[實用新型]一種高速低功耗自關斷位線靈敏放大器

有效

• 申請號: 201220051591.1
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN202549301U
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 陳軍寧;柏娜;吳秀龍;譚守標;李正平;孟堅;徐太龍;藺智挺;余群齡
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G11C7/06
• 分類號: G11C7/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 奚幼堅

技術領域

本實用新型涉及一種應用于半導體靜態隨機存儲器的高速低功耗自關斷位線靈敏放大器。

背景技術

存儲器作為數據和指令的存儲設備，在系統芯片中占有很重要的位置。存儲器的速度主要取決于存儲器的讀取時間。存儲器的讀取時間主要是指從地址信號的輸入到數據信號的輸出所經歷的時間，一般由地址輸入緩沖器、譯碼器、存儲單元、靈敏放大器和輸出緩沖器的延遲共同決定。因此，要減小存儲器的讀取時間，一般有兩種方法：一是減小從地址信號輸入到字線選通的延時，由于內部譯碼器等電路的形式相對固定，因此用這種方法減小的延時是比較有限的；另一種是減小從字線選通到數據輸出所經歷的延時，這可以通過改進靈敏放大器的設計來實現。可見，高性能靈敏放大器的設計對于存儲器性能的改進是至關重要的。

靈敏放大器工作的目的是通過放大位線間微小的信號變化而讀取存儲單元中的數據。更具體的說，靈敏放大器在存儲器中的作用主要體現在以下三個方面：首先是放大作用，它將位線間微小的信號差放大為標準的邏輯電平“0”和“1”；其次是減小位線的放電幅度，從而減小位線充放電的功耗。最后是通過放大位線間微小的信號差并輸出完全邏輯電平，避免等待位線完全放電完畢再輸出，從而減小存儲器的讀取時間。靈敏放大器的工作一般分為兩個階段：一是預充、二是放大。

靈敏放大器主要分為兩種：電流型靈敏放大器和電壓型靈敏放大器。檢測并放大器位線間微小電流差的稱之為電流型靈敏放大器，雖然電流型靈敏放大器不受位線負載電容的影響，但是它結構較復雜、可靠性差、功耗大；電壓型靈敏放大器檢測并放大位線間微小的電壓差，它雖然受位線負載電容的影響，但是其結構簡單，穩定性高、功耗低，面積一般也比電流型靈敏放大器小，所以目前大部分商用靜態隨機存儲器中采用的靈敏放大器均為電壓型靈敏放大器。

如圖1所示，在現有技術中使用的電壓型靈敏放大器中，當外部給定的預充控制信號PRE、外部給定的使能信號SAEN均為低電平時，靈敏放大器處于預充電狀態，其輸出端被預充電到VDD；當預充控制信號PRE為高電平，使能信號SAEN為低電平時，靈敏放大器處于檢測信號狀態，因為這種靈敏放大器為輸入輸出共用結構，所以在檢測輸入信號的同時，預充到高電平的輸出端會通過PMOS管P3、P4對外部給定位線進行放電，靈敏放大器輸出端負載電容越大，放大量越大，這會延長位線間差分電壓達到額定值的時間，從而增大靈敏放大器的延時；另外圖1所示靈敏放大器預充電操作是將輸出端預充到高電平，這會增大靈敏放大器的功耗。

發明內容

為解決現有技術靈敏放大器在檢測輸入信號期間輸出端會對位線進行放電以及預充電操作是將輸出端充電到高電平而存在預充功耗的問題，本實用新型提出一種高速低功耗自關斷位線靈敏放大器來代替傳統的靈敏放大器，以減小延時和功耗，提高靈敏放大器的性能。

為實現上述目的，本實用新型采取的技術方案是：一種高速低功耗自關斷位線靈敏放大器，其特征在于，包括預充電模塊、平衡電路模塊、使能電路模塊、交叉耦合反相器模塊、輸入電路模塊以及自關斷位線模塊，其中：

預充電模塊包括NMOS管N1及NMOS管N2，NMOS管N1與NMOS管N2的柵極互聯并連接外部給定的預充信號PRE，NMOS管N1及NMOS管N2的源極和襯底都接地GND；

平衡電路模塊包括NMOS管N3，NMOS管N3的柵極與NMOS管N1的柵極以及NMOS?N2的柵極連接在一起，NMOS管N3的漏極與NMOS管N1的漏極連接、NMOS管N3的源極與NMOS管N2的漏極連接，NMOS管N3的襯底接地GND；

使能電路模塊，包括PMOS管P1，PMOS管P1的柵極連接外部給定的使能信號SANE，PMOS管P1的源極和襯底均與VDD相連；

交叉耦合反相器模塊包括PMOS管P2、PMOS管P3、NMOS管N4、NMOS管N5，PMOS管P2及PMOS管P3的襯底均連接VDD，PMOS管P2及PMOS管P3的源極連接在一起并與PMOS管P1的漏極連接，PMOS管P2及PMOS管P3的柵極分別與NMOS管N4及NMOS管N5的柵極連接，PMOS管P2及PMOS管P3的漏極分別與NMOS管N4及NMOS管N5的漏極連接，PMOS管P2的漏極、NMOS管N4的漏極與PMOS管P3的柵極及NMOS管N5的柵極連接在一起，PMOS管P2的柵極、NMOS管N4的柵極與PMOS管P3的漏極及NMOS管N5的漏極連接在一起，NMOS管N4及NMOS管N5的襯底和源極均接地GND；