[發明專利]一種準雙口MRAM芯片及其讀寫方法

有效

• 申請號: 201610990918.4
• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN108074604B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 戴瑾
• 申請（專利權）人: 上海磁宇信息科技有限公司
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16
• 代理公司: 31287 上海容慧專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 于曉菁<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明一種準雙口MRAM芯片，包括多個陣列，準雙口MRAM芯片同時收到讀寫第一地址的第一指令與讀寫第二地址的第二指令，第一地址與第二地址屬于不同的陣列，或者第一地址與第二地址屬于同一陣列的同一行，第一指令與第二指令同時操作。本發明還提供一種準雙口MRAM芯片的讀寫方法。本發明提供的準雙口MRAM芯片及其讀寫方法，能夠在實際使用中大部分時間里都能在一個讀寫周期里同時進行兩處讀寫，如果不能做到，則分兩個周期進行讀寫。

技術領域

本發明涉及半導體芯片領域，具體涉及一種準雙口MRAM芯片及其讀寫方法。

背景技術

關于MRAM：

本發明的背景是MRAM技術的成熟。MRAM是一種新的內存和存儲技術，可以像SRAM/DRAM一樣快速隨機讀寫，還可以像Flash閃存一樣在斷電后永久保留數據。

它的經濟性想當地好，單位容量占用的硅片面積比SRAM有很大的優勢，比在此類芯片中經常使用的NOR Flash也有優勢，比嵌入式NOR Flash的優勢更大。它的性能也相當好，讀寫時延接近最好的SRAM，功耗則在各種內存和存儲技術最好。而且MRAM不像DRAM以及Flash那樣與標準CMOS半導體工藝不兼容。MRAM可以和邏輯電路集成到一個芯片中。

MRAM的原理：

MRAM的原理，是基于一個叫做磁性隧道結(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)的結構。它是由兩層鐵磁性材料夾著一層非常薄的非鐵磁絕緣材料組成的。如圖：

下面的一層鐵磁材料是具有固定磁化方向的參考層，上面的鐵磁材料是可變磁化方向的記憶層，它的磁化方向可以和固定磁化層同向或反向。由于量子物理的效應，電流可以穿過中間的隧道勢壘層，但是MTJ的電阻和可變磁化層的磁化方向有關。磁化方向可以和固定磁化層同向為低電阻態，如圖1所示；磁化方向可以和固定磁化層反向為高電阻態，如圖2所示。

讀取MRAM的過程就是對MTJ的電阻進行測量。使用比較新的STT-MRAM技術，寫MRAM也比較簡單：使用比讀更強的電流穿過MTJ進行寫操作。一個自下而上的電流把可變磁化層置成與固定層同向，自上而下的電路把它置成反向。

MRAM的架構

每個MRAM的記憶單元由一個MTJ和一個MOS管組成，MOS管的柵極(gate)連接到芯片的字線(Word Line，WL)負責接通或切斷這個單元，MTJ和MOS管串接在芯片的位線(BitLine，BL)上，讀寫操作在位線上進行，如圖3所示。

一個MRAM芯片由一個或多個MRAM存儲單元的陣列組成，每個陣列有若干外部電路，如：

●行地址解碼器：把收到的地址變成字線的選擇

●列地址解碼器：把收到的地址變成位線的選擇

●讀寫控制器：控制位線上的讀(測量)寫(加電流)操作

●輸入輸出控制：和外部交換數據

雙口內存

有時候，需要能夠同時在兩個地址對一塊內存(RAM)進行讀寫操作。滿足這種需求的內存叫做雙口內存(Dual Port RAM)。

對于MRAM，雙口應用的一個可能的場景是與處理器(CPU)集成在一起的場合。大部分CPU需要同時讀取指令和讀寫數據。此時，指令和數據的緩存是分開的。

而代碼和數據同時存在一塊內存里，這樣內存使用有更好的靈活性。

嵌入式MRAM速度很快，接近使用SRAM制成的緩存，而密度卻比SRAM高8倍左右。如果MRAM能支持雙口功能，將能夠取代或大大減少SRAM緩存，提高系統的性價比。