idealmente no me gustaría que el circuito se base en la estabilidad pasiva de cualquier entrada flotante. El circuito debe ser estable durante al menos horas.

Esta no es una respuesta práctica a menos que trabaje para una empresa con los recursos de, por ejemplo, Intersil, pero la tecnología existe para que esto funcione. Considere las referencias de tipo ISL21080 que tienen carga, con suerte durante la vida útil del equipo en el que están instaladas, basadas en una pequeña capacitancia aislada por efectos de túnel cuántico. Siempre que no interfieran demasiado con los rayos X, etc., se mantendrán bastante estables durante años . Ver, por ejemplo, esta nota de aplicación .

Podría agregar que este tipo de cosas me dan ganas.

Para una aplicación ordinaria, lo más probable es que lo digital sea el camino a seguir.

La tecnología EEPROM se dividió en dos ramas a principios de la década de 1980: un óxido delgado (FLOTOX) con Intel y Seeq y el otro óxido grueso (Xicor). En los primeros días, había debilidades en ambas rutas. El óxido delgado se filtró y el óxido grueso era inherentemente imposible de escalar. Hubo otros problemas, pero no se aplican aquí.

Dado que el óxido grueso no "goteaba" electrones, pregunté a los diseñadores de Xicor sobre la resolución teórica de una sola celda de óxido grueso si descontamos las limitaciones de los amplificadores de detección, y dijeron que podría acercarse a 1ppm (aproximadamente 20 bits) . Dado que también estaba asociado con LTC, que era uno de los líderes en referencias de voltaje de precisión que eran inherentemente hambrientos de energía, eso me llevó a pensar que una sola celda EEPROM podría adaptarse para ser una referencia de voltaje de alta precisión y muy baja potencia. Mi pensamiento a largo plazo fue que esta tecnología podría desarrollarse aún más para su uso en inteligencia artificial y usarse junto con n multiplexores reconfigurables, no bloqueantes y no volátiles.

Avance rápido alrededor de 15 años: Xicor terminó desarrollando dicho dispositivo y luego fue adquirido por Intersil. Dada la incapacidad de escalar, la visión a largo plazo probablemente no sea práctica. Sin embargo, otras tecnologías pueden permitir la visión cuando se combinan con un software mux reconfigurable por software.

Este dispositivo existe aunque no está fácilmente disponible en cantidades de unidades individuales, sus amplificadores de salida se interpondrán y es muy no lineal.

Es un MOSFET de puerta flotante, utilizado en memoria Flash, EEPRom y otros. La carga de programación puede ser variable, aunque algo impredecible, ya que el túnel FN (Fowler Nordheim) será variable a través de la matriz. Si bien no es lineal, es un efecto proporcional, por lo que puede imaginarse diseñando un circuito que linealice el efecto de programación (de Vth shift). Será estable durante semanas o meses, por lo que cumple con los requisitos de horas que usted dice que necesitaría.

Pero mucho depende de las especificaciones que necesita, cuánta deriva es aceptable, etc.

Para que quede claro aquí, estoy hablando del dispositivo / transistor individual, no del componente completo, ya que los circuitos de soporte de un Flash le impedirán operar las células de esta manera.

Aquí hay 3 referencias de un artículo de EDN que hablan de una compañía llamada GTronix que fue adquirida por National Semi (ahora TI).

Lee, BW, BJ Sheu y H Yang, "Sinapsis analógicas de puerta flotante para cómputo neuronal VLSI de propósito general", IEEE Transactions on Circuits and Systems, Volumen 38, Número 6, junio de 1991, pág. 654.

Fujita, O e Y Amemiya, "Un dispositivo de memoria analógica de puerta flotante para redes neuronales", IEEE Transactions on Electron Devices, Volumen 40, Número 11, noviembre de 1993, pág. 2029.

Smith, PD, M Kucic y P Hasler, "Programación precisa de arreglos analógicos de puerta flotante", Simposio internacional de IEEE sobre circuitos y sistemas, Volumen 5, mayo de 2002, pág. V-489.

Hay otra clase de dispositivo que se llama un transistor MNOS (Semiconductor de óxido de nitruro metálico) en el que hay dos dieléctricos en la puerta, uno de los cuales es Si3N4, que tiene muchas trampas. Este dispositivo funciona de manera muy similar a la celda flash anterior.

Dejé un comentario y lo pensé por un minuto y diré con certeza esperanzadora de que no existe; algo de distancia del voltaje "muestreado" no solo es probable, sino una certeza. Parece que la resolución es crítica (como está implícito en su pregunta) y es por eso que digo que no existe. El ruido es otro factor que reducirá la fidelidad de lo que ha muestreado.

Incluso un sistema digital (con resolución más que suficiente) será inexacto al reproducir el voltaje que aparentemente "almacenó". Cualquier cosa llevada a límites será un problema. La idea del potenciómetro (sugerida en la pregunta) también es defectuosa porque se basa en que el voltaje de referencia a través de sus terminales se mantiene (o reproduce): no puede saber cómo estas cosas se desvían minuciosamente, pero, nuevamente, todo se reduce a aceptar un error o rechazar ese error

Sí, los chips ISD funcionan de esta manera. De hecho, un inventor en la década de 1990 afirmó haber encontrado una manera de almacenar una película completa de 1 hora en un chip de memoria analógico de 16 MB.

El problema resultó ser (¡sí, lo adivinaste!) La deriva de voltaje con el tiempo. Claro, el chip almacenará su película muy bien por un día, posiblemente dos, pero incluso con energía, eventualmente se degradaría más allá del uso porque los valores individuales almacenados no se pudieron recuperar sin hacer referencia al archivo original. De hecho, busqué usar esto para almacenar señales SSTV pero encontré el mismo problema, los disquetes convencionales o incluso la cinta VHS eran mucho más confiables.