[發(fā)明專利]基于憶阻器的雙差分負反饋數(shù)據(jù)讀取電路及其方法

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• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107195323A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設計）人: 戴瀾;陳綱
• 申請（專利權）人: 高科創(chuàng)芯（北京）科技有限公司
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00
• 代理公司: 北京奧翔領智專利代理有限公司11518
• 代理人: 路遠

技術領域

本發(fā)明涉及憶阻器設計及應用技術，尤其涉及一種基于憶阻器的雙差分負反饋數(shù)據(jù)讀取電路及其方法。

背景技術

憶阻器，全稱記憶電阻(Memristor)，是一種表示磁通與電荷關系的電路器件(又稱“第四種電子器件”)。電阻是用來表征電壓和電流關系的另一種電路器件。憶阻具有電阻的量綱，但與電阻不同的是，憶阻的阻值是由流經它的電荷確定的。因此，通過測定憶阻的阻值，就可知道流經它的電荷量，從而有記憶電荷的作用。2008年，惠普公司的研究人員首次做出納米憶阻器件，掀起憶阻研究熱潮。納米憶阻器件的出現(xiàn)，有望實現(xiàn)非易失性隨機存儲器。并且，基于憶阻的隨機存儲器的集成度、功耗、讀寫速度都要比傳統(tǒng)的隨機存儲器優(yōu)越。此外，憶阻是硬件實現(xiàn)人工神經網絡突觸的最好方式。由于憶阻的非線性性質，可以產生混沌電路，從而在保密通信中也有很多應用。

憶阻器是具有記憶功能的非線性電阻。通過控制電流的變化可改變其阻值，如果把高阻值定義為“1”，低阻值定義為“0”，則這種電阻就可以實現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)的功能。由于憶阻器尺寸小、能耗低，所以能很好地儲存和處理信息。

憶阻器最簡單的應用是作為非易失性阻抗存儲器(RRAM)。當前的動態(tài)隨機存儲器(DRAM)最大的不足是，當關閉電源時，動態(tài)隨機存儲器(DRAM)中存儲的數(shù)據(jù)就會消失。而在電源關閉時，非易失性隨機存儲器(RRAM)中的數(shù)據(jù)仍會保持在電源關閉時的相同狀態(tài)。憶阻器存儲單元是構成所述RRAM的基本結構，由于憶阻器單元是依靠高、低阻態(tài)來完成信息的存儲，其結構特點為單端讀出結構，所以就要求為靈敏放大器提供一個穩(wěn)定的參考電流，然而現(xiàn)有的參考電流電路受工藝、溫度等因素的影響并不穩(wěn)定，因而嚴重影響了信息讀取的準確度和可靠性。同時，由外部引入的參考電路無法廣泛適應復雜多變的阻變材料和工藝條件，因此，適應性與讀出速度較低。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于憶阻器的雙差分負反饋數(shù)據(jù)讀取電路及其方法，通過采用動態(tài)調節(jié)結構以滿足憶阻器存儲單元的讀出特點，達到有效根據(jù)阻值的變化特性，實時、快速地讀出數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)讀出的正確性。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一種基于憶阻器的雙差分負反饋數(shù)據(jù)讀取電路，包括字線WL子電路，該數(shù)據(jù)讀出電路還包括比較器COMP、比較器COMP的反相輸入端支路以及比較器COMP正相輸入端支路；所述字線WL子電路與所述比較器COMP的反相輸入端支路電相連；所述比較器COMP的正相輸入端支路與由一參考電阻單元Rref串聯(lián)一參考電流源Iref組成的自適應子電路電連接；所述比較器COMP根據(jù)反相輸入端支路輸入的電壓Vm與所述正相輸入端輸入的參考基準電壓Vr進行比較，產生DQ信號完成憶阻器存儲單元信號/數(shù)據(jù)讀出。

其中：所述字線WL子電路為一晶體管T1串聯(lián)一阻變單元R的憶阻器存儲單元構成。

所述字線WL子電路的阻變單元R的一端與晶體管T2的源極/漏極電連接，所述晶體管T2的漏極/源極同時與放大器AMP1的反相端和晶體管T3的源極/漏極電連接，所述晶體管T3的漏極/源極與晶體管T4的漏極電連接；所述晶體管T2的柵極與讀使能端電連接；所述晶體管T3的柵極與放大器AMP1的輸出端Vl_mat電連接；所述晶體管T4的源極連接工作電源VDD，晶體管T4的柵極與所述比較器COMP的反相輸入端電連接。

所述自適應子電路的參考電流源Iref端與晶體管T5的源極/漏極電連接，所述晶體管T5的漏極/源極與放大器AMP2的反相端和晶體管T6的源極/漏極電連接，所述晶體管T6的漏極/源極與晶體管T7的漏極電連接；所述晶體管T5的柵極與讀使能端電連接；所述晶體管T6的柵極與放大器AMP2的輸出端電連接；所述晶體管T7的源極連接工作電源VDD，晶體管T7的柵極連接所述比較器COMP的正相輸入端。

所述晶體管T2、晶體管T3為N型MOS管，所述晶體管T4為P型MOS管。

所述晶體管T5、晶體管T6為N型MOS管，所述晶體管T7為P型MOS管。

一種基于憶阻器的雙差分負反饋數(shù)據(jù)讀取電路的數(shù)據(jù)讀取方法，包括如下步驟：

A、開啟字線WL，打開晶體管T1，從憶阻器存儲單元的阻變單元R值上面讀取到電流值Igen；

B、在1T1R子電路中，通過一個負反饋放大器AMP1進行電流放大調節(jié)，并將該負反饋電流進行放大，同時將該電流轉換成電壓Vm；同時，在自適應子電路中，根據(jù)參考電阻Rref產生參考電流Iref，并將參考電流Iref經過放大器AMP2產生另外一個參考基準電壓Vr；