[發明專利]具有掉電數據保持功能的觸發器

有效

• 申請號: 201110164882.1
• 申請日: 2011-06-17
• 公開（公告）號: CN102831931A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 陳后鵬;王倩;蔡道林;金榮;陳小剛;宋志棠
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G11C14/00
• 分類號: G11C14/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及半導體集成電路領域，特別是涉及一種用于集成電路系統中基于相變存儲單元的具有掉電數據保持功能的觸發器。

背景技術

掉電數據保持技術廣泛使用于集成電路的系統中，在掉電時把觸發器輸出的數據或觸發器的狀態保存起來，便于記錄的查找，因而是控制系統或保密系統中保證數據安全的必備電路。

目前常用的掉電數據保持技術主要有兩種：一種是在掉電時使用備用電源防止數據丟失，該種方法如果在集成電路內部實現掉電數據保護時，需要很大的電容，而且保存的時間很短(其保存的時間在毫秒量級)，否則就要用備用電池或用不間斷電源，所付出的代價很大；另一種是在電源電壓降低到一定程度之前，發出掉電信號，通知控制器把數據安全轉移到非揮發存儲器中，該種方法采用的非揮發存儲器一般是EEPROM或flash存儲器，雖然這兩種非揮發存儲器都可以在集成電路內部實現，但與CMOS工藝兼容的工藝比較復雜，而且在快速掉電的情況下，數據來不及保存，例如小于一個微秒的掉電速度。為了解決快速掉電數據保存的問題，目前在一些特殊的場合使用鐵電存儲器，但這些都未能解決降低高速掉電數據保護電路設計成本的問題。

本發明人在研究中發現，相變存儲元件的制作工藝與傳統的CMOS工藝可兼容，且成本比EEPROM、Flash存儲器的成本都要低，而且速度比EEPROM、flash存儲器要快幾個數量級，所以相變器件是一種新興的存儲器。呈如圖1所示，圖1顯示為一個使相變器件發生相變的等效電路圖。相變單元PCM可以等效為一個可變電阻R，所述相變單元PCM的一端接地，另一端接位線BL，在字線WL選通后，驅動電流通過位線BL注入到相變單元PCM，使相變單元PCM發生相變。由此可知，用于集成電路系統的初始化，且基于相變存儲單元的掉電數據保持觸發器技術，以降低現行的高速掉電數據保護電路的成本，已成為本領域內的技術人員所亟待研究的課題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于相變存儲單元的具有掉電數據保持功能的觸發器，以對該相變存儲單元反復進行讀寫擦操作，并藉由相變存儲單元的制造工藝簡單以及可與CMOS工藝兼容的優點，實現數據保持所需的操作時間在納秒量級以及可長時間保持的目的，進而實現一種低成本高速掉電數據保護電路的設計。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種具有掉電數據保持功能的觸發器，應用于集成電路系統中，其特征在于，所述觸發器至少包括：雙置位端觸發單元，至少具有一數據輸出端及數據恢復置位端；電源監測單元，連接一電源輸入端，用于監測到輸入的電源電壓低于一預設值時發出一掉電置位信號，以及用于監測到輸入的電源電壓高于一預設值時發出一上電置位信號；信號生成單元，連接于所述電源檢測單元及雙置位端觸發單元，用于接收到所述掉電置位信號時，檢測所述雙置位端觸發單元的數據輸出端所輸出的數據類型，并依據該數據類型生成set或reset信號并輸出；相變存儲單元，連接于所述電源監測單元、信號生成單元、以及雙置位端觸發單元，具有用以讀數據的讀電路、寫數據的寫電路、以及存儲數據的存儲器，其中，所述相變存儲單元接收到所述set或reset信號時，啟動所述寫電路，寫入與所述set或reset信號相對應的數據至所述存儲器中，所述相變存儲單元接收到所述上電置位信號時，啟動所述讀電路以自所述存儲器中讀出存儲的數據并輸出給所述雙置位端觸發單元的數據恢復置位端，以使所述雙置位端觸發單元恢復掉電數據。

本發明的具有掉電數據保持功能的觸發器，還包括一鎖存單元，連接于所述相變存儲單元與所述雙置位端觸發單元的置位端之間，用于將所述讀電路自所述存儲器中讀出存儲的數據予以鎖存，并輸出至所述雙置位端觸發單元的數據恢復置位端。具體地，所述鎖存單元還連接于電源監測單元，用以接收到上電置位信號時，將鎖存的數據輸出至所述雙置位端觸發單元的數據恢復置位端。

在本發明的具有掉電數據保持功能的觸發器中，所述雙置位端觸發單元還包括一軟復位信號端，連接于一外部控制電路，所述軟復位信號端有效時，屏蔽所述數據恢復置位端。具體地，所述雙置位端觸發單元還包括有選擇電路，分別連接所述軟復位信號端與數據恢復置位端。

在本發明的具有掉電數據保持功能的觸發器中，所述存儲器是利用相變材料的晶態和非晶態的特性來實現數據的存儲。