溫度自適應(yīng)性DRAM刷新時(shí)鐘電路

1 電路結(jié)構(gòu)
圖1給出刷新時(shí)鐘電路示意圖。電路左邊是一條反相器反饋鏈，反相器鏈輸出和使能信號(hào)EN共同控制一個(gè)兩輸入端的與非門，與非門的輸出連接上拉管MP1的柵極，下拉管MN1柵極和刷新電路的時(shí)鐘輸出；反相器鏈輸入端連接的是電容C1，而且反相器鏈的輸入端的第一個(gè)反相器是施密特反相器。電路的右邊是時(shí)鐘調(diào)整單元。時(shí)鐘調(diào)整單元主要由一條充放電的通路構(gòu)成，通路由3個(gè)基本的MOS管組成，其中上拉管MP1受與非門輸出控制，用于對(duì)電容C1進(jìn)行充電；下拉管MN0也受與非門輸出控制，其狀態(tài)正好與MP1管相反，用于開啟放電通路，對(duì)電容C1進(jìn)行放電；放電管MP0主要用于對(duì)電容C1放電，以Diodes方式連接。

2 電路工作原理
電路上電后，EN信號(hào)使能，電容C1沒有儲(chǔ)存電荷，Vcap點(diǎn)電壓為低電壓“0”，通過反相器鏈的反饋?zhàn)饔?，N0點(diǎn)電壓是低電壓“0”，上拉管MP1開啟，下拉管MN1關(guān)閉，電源對(duì)電容C1充電，MP1的尺寸比較大，所以充電速度比較快，電容C1迅速被充到高電平。當(dāng)電容C1電壓超過了施密特反相器的上翻轉(zhuǎn)點(diǎn)(假設(shè)為VM+，VM+>Vdd／2)，反相器鏈開始轉(zhuǎn)變狀態(tài)，通過反相器鏈的傳播，在N0點(diǎn)處，電壓變?yōu)楦唠娖健?”，迫使上拉管MP1關(guān)閉，下拉管MN1開啟，電容C1停止充電，開始通過放電通路泄放電荷，電容電壓Vcap開始下降。當(dāng)電容電壓低于施密特反相器的下翻轉(zhuǎn)點(diǎn)(假設(shè)為VM-，VM-Vdd／2)，反相器狀態(tài)改變，經(jīng)過反相器鏈，N0點(diǎn)電壓處重新變?yōu)榈碗娖健?”，上拉管MP1開啟，下拉管MN1關(guān)閉，電容又重新開始充電過程。在反復(fù)的充放電過程中，電路在OUT點(diǎn)產(chǎn)生了振蕩時(shí)鐘。

對(duì)于MOS電容C1，可以近似認(rèn)為是平板電容：
C*U=Q
式中：C為電容大小，U為電容電壓(即Vcap點(diǎn)電壓)。隨著放電通路開啟，電容C1中的電荷Q逐漸漏失，電容的大小C不變，電容電壓U開始下降。同時(shí)，對(duì)于放電通路，MP0管以DIODES方式連接，MP0一直處于飽和狀態(tài)，對(duì)于飽和電流公式：

式中：Vth是閾值電壓，Vgs是柵源電壓。Ugs對(duì)應(yīng)于電路上就是MP0管兩端電壓，又由于MN1是下拉管，尺寸大，所以放電通路開啟后，MP1管的柵端和漏端電壓基本等于地電壓，而且MP1管的源端又連接在電容上，所以，可以認(rèn)為Vgs就是電容電壓。因?yàn)殡娙蓦妷弘S著漏電下降，即Vgs隨漏電下降。所以根據(jù)飽和電流公式，電流Ids呈平方關(guān)系減小。隨著Ids減小，電容電荷漏失的速度變慢，電容電壓下降的速度也隨之變慢。
圖2說明的是以Diodes方式連接的晶體管，不同溫度下的電流和柵源電壓之間的關(guān)系。當(dāng)柵源電壓比較高的時(shí)候，高溫時(shí)的飽和漏電流比低溫時(shí)的電流要低；相反地，當(dāng)柵源電壓下降到閾值電壓附近，高溫時(shí)的飽和漏電流就比低溫時(shí)的電流要高。利用低柵源電壓的電流的溫度特性，高溫時(shí)，飽和漏電流Ids比低溫時(shí)大，電容C1的電壓下降得快，更快到達(dá)施密特反相器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)VM-，電路振蕩時(shí)鐘周期就會(huì)比較短，相應(yīng)地，其頻率就更快，就能夠體現(xiàn)出時(shí)鐘溫度的特性。