低功耗6管SRAM單元設(shè)計方案
靜態(tài)噪聲容限SNM是衡量存儲單元抗干擾能力的一個重要參數(shù),其定義為存儲單元所能承受的最大直流噪聲的幅值,若超過這個值,存儲節(jié)點的狀態(tài)將發(fā)生錯誤翻轉(zhuǎn)。隨著數(shù)字電路不斷發(fā)展,電源電壓VDD逐漸變小,外部噪聲變得相對較大。如圖1所示的6T-SRAM,在讀操作中有一個從存儲節(jié)點到位線BL的路徑,當(dāng)存取管開啟,BL和存儲節(jié)點直接相連。因此,外部的噪聲很容易破壞數(shù)據(jù),噪聲容限受到前所未有的挑戰(zhàn)。
2 新型6T-SRAM存儲單元簡介
針對以上問題,提出一個新型6T-SRAM存儲單元結(jié)構(gòu),如圖2所示。NMOS管M5和M6負(fù)責(zé)讀操作,NMOS管M1,M4,PMOS管M2,M3完成寫操作,讀/寫操作的時候只有1個位線參與工作,因此整個單元功耗減小很多。
(1)空閑模式
在空閑模式下,即讀操作和寫操作都不工作的情況下,當(dāng)O存在Q點時,M3打開,Qbar保持在VDD,同時M2,M4是關(guān)閉的,此時Q點的數(shù)據(jù)0可能受到漏電流IDS-M2漏電堆積,從而在Q點產(chǎn)生一定電壓,甚至可能導(dǎo)致Q點數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn),產(chǎn)生錯誤邏輯。因此要利用M1管的漏電流,主要是M1的亞閾值電流,為了這個目的,需要在空閑模式下將位線
拉到地,同時將字線WL保持在亞閾值工作的條件下,這樣就可以無需刷新正確存儲數(shù)據(jù)0。當(dāng)1存在Q點時,M4,M2打開,在Q和Qbar之間有正反饋,因此Q點被M2管拉到VDD,Qbar被M4管拉到地,但是此時M1管是處在亞閾值條件下,因此有一條路徑從VDD到
,這會導(dǎo)致Q點數(shù)據(jù)不穩(wěn)定,甚至有可能翻轉(zhuǎn),由于流經(jīng)M2的電流遠遠大于流經(jīng)M1的電流,數(shù)據(jù)相對還是比較穩(wěn)定的。另一條位線BL拉到地,在空閑模式下讀路徑這端漏電流很小,可以忽略。
(2)寫循環(huán)
寫1操作開始,WL高電平打開M1管,讀控制管RL關(guān)閉,
充電使得
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