[發明專利]一種增強存儲單元寫能力的靜態隨機存儲器及其寫操作方法

在審

• 申請號: 201610202253.6
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105719689A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 熊保玉
• 申請（專利權）人: 西安紫光國芯半導體有限公司
• 主分類號: G11C11/419
• 分類號: G11C11/419
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李宏德

技術領域

本發明涉及靜態隨機存儲器設計領域，具體為一種增強存儲單元寫能力的靜態隨機存儲器及其寫操作方法。

背景技術

靜態隨機存儲器作為集成電路中的重要的存儲元件，由于其高性能，高可靠性，低功耗等優點被廣泛的應用于高性能計算器系統(CPU)，片上系統(SOC)，手持設備等計算領域。

隨著工藝技術的不斷演進，半導體器件尺寸的不斷縮小，本地和全局的工藝偏差，對集成電路的性能，可靠性造成的影響越來越大。與此同時，電源電壓的不斷下降也對電路的可靠性提出了更大的挑戰。靜態隨機存儲器存儲單元的寫能力，是指在寫操作時，當字線打開，寫驅動器驅動位線改寫存儲單元的能力。

如說明書附圖2，圖2為傳統的存儲單元設計原理圖。該存儲單元200由四個晶體管組成，分別為第一、二NMOS傳輸管205、206，第一、二下拉NMOS晶體管201、202和第一、二上拉PMOS晶體管203、204。字線115接第一、二NMOS傳輸管205、206的柵端。位線220接第一NMOS傳輸管205的源端。位線反221接第二NMOS傳輸管206的源端。存儲單元數據222接第一下拉NMOS晶體管201、第二NMOS傳輸管205、第一上拉PMOS晶體管203的漏端；接第二下拉NMOS晶體管202、第二上拉PMOS晶體管204的柵端。存儲單元數據反223接第二下拉NMOS晶體管202、第二上拉PMOS晶體管204的漏端；接第一下拉NMOS晶體管201、第一上拉PMOS晶體管203的柵端。電源電壓224接第一、二上拉PMOS晶體管203、204的源端。地225接第一、二下拉NMOS晶體管201、202的源端。

由于第一、二下拉NMOS晶體管201、202的源端接地，由第一、二下拉NMOS晶體管201、202和第一、二上拉PMOS晶體管205、206組成的交叉耦合的反相器首尾相連形成正反饋，因此很難被改寫。在寫操作時，第一或二NMOS傳輸管205/206必須強于第一、二上拉PMOS晶體管203/204，才能改寫存儲單元200的數據222和數據反223。隨著電源電壓的下降，以及工藝偏差引起的晶體管的閾值電壓變化越來越大，改寫存儲單元越來越困難。在某些工藝及電壓條件下，會造成寫操作失敗，從而降低整個存儲器的良率。

因此，在不影響保持和讀操作時存儲單元存儲數據的能力的前提下，在寫操作時，增強存儲單元寫能力，對于提高整個存儲器的良率是非常有幫助的。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種增強存儲單元寫能力的靜態隨機存儲器及其寫操作方法，在不影響保持和讀操作時存儲單元存儲數據的能力的前提下，通過在寫操作時將存儲單元接地端浮空，打斷存儲單元中兩個交叉耦合反相器間的正反饋，從而提高存儲單元的寫能力。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種增強存儲單元寫能力的靜態隨機存儲器，包括控制電路與預譯碼器，位線預充電與均衡器、靈敏放大器和寫驅動器，字線譯碼器與驅動器，NMOS電流源，存儲陣列；控制電路與譯碼器通過多條行預譯碼和一條本地寫使能反信號連接字線譯碼器與驅動器；控制電路與譯碼器還通過多條列控制信號連接位線預充電與均衡器、靈敏放大器和寫驅動器；控制電路與譯碼器的輸入端連接地址信號、寫使能信號反、片選信號反和時鐘信號；位線預充電與均衡器、靈敏放大器和寫驅動器的輸入輸出端連接寫數據和讀數據；字線譯碼器與驅動器通過多條字線信號連接存儲陣列，字線譯碼器與驅動器還通過多條寫字線反信號連接NMOS電流源；NMOS電流源通過多條虛地連接存儲陣列；存儲陣列通過多條位線連接位線預充電與均衡器、靈敏放大器和寫驅動器。

優選的，存儲陣列由若干個存儲單元組成，存儲單元的數量等于存儲器中字長行數乘以位寬列數；其中存儲單元由用于存儲的兩個交叉耦合反相器和用于讀寫的兩個NMOS傳輸管構成，兩個交叉耦合反相器中的下拉NMOS晶體管的源端接虛地，同一行存儲單元共用一個虛地。

優選的，所述NMOS電流源由若干個NMOS晶體管構成，NMOS晶體管的數量等于存儲器中字長個數；每個NMOS晶體管的漏端對應連接接一行存儲單元的虛地，柵端接寫字線反信號，源端接地。

優選的，所述字線譯碼器與驅動器，由若干個字線譯碼器和驅動器子模塊組成，字線譯碼器和驅動器子模塊的數量等于存儲器中字長個數；所述字線譯碼器和驅動器子模塊由字線譯碼器子模塊，一個反相器和一個兩輸入或門組成；反相器的輸入接字線譯碼器子模塊的輸出字線信號反，輸出接字線信號；兩輸入或門的一個輸入接本地寫使能反信號，另一個輸入接字線反信號，輸出接寫字線反信號。