[發明專利]高速低功耗WTA靈敏放大器有效

申請號：	201110415399.6	申請日：	2011-12-13
公開（公告）號：	CN102522106A	公開（公告）日：	2012-06-27
發明（設計）人：	賈嵩;張洵;王源	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：	北京路浩知識產權代理有限公司 11002	代理人：	王瑩
地址：	100871***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	高速功耗 wta 靈敏放大器
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，特別涉及一種高速低功耗WTA靈敏放大器。

背景技術

靈敏放大器是靜態隨機訪問存儲器(SRAM)外圍電路的重要部分，它的性能極大的影響整個SRAM的性能。由于集成度的提高，增大的位線負載電容成為限制靈敏放大器性能的一個主要障礙。

傳統的電壓型靈敏放大器要在OUT和端建立差分電壓往往需要位線BL和端建立同樣的差分電壓，增大的位線負載電容將導致建立位線差分電壓的時間增大，使得性能降低。由于，在尺寸逐漸縮小的趨勢下，位線電容逐漸增大，所以位線建立差分電壓的時間越來越大，很大限度上制約了傳統電壓型靈敏放大器的速度。一種可行的解決方案是通過WTA(Winner-Take-All)靈敏放大器檢測位線上的電流，由于WTA靈敏放大器采用電流檢測模式，OUT和端差分電壓的建立不需要位線BL和端有同樣的差分電壓，也就是說，當該種該靈敏放大器在OUT和端建立足夠的差分電壓時，位線BL和端電壓差仍然保持在很小的范圍內，這樣便解決了位線電容對靈敏放大器速度的制約問題，電流檢測并不依賴于大負載位線的充放電，因此可以明顯的改善速度。WTA靈敏放大器就是利用電流檢測原理設計的一種高速靈敏放大器。

傳統WTA靈敏放大器的電路結構如圖1所示，它的結構主要可分為三個部分：一、由PMOS晶體管P1～P4所組成的電流傳送電路，其作用是探測位線上的差分電流；二、由NMOS晶體管N1～N5所組成的放大觸發電路，其作用是感應位線上的差分電流，觸發正反饋，將位線上的差分電流放大為電壓信號輸出；三、分別與OUT和端連接的放大電路，其作用是實現軌至軌(rail-to-rail)的輸出。

傳統的WTA靈敏放大器的工作原理如下：

準備階段，信號端SAen(即圖中“N5”的柵極)置為0，C點(即圖中“N5”的漏極)電壓被充至V_dd-V_th(其中V_dd為電源電壓，V_th為閾值電壓)，使N1，N2截止。假設SRAM讀1，即電路傳送電路檢測出差分電流I_P3＞I_P4(其中，I_P3為經過圖中“P3”的電流，I_P4為經過圖中“P4”的電流)，即I_N3＞I_N4(其中，I_N3為經過圖中“N3”的電流，I_N4為經過圖中“N4”的電流)。C點電位高，N3、N4管工作于線性區，由I_n＝u_nC_ox(V_gs-V_th)V_ds(其中，u_n是遷移率，C_ox是單位面積氧化層電容，V_gs是柵源電壓，V_th是閾值電壓，V_ds是源漏電壓，此處引用此公式是為說明I_n與V_ds間的正相關關系)，故V_ds3＞V_ds4，即

放大階段可簡要看作兩個步驟：1、由N1～N5電路觸發一個ΔV_A＞ΔV_B(其中，ΔV_A為點A的電壓變化量，ΔV_B為點B的電壓變化量，點A為圖中“P2”的柵極，點B位圖中“P1”的柵極)的初始效果。2、ΔVA＞ΔVB引起了P1～P4電路內部的競爭，放大了位線的電流差，實現輸出電壓的放大。

步驟1：信號端SAen置為1，N5管開啟，N3、N4管柵壓V_C下降導致流過的電流下降，由公式I_n＝u_nC_ox(V_gs-V_th)V_ds可知，下降的電流|ΔI_N3|＞|ΔI_N4|。又I_P3＞I_P4，故I_P3-I_N3＞I_P4-I_N4＞0，即輸出節點的充電電流更大，所以P3、P4管的漏極電壓上升，導致源極電壓上升，因而有ΔV_A＞ΔV_B。