[發明專利]一種通過冗余行量化位線電壓差的SRAM存內計算電路

在審

• 申請號: 202211124002.2
• 申請日: 2022-09-15
• 公開（公告）號: CN115472197A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 藺智挺;徐小明;吳秀龍;彭春雨;趙強
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G11C11/413
• 分類號: G11C11/413;G11C8/08;G11C8/04
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

1.一種通過冗余行量化位線電壓差的SRAM存內計算電路，其特征在于，所述電路包括行譯碼模塊、預充電電路、時序控制電路、字線數據控制模塊、冗余行控制電路與量化結果統計電路、SRAM存儲陣列，其中：

所述時序控制電路分別與行譯碼模塊、字線數據控制模塊、預充電電路以及冗余行控制電路與量化結果統計電路連接；

所述時序控制電路用于產生各個功能模塊所需的時鐘信號；

所述行譯碼模塊與字線數據控制模塊連接,所述行譯碼模塊用于對輸入信號進行譯碼，其輸出信號進而控制所述字線數據控制模塊；

所述字線數據控制模塊用于控制所述SRAM存儲陣列中字線的開啟或關斷；

所述預充電電路用于對位線BL、BLB進行預充操作，即在進行計算前將位線BL、BLB充電至電源電壓；

所述冗余行控制電路與量化結果統計電路用于控制冗余行的開啟或關斷，并對量化結果進行統計；

所述SRAM存儲陣列與字線數據控制模塊、預充電電路以及冗余行控制電路與量化結果統計電路連接；

所述SRAM存儲陣列為N*N行的6T SRAM存儲單元，具體包含兩個冗余行和若干計算行，冗余行與計算行都包含多個6T SRAM存儲單元；每一列中的位線BL與6T SRAM存儲單元及冗余行單元左端相連，上端連接所述預充電電路，下端連接靈敏放大器SA左側端口；每一列中的位線BLB與6T SRAM存儲單元及冗余行單元右端相連，上端連接所述預充電電路，下端連接靈敏放大器SA右側端口；

在進行計算之前，所述時序控制電路和預充電電路先將BL和BLB兩條位線預充電至高電平；字線打開后，在由字線WL控制的64個6T SRAM存儲單元中，若Q＝0、QB＝1，則位線BL對該6T SRAM存儲單元放電；反之，若Q＝1、QB＝0，則位線BLB對該6T SRAM存儲單元放電；其中，Q和QB為SRAM存儲陣列中6T單元內存儲的值；

放電結束后由位線底部的靈敏放大器SA比較兩條位線BL和BLB電壓的高低，并由所述冗余行控制電路與量化結果統計電路根據靈敏放大器SA的輸出結果控制所述冗余行對電壓較高的位線進行放電，直到靈敏放大器SA的輸出結果翻轉，即代表所述冗余行對位線電壓差量化完成，再通過所述冗余行控制電路與量化結果統計電路來得到計算結果。

2.根據權利要求1所述通過冗余行量化位線電壓差的SRAM存內計算電路，其特征在于，所述SRAM存儲陣列的每一列包括有64個6T SRAM存儲單元作為計算行、兩個6T SRAM存儲單元作為冗余行、以及一個靈敏放大器SA，其中：

所有6T SRAM存儲單元的左側由位線BL相連，右側由位線BLB相連；

所述計算行分別與字線WL63、WL62…WL0相連；

所述冗余行分別與字線W0、W1相連；

所述靈敏放大器SA的左端與位線BL相連，右端與位線BLB相連。

3.根據權利要求1所述通過冗余行量化位線電壓差的SRAM存內計算電路，其特征在于，單個6T SRAM存儲單元包括兩個交叉耦合的反相器I0和I1，以及兩個NMOS晶體管N0和N1；

反相器I0和I1由4個晶體管組成，其中反相器I0、I1均由一個NMOS晶體管和一個PMOS晶體管構成，其中：

NMOS晶體管N0的柵極和NMOS晶體管N1的柵極、以及字線信號WL相連；

NMOS晶體管N0的源極與位線信號BL相連，NMOS晶體管N0的漏極與反相器I0的輸入端點Q相連；

NMOS晶體管N1的源極與位線信號BLB相連，NMOS晶體管N1的漏極與反相器I1的輸入端點QB相連；

反相器I0的輸出端與反相器I1的輸入端點QB相連，反相器I1的輸出端與反相器I0的輸入端點Q相連。

4.根據權利要求1所述通過冗余行量化位線電壓差的SRAM存內計算電路，其特征在于，基于所述電路結構，在計算過程中，假設在計算過程中有n條字線打開，位線BL的放電量為Vdd-VBL，位線BLB的放電量為Vdd-VBLB，Vdd為預充高電平，則：

其中，n為字線WL打開的數量；m為量化后的位線電壓差；ΔV為放電量；

式②中絕對值的正負由靈敏放大器SA的第一次比較結果確定，具體來說：

若VBLVBLB，則靈敏放大器SA的輸出結果SA_out＝0，式②為正，則：

若VBLVBLB，則靈敏放大器SA的輸出結果SA_out＝1，式②為負，則：

故最終的計算結果即位線放電量可量化為或由于n是已知的，所以只要通過靈敏放大器SA比較同時使用冗余行對電壓較高的位線進行放電，量化位線電壓差mΔV,就能得到計算結果。