[發(fā)明專利]一種阻變存儲單元讀出放大電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110093731.1
• 申請日: 2011-04-14
• 公開（公告）號: CN102122525B
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方糧;劉剛;勵楠;隋兵才;張超;池雅慶;馬卓;段志奎;孫鶴
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學
• 主分類號: G11C7/06
• 分類號: G11C7/06
• 代理公司: 國防科技大學專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 郭敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計領(lǐng)域阻變存儲單元陣列外圍的讀出放大電路，具體涉及一 種用直流增益變化來采樣阻值變化，用可控電容分壓器來產(chǎn)生參考電壓的讀出放大電 路。

背景技術(shù)

非易失性存儲器是一種能在掉電后仍保存原有存儲信息的存儲器，在現(xiàn)代電子系 統(tǒng)中得到了廣泛的運用。非易失性存儲器種類繁多，阻變存儲器（Resistive?Random? Access?Memory,RRAM）是其中的一種。由于阻變存儲器具有超高的存儲密度、結(jié)構(gòu) 簡單、速度快和非易失性的特點，應(yīng)用前景十分廣闊。

阻變存儲單元陣列是阻變存儲器的核心，由大量的阻變存儲單元按照一定的空間 結(jié)構(gòu)組成。交叉電極結(jié)構(gòu)是一種典型的阻變存儲單元陣列結(jié)構(gòu)，其集成度較高、兼容主 流的微電子工藝。交叉電極結(jié)構(gòu)為兩層相互垂直交叉的平行納米線，形成一個網(wǎng)格。在 每個交叉點處形成一個阻變存儲單元，阻變存儲單元以高阻態(tài)和低阻態(tài)分別表示邏輯 “0”和“1”。圖1是交叉電極結(jié)構(gòu)阻變存儲單元陣列物理結(jié)構(gòu)示意圖。阻變存儲單元 由頂電極、底電極和中間插入的阻變材質(zhì)組成，圖2是其橫截面示意圖。圖3為阻變存 儲單元的電壓和電流關(guān)系示意圖，其中虛線為高阻態(tài)存儲單元的I-V曲線，實線為低阻 態(tài)存儲單元的I-V曲線。阻變存儲單元兩端的電壓達到或超過高阻態(tài)轉(zhuǎn)換電位A點電壓 值時，阻變存儲單元轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)，阻變存儲單元兩端的電壓達到或超過低阻態(tài)轉(zhuǎn)換電 位B點電壓值時，轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)。阻變存儲單元兩端的電壓在A點電壓值和B點電壓 值之間時阻態(tài)不發(fā)生轉(zhuǎn)變。利用阻變存儲單元的這個特性，通過改變外加電壓的大小來 改變阻變存儲單元的阻態(tài)從而實現(xiàn)信息的寫入；讀取數(shù)據(jù)時，在阻變存儲單元兩個電極 上施加讀取電壓，通過檢測阻變存儲單元阻態(tài)，實現(xiàn)信息的讀取。為了檢測分辨阻變存 儲單元的阻態(tài)，將流過阻變阻變存儲單元的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栠M行讀出放大是一 種有效的方式。

圖4是一種典型的讀出放大結(jié)構(gòu)，WL₁為阻變存儲陣列的第一字線，WL₂為阻變存 儲陣列的第二字線，……，WL_j為阻變存儲陣列的第j字線，……，WL_P為阻變存儲陣 列的第P字線，BL₁為阻變存儲陣列的第一位線，BL₂為阻變存儲陣列的第二位線，……， BL_i為阻變存儲陣列的第i位線，……，BL_N為阻變存儲陣列的第N位線，N為阻變存 儲單元陣列的位線數(shù)目，P為阻變存儲陣列字線的數(shù)目，P和N均為正整數(shù)。該讀出放 大結(jié)構(gòu)由比較讀出級、參考電壓產(chǎn)生電路兩部分組成。其中比較讀出級由N個讀出位 組成，分別對應(yīng)阻變存儲單元陣列的N個位線，即第一讀出位對應(yīng)第一位線，第二讀 出位對應(yīng)第二位線，以此類推。每個讀出位均由負載電阻、電壓比較器組成，第一讀出 位的負載電阻的一端連接阻變存儲單元陣列的第一位線和第一讀出位的敏感放大器的 正向輸入端，另一端接地，第一讀出位中的敏感放大器的反相輸入端連接參考電壓產(chǎn)生 電路的輸出端V_ref，第一讀出位的輸出V_out1連接到外部輸出；第二讀出位至第N讀出 位中負載電阻和敏感放大器的連接方式與第一讀出位類似，即每個讀出位的負載電阻的 一端與該讀出位對應(yīng)的位線和該讀出位中的敏感放大器的正向輸入端相連，另一端接 地，每個讀出位的敏感放大器的反相輸入端連接參考電壓產(chǎn)生電路的輸出端V_ref，每個 讀出位的輸出端接外部輸出。參考電壓產(chǎn)生電路由M個分壓元件和運算放大器組成， M為正整數(shù)，每個分壓元件均為電阻，M個分壓元件采用串連方式連接，每兩個分壓 元件的結(jié)合部形成一個分壓點，分壓點的電位可計算得出，根據(jù)電路的需要，選擇合適 的分壓點(圖中以A點表示)。運算放大器的正向輸入端連接一個分壓點如A點，運算放 大器的輸出端V_ref與其反相輸入端相連形成一個電壓跟隨器，用以提高驅(qū)動能力。參考 電壓產(chǎn)生電路的輸出端V_ref連接到比較讀出級中每個讀出位的敏感放大器的反相輸入 端，用以提供參考電壓。