[發明專利]使用打磨參考單元的MRAM電路及其讀寫方法

有效

• 申請號: 201810088284.2
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN110097904B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 戴瑾;郭一民;王春林
• 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: 上海容慧專利代理事務所(普通合伙) 31287
• 代理人: 于曉菁

本發明公開了一種使用打磨參考單元的MRAM電路，包括：一MRAM陣列，所述MRAM陣列具有參考單元陣列，所述參考單元陣列具有多列的參考單元；其特征在于，還包括寫所述參考單元的寫電路、以及控制所述寫電路的隨機控制電路。一種使用打磨參考單元的MRAM電路的讀寫方法，其中，還包括一參考單元寄存器，所述MRAM陣列中每一行具有N個字，每一行對應一組所述參考單元陣列中的所述參考單元；所述參考單元寄存器記錄所述參考單元的配置信息；進行所述MRAM陣列中的存儲單元寫操作，同時所述隨機控制電路以1/N的概率觸發所述參考單元參考單元進行寫操作。存儲單元寫操作，參考單元隨機寫操作。參考單元電阻隨存儲單元漂移。

技術領域

本發明涉及一種MRAM電路，尤其涉及一種使用打磨參考單元的MRAM電路及其讀寫方法。

背景技術

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，是基于一個叫做MTJ(磁性隧道結)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。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相平行或反平行。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。前一種情況電阻低，后一種情況電阻高。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平行的方向，自上而下的電路把它置成反平行的方向。

每個MRAM的記憶單元由一個MTJ和一個MOS管組成。MOS管的gate連接到芯片的Word Line負責接通或切斷這個單元，MTJ和MOS管串接在芯片的Bit Line 上。讀寫操作在Bit Line上進行。

圖1是現有技術中MRAM存儲單元陣列的電路圖，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Word Line的選擇；列地址解碼器：把收到的地址變成Bit Line 的選擇；讀寫控制器：控制Bit Line上的讀(測量)寫(加電流)操作；輸入輸出控制：和外部交換數據。

MRAM的讀出電路需要檢測MRAM記憶單元的電阻。由于MTJ的電阻會隨著溫度等而漂移，一般的方法是使用芯片上的一些已經被寫成高阻態或低阻態記憶單元作為參考單元。再使用讀出放大器(Sense Amplifier)來比較記憶單元和參考單元的電阻。

而參考單元也是由普通的記憶單元制成的，像普通的記憶單元一樣，它也會有一個分布，這個分布會加大發生讀出錯誤的幾率。為了改善這個問題，參考單元一般由大量的記憶單元并聯而成。

這種方法在產品的實際使用中遇到了問題：參考單元在出廠后進行一次性的寫入配置，之后不再進行寫操作，但存儲單元在使用過程中除了讀，還會不斷地被寫入，因此，存儲單元隨著長期的寫入操作，其電阻會逐漸緩慢地減小，而參考單元的電阻保持不變。導致長期的使用后，參考電阻發生相對的漂移，少數存儲單元會發生讀錯誤。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種使用打磨參考單元的MRAM電路，包括：一MRAM陣列，所述MRAM陣列具有參考單元陣列，所述參考單元陣列具有多列的參考單元；其特征在于，還包括寫所述參考單元的寫電路、以及控制所述寫電路的隨機控制電路。