[發明專利]一種用于相變存儲器的快速數據讀取電路

有效

• 申請號: 201110417914.4
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN103165179A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 周忠玲;洪紅維;黃崇禮
• 申請（專利權）人: 北京時代全芯科技有限公司
• 主分類號: G11C11/56
• 分類號: G11C11/56;G11C16/26
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及存儲器數據讀取技術領域，特別地涉及一種用于相變存儲器的快速數據讀取電路，尤其適用于高性能嵌入式存儲器。

背景技術

相變存儲器件具有存儲單元尺寸小，非揮發性，循環壽命長，穩定性好，功耗低和可嵌入功能強等優點，特別是在器件特征尺寸的微縮方面的優勢尤為突出，業界認為在不久的將來會有越來越大的技術優勢。因此它被認為是下一代非揮發存儲技術的最佳解決方案之一，在低壓，低功耗，高速，高密度和嵌入式存儲方面有廣闊的前景。

相變存儲器件的工作原理主要是通過施加不同大小的特殊脈沖，導致相變材料局部區域因不同溫度而產生非晶態與晶態，也即高阻態與低阻態，非晶態表示邏輯“1”，晶態表示邏輯“0”。

目前，相變存儲器數據讀取方法的主要原則是在不影響相變材料狀態的前提下，給相變材料加一個小的電壓或者電流，從而產生一個電流或者電壓，將這個電壓或電流值與一個參考的值比較得到存儲結果。單個存儲單元的讀取原理如圖1所示，數據讀取電路包括晶體管14，相變材料12，靈敏放大器13，小的電流源11以及開關S11與S12。數據讀取的過程分為兩個步驟：(1)開關S12合上，一個小的電流注入到相變材料中，產生電壓；(2)開關S11合上，產生的電壓與參考電壓作為靈敏放大器的輸入進而通過比較得到存儲結果。

圖2是一個m行n列的存儲陣列，WL<0>到WL<m-1>是m位字線，與開關sw<0>到sw<h-1>共同來選通存儲單元，每h列共用一個靈敏放大器(h<n)，所以每個存儲陣列共有個靈敏放大器(一般是8的整數倍)，即位輸出數據，n越大，即儲存器的容量越大，需要的靈敏放大器的個數就越多，這樣既消耗了功耗又浪費了面積與時間，而且參考產生電路也將消耗掉一部分電流，這在大規模集成電路中是很不可取的。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了一種用于相變存儲器的快速數據讀取電路。

為了實現本發明的上述目的，本發明提供了一種用于相變存儲器的快速數據讀取電路，其包括：存儲陣列，所述存儲陣列具有m行n列相變存儲單元，所述相變存儲單元包括晶體管和與所述晶體管串聯的相變材料，所述m、n為正整數；固定電阻，所述固定電阻的數量為p，所述每一個固定電阻通過一個第一開關與h列相變存儲單元相連；緩沖器，所述緩沖器的數量為p，所述每一個緩沖器通過一個第二開關與h列相變存儲單元相連，所述p、h為正整數且p×h＝n。

本發明的快速數據讀取電路采用電阻分壓原理，在電路中設置的固定電阻與相變材料組成分壓電路，并用簡單的緩沖器取代靈敏放大器，這種設計減少了芯片面積，使電路結構更加簡單，降低了功耗，提高了數據讀取速度。

在本發明的優選實施例中，快速數據讀取電路中還可以包括與固定電阻數量相同的可變電阻，所述每一個固定電阻串聯有一個可變電阻。通過在電路中設置可變電阻，在讀取數據時充分考慮了工藝對相變材料電阻的影響，提高了數據讀取準確性。

在本發明的優選實施例中，快速數據讀取電路還可以包括電阻變化檢測電路，所述電阻變化檢測電路用于檢測可變電阻的目標電阻值并控制實現可變電阻的實際電阻值，所述電阻變化檢測電路包括：第一比較器，所述第一比較器用于檢測所述相變材料高阻狀態時的電阻變化值，并將電阻變化值轉換成電壓信號ΔV_h；第二比較器，所述第二比較器用于檢測所述相變材料低阻狀態時的電阻變化值，并將電阻變化值轉換成電壓信號ΔV_l；加法器，所述加法器將電壓信號ΔV_h和ΔV_l相加并轉換成可變電阻的目標電阻值電阻陣列，所述電阻陣列包括電阻R_x，所述電阻R_x并聯有由數字位C<x>控制的開關，通過數字位C<x>控制開關的合上與打開，控制可變電阻的實際電阻值R_c，所述k為正整數，所述x＝1，2，......，k；第三比較器，所述第三比較器用于比較可變電阻的實際電阻值R_c與可變電阻的目標電阻值ΔR，并將比較結果Vo傳輸給判斷電路；判斷電路，所述判斷電路通過判斷Vo的狀態來調整由數字位C<k:1>控制的所述電阻陣列的開關的合上與打開。

該電阻變化檢測電路檢測相變材料電阻的變化，控制可變電阻的大小，使分壓電路的輸出結果更加準確，提高了數據讀取準確性。