[發明專利]一種相變存儲器的高速數據寫入結構及寫入方法

無效

• 申請號: 201210036654.0
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102592665A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 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;G11C16/06
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標代理有限公司 11012
• 代理人: 王昭林;項京

技術領域

本發明涉及相變存儲器，特別涉及一種相變存儲器的高速數據寫入結構及寫入方法。

背景技術

相變存儲器(PRAM)是目前常用的存儲器件，其主要原理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(amorphous?state)與晶態(crystalline?state)的變化。通常用非晶態表示邏輯“1”，晶態表示邏輯“0”來存儲數據。

PRAM與目前其他動態存儲器(DRAM)，閃存(Flash)相比具有以下明顯優勢：

一、驅動電壓低；

二、功耗小；

三、讀寫速度快；

四、PRAM可適用抗輻射。

此外，使用28nm及以下CMOS制程，PRAM的性能可能更穩定，更可靠。

然而，盡管PRAM在讀寫速度上優于FLASH大約10倍及以上，但其寫入速度慢于DRAM大約100倍及以上。

目前的相變存儲器的數據寫入方法主要是：采用寫入結構在相變材料上加一個電流脈沖。其中，電流脈沖的示意圖如圖1所示。由寫入電路產生的設置(SET)操作電流11被加入到相變材料，使其發生非晶態到晶態的轉變；重置(RESET)操作電流12被加入到相變材料，使其發生晶態到非晶態的轉變。如果相變過程正確完成，則電流脈沖結束后，相變材料維持對應的狀態直到下一次寫入操作。

傳統的寫入結構，如圖2所示，包括比較電路21和寫入電路22。其中，先由比較電路21根據從陣列讀取的數據和需要被寫入的數據，判斷需要SET和RESET操作的數據位，然后針對要操作的數據位為寫入電路22施加SET電流11和RESET電流12，寫入電路22將需要被寫入的數據逐位/多位寫入數據位中。

可見，現有的寫入結構和寫入方法具有如下明顯缺陷：

一、由于RESET電流12的瞬間峰值很高，且時間很短，導致當所有數據位要求進行RESET操作時，將產生強大的瞬間峰值電流；

二、寫入數據的時間明顯延長為SET操作時間(tSET)與RESET操作時間(tRESET)的和。

在現代PRAM的設計中，PRAM單一數據位的SET與RESET的電流都降低了，但是由于需要提高寫入速度，同時寫入(或頁面模式page?mode)的數據位更多，因此寫入操作時峰值電流明顯增大，寫入時間明顯增加。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種相變存儲器的高速數據寫入結構及寫入方法，以提高數據寫入的速度。

本發明進一步的目的是在提高寫入速度的同時，降低功耗。

為達到上述的主要目的，本發明提供了一種相變存儲器的高速數據寫入結構，包括比較電路、包含N個數據位和一個標志位的數據存儲單元、N+1個寫入電路以及控制電路。

所述比較電路對從陣列讀取的數據和需要被寫入的數據進行比較，將比較結果發送給控制電路。

所述N+1個寫入電路中第一寫入電路用于對所述數據存儲單元的標志位執行設置/重置(SET/RESET)操作，N個寫入電路分別用于對所述數據存儲單元的N個數據位執行SET/RESET操作。

所述控制電路接收從陣列讀取的數據和需要被寫入的數據，以及比較電路發送的比較結果；根據比較結果，在所述數據存儲單元中所有數據位執行相同的SET操作或RESET操作時，僅控制所述第一寫入電路對所述標志位執行SET操作或RESET操作；在要執行RESET操作的數據位數量大于預定值時，將要執行RESET操作的數據位改為要執行SET操作，并控制所述第一寫入電路改變所述標志位，同時控制要執行SET操作的數據位對應的寫入電路，執行SET操作；在要執行RESET操作的數據位數量不大于預定值時，同時控制要執行SET操作和/或RESET操作的數據位對應的寫入電路，執行SET操作和/或RESET操作。

較佳地，所述控制電路通過向所述寫入電路傳送控制信號和SET電流或RESET電流，控制所述寫入電路執行所述SET操作或RESET操作。

較佳地，所述控制電路中包括存儲了預定的RESET操作分組方式的存儲模塊；在執行RESET操作時，先對要執行RESET操作的數據位按存儲模塊中的分組方式進行分組；再按照分組的順序，一組一組地分時控制對應的寫入電路執行RESET操作。

本發明還提供了一種相變存儲器的高速數據寫入方法，該方法采用上述的高速數據寫入結構，包括如下步驟：

A、所述比較電路對從陣列讀取的數據和需要被寫入的數據進行比較，將比較結果發送給控制電路；