[發(fā)明專利]低功耗APD靈敏放大器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110280437.1
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN102385901A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設計）人: 徐鶴卿;賈嵩
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G11C7/06
• 分類號: G11C7/06
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發(fā)明涉及集成電路技術領域，特別涉及一種低功耗APD靈敏放大器。

背景技術

隨著工藝的進步和集成度的提高，功耗問題日益突出，因此如何降低電路功耗成為現(xiàn)在研究的熱點。同時，工藝的進步使得能夠?qū)⑦壿嬰娐泛痛鎯ζ骷傻酵粔K芯片中，存儲器在芯片中所占的面積越來越大。根據(jù)ITRS(International?Technology?Roadmap?forSemiconductors，國際半導體技術藍圖)的預測，到2013年，存儲器會占整個芯片面積的90％。因此，嵌入式存儲器以及它的外圍電路將顯著的影響整個芯片的功耗，減小存儲器及其外圍電路的功耗可以顯著改善整個芯片的功耗特性。靈敏放大器作為SRAM(Static?RandomAccess?Memory，靜態(tài)隨機存儲器)外圍電路的重要組成部分，它的性能優(yōu)劣對整個SRAM功能的實現(xiàn)、速度和功耗方面有著深刻的影響。因此，改進靈敏放大器的電路結(jié)構，對于降低SRAM的功耗，提高SRAM的性能有著重大的意義。

靈敏放大器最主要的功能就是放大SRAM中位線上的電壓信號。在SRAM電路中典型的電壓擺幅為100mV，如果把位線上的信號直接加到外部電路上，那么外部電路就會由于無法辨認信號的邏輯值而無法正常工作。靈敏放大器要將位線上的電壓放大至全擺幅并在輸出端輸出。

傳統(tǒng)的Current-mirror(電流鏡)靈敏放大器是一種應用廣泛的結(jié)構，如圖1所示[1]，該電路可以由兩級結(jié)構組成：第一級結(jié)構用源跟隨器來放大位線上的信號，并把放大后的信號送入第二級主放大器；第二級主放大器則是用類似運算放大器的結(jié)構將信號放大至全擺幅輸出。當sense＝0時，放大器為預充工作；當sense＝1時，放大器開始放大位線上的小擺幅信號。在Current-mirror靈敏放大器工作時會有靜態(tài)電流通過尾管流向地線GND，因此電流鏡型靈敏放大器的功耗比較大。

在傳統(tǒng)的Current-mirror靈敏放大器基礎上，通過外加APD(Automatic-power-down，電源自動關斷)電路和鎖存器，可以構成APD靈敏放大器，如圖2(a)所示[2]。其中的APD電路由兩個施密特觸發(fā)器，一個與非門和一個動態(tài)反相器組成。與一般的Current-mirror靈敏放大器不同，這種APD靈敏放大器利用施密特觸發(fā)器來探測放大器的輸出信號，同時產(chǎn)生電源關斷信號pd，這樣它可以在完成放大之后自動地及時關斷靈敏放大器，降低功耗。由于引入了電源關斷信號pd，其中的Current-mirror靈敏放大器的結(jié)構也做出相應的改進：MN5和MN6串聯(lián)構成第一級的尾管，MN7和MN8串聯(lián)構成第二級的尾管，MN6和MN8的柵極受pd信號控制，同時增加了受pd信號控制的預充管MP19、MP20、MP23、MP24。當Current-mirror靈敏放大器的輸出sa_out(或)的電平低于施密特觸發(fā)器的閾值VHL時，施密特觸發(fā)器的輸出變?yōu)?，經(jīng)過與非門和反相器后使得pd信號變?yōu)?，關斷Current-mirror靈敏放大器。APD電路中主要是采用了施密特觸發(fā)器，在此把這種靈敏放大器稱為基于施密特觸發(fā)器的APD靈敏放大器。這種基于施密特觸發(fā)器的APD靈敏放大器降低了Current-mirror靈敏放大器功耗，但是從圖2(a)中可以看出，這種靈敏放大器增加了一個比較復雜的APD電路，APD電路本身的功耗和面積都占據(jù)了整個電路的50％左右。

上面提到的參考文獻如下：

[1]H.Nambu，K.Kanetani，K.Yamasaki，K.Higeta，M.Usami，Y.Fujimura，K.Ando，T.Kusunoki，K.Yamaguchi，and?N.Homma，“A1.8-ns?access，550-MHz，4.5-Mb?CMOS?SRAM，”IEEE?J.Solid-StateCircuit，1998，vol.33，no.11，1650-1658

[2]Ya-Chun?Lai?and?Shi-Yu?Huang，“A?resilient?and?power-efficientautomatic-power-down?sense?amplifier?for?SRAM?design，”IEEE?Circuitsand?Systems，2008，vol.55，1031-1035

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術問題

本發(fā)明所要解決的技術問題是：如何在不影響電路速度的情況下，進一步降低基于施密特觸發(fā)器的APD靈敏放大器的功耗。

(二)技術方案