CN102420005A - 一种电流模灵敏放大器及具有该灵敏放大器的存储器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种电流模灵敏放大器,包括温度补偿单元,反馈钳位电路和电流比较器;所述反馈钳位电路包括带偏置补偿的第一反相器;所述温度补偿单元,用于提供具有预设温度系数的补偿电流Ibias,将所述补偿电流Ibias传输入所述第一反相器的偏置输入端;所述第一反相器的钳位节点电压VIO与其NMOS管的栅源电压VGS正向相关,所述反馈钳位电路的输出端与所述电流比较器的同相输入端相连,以便将从存储单元获取的电流IMC输入电流比较器;所述电流比较器的反相输入端与参考存储单元相连,用于获取所述参考存储单元内的电流IMRC,将所述电流IMC与所述电流IMRC进行比较,输出电流差信号。本发明提供的电流模灵敏放大器实现了存储器读取裕度维持相等或近似相等。
Description
技术领域
本发明涉及放大器领域,更具体地说,涉及一种电流模灵敏放大器及具有该灵敏放大器的存储器。
背景技术
电流模灵敏放大器是存储器的读取路径关键电路之一,它的作用是对存储单元进行读取,并与参考存储单元进行比较,并输出比较结果。现有技术经典的电流模灵敏放大器包括:反馈钳位电路和电流比较器。反馈钳位电路的输入端与存储单元相连,为存储单元提供偏置电压VIO,以得到流经存储单元的电流IMC,反馈钳位电路的输出端与电流比较器的同相输入端相连,以便将所述电流IMC传输入电流比较器;电流比较器的反相输入端与参考存储单元相连,将从参考存储单元处获取的电流IMRC与所述电流IMC进行比较,输出比较结果,所述输出的比较结果为逻辑“0”或逻辑“1”。目前,在表征存储器读取分辨“0”和“1”的能力方面,一般通过读取裕度(Read Margin)来判断。其中,读取裕度可以定义为在给定偏置电压下,贮存“0”和“1”两种信息的存储单元的饱和电流之间的差值。存储器的读取裕度越大,其读取“0”和“1”的分辨能力越强,反之则越弱。
发明人在对现有的电流模灵敏放大器进行研究时,发现电流模灵敏放大器在协助存储器进行读取存储器时,读取裕度会反映出变化不同的情况。参照图1,图1为现有技术中存储单元的偏置电压与饱和电流的关系曲线图。如图1所示,VIO表示反馈钳位电路向存储单元提供的偏置电压,Ids表示“0”和“1”存储单元在偏置电压VIO下的饱和电流。可以看出,在偏置电压VIO’下,读取裕度为Ids1’减Ids0’;在偏置电压VIO”下,读取裕度为Ids1”减Ids0”;其中,Ids1’减Ids0’不等于Ids1”减Ids0”。现有的电流模灵敏放大器在协助存储器进行读取裕度时,读取裕度变化不同,这将影响存储器读取“0”和“1”的分辨能力。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种电流模灵敏放大器及具有该灵敏放大器的存储器,以解决现有的电流模灵敏放大器在协助存储器进行读取裕度时,读取裕度变化不同的问题,实现读取裕度维持相等或近似相等。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种电流模灵敏放大器,包括温度补偿单元,反馈钳位电路和电流比较器;所述反馈钳位电路包括第一反相器,所述第一反相器为带偏置补偿的反相器;
所述温度补偿单元,用于提供具有预设温度系数的补偿电流Ibias,将所述补偿电流Ibias传输入所述第一反相器的偏置输入端;
所述反馈钳位电路的输入端与存储单元相连,用于为所述存储单元提供偏置电压VIO,以得到流经所述存储单元的电流IMC,所述偏置电压VIO为所述第一反相器的钳位节点电压,所述第一反相器的钳位节点电压VIO与其NMOS管的栅源电压VGS正向相关,所述反馈钳位电路的输出端与所述电流比较器的同相输入端相连,以便将所述电流IMC输入所述电流比较器;
所述电流比较器的反相输入端与参考存储单元相连,用于获取所述参考存储单元内的电流IMRC,将所述电流IMC与所述电流IMRC进行比较,输出电流差信号。
优选的,所述温度补偿单元根据公式 提供所述补偿电流Ibias;其中,un为所述第一反相器中MOS载流子迁移率,COX为所述第一反相器MOS管的栅极氧化电容,W为所述第一反相器MOS管的栅宽,L为所述第一反相器MOS管的栅长,VTH为所述第一反相器的翻转阈值。
优选的,在预设温度变化范围内,所述补偿电流Ibias的补偿量等于或近似于所述VTH的变化量以及所述un的变化量。
优选的,所述温度补偿单元包括:温度补偿电流源和电流镜像电路;
所述温度补偿电流源,用于提供所述补偿电流Ibias,所述温度补偿电流源的电流输出端与所述电流镜像电路的输入端相连;
所述电流镜像电路的输出端与所述第一反相器的偏置输入端相连,用于将所述补偿电流Ibias镜像到所述第一反相器。
优选的,所述电流镜像电路包括:第一NMOS管和第二NMOS管;
所述第一NMOS管的漏极与所述温度补偿电流源的电流输出端相连,源极与供电电源相连,栅极与所述第二NMOS管的栅极相连;
所述第二NMOS管的源极与所述供电电源相连,漏极与自身栅极相连;所述第二NMOS管的漏极还与所述第一反相器的偏置输入端相连。
优选的,所述反馈钳位电路包括:所述第一反相器,第三NMOS管和第四NMOS管;
所述第一反相器的偏置输入端接收所述温度补偿单元传输入的所述补偿电流Ibias,输入端与所述第三NMOS管的源极相连,输出端与所述第三NMOS管的栅极相连;
所述第三NMOS管的源极与所述存储单元相连,以获取所述电流IMC,漏极与所述电流比较器的同相输入端相连,以将所述电流IMC传输入所述电流比较器;
所述第四NMOS管的源极与所述第三NMOS管的源极相连,漏极与所述供电电源相连,栅极输入一预充信号。
优选的,所述电流比较器包括:第五NMOS管,第六NMOS管,第七NMOS管和第八NMOS管;
所述第五NMOS管的漏极与所述第三NMOS管的漏极相连,以接收所述电流IMC,源极与所述供电电源相连,栅极与自身漏极相连;
所述第六NMOS管的栅极与所述第五NMOS管的栅极相连,源极与所述供电电源相连,漏极与所述第七MOS管的漏极相连;
所述第五NMOS管与所述第六NMOS管组成电流镜像电路,所述电流IMC由所述第五NMOS管的漏极镜像到所述第六NMOS管的漏极;
所述第八NMOS管的漏极与所述参考存储单元相连,以获取所述电流IMRC,其源极接地,栅极与自身漏极相连;
所述第七NMOS管的栅极与所述第八NMOS管的栅极相连,源极接地,漏极与所述第六NMOS管的漏极相连;
所述第七NMOS管与所述第八NMOS管组成电流镜像电路,所述电流IMRC由所述第八NMOS管的漏极镜像到所述第七NMOS管的漏极;
所述第六NMOS管的漏极与所述第七NMOS管的漏极接于一公共点,以在所述公共点上,对所述电流IMC与所述电路IMRC进行比较,输出比较后的电流误信号。
优选的,所述电流模灵敏放大器还包括:
输出整形电路,用于对所述电流比较器输出的电流差信号进行波形整理。
优选的,所述输出整形电路包括:第二反相器和第三反相器;
所述第二反相器的输入端与所述电流比较器的输出端相连,用于对所述电流差信号进行模数转换;
所述第三反相器的输入端与所述第二反相器的输出端相连,用于增加驱动能力以处理所述模数转换后的电路差信号。
本发明还提供一种存储器,所述存储器包括上述所述的电流模灵敏放大器。
通过以上技术方案,可以看出本发明实施例通过在反馈钳位电路内设置带偏置补偿的第一反相器,使得所述第一反相器的钳位节点电压VIO与其NMOS管的栅源电压VGS正向相关,同时引入温度补偿单元,以提供预设温度系数的补偿电流Ibias对所述栅源电压VGS进行温度补偿,减小所述栅源电压VGS随温度的变化量,使所述VGS趋于稳定,从而限制与所述VGS正向相关的钳位节点电压VIO的变化,进而使得存储器读取裕度维持相等或近似相等,确保了存储器读取“0”和“1”的分辨能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中存储单元的偏置电压与饱和电流的关系曲线图;
图2为本发明实施例提供的一种电流模灵敏放大器的模块框图;
图3为本发明实施例提供的另一种电流模灵敏度放大器的模块框图;
图4为本发明实施例提供的一种电流模灵敏放大器的电路图;
图5为本发明实施例提供的另一种电流模灵敏放大器的电路图。
具体实施方式
发明人在研究中发现,现有电流模灵敏放大器内的钳位电压VIO会受温度变化的影响,从而使得存储器反映出变化不同的读取裕度,具体为:反馈钳位电路中的反相器起到钳位节点电压的作用,且该钳位电压VIO为反馈钳位电路提供给存储单元的偏置电压;在现有电流模灵敏放大器中,钳位电压VIO与反相器的翻转阈值VTH正向相关,而反相器的翻转阈值VTH随着温度的变化会发生漂移,致使钳位电压VIO跟随变化,从而使得存储单元的偏置电压发生变化,进而造成存储器反映出变化不同的读取裕度的情况。
本发明实施例提供一种采用温度补偿读取裕度的电流模灵敏放大器,通过温度补偿的方式,减少电流模灵敏放大器的钳位电压VIO受温度变化的影响,实现存储器读取裕度维持相等或近似相等。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图2为本发明实施例提供的一种电流模灵敏放大器的模块框图。参照图2,所述电流模灵敏放大器包括:温度补偿单元100,反馈钳位电路200和电流比较器300;其中,反馈钳位电路200包括第一反相器I1,第一反相器I1为带偏置补偿的反相器。反馈钳位电路200的输入端与存储单元400相连,存储单元400为被读取存储单元,电流比较器300的反相输入端与参考存储单元500相连。
温度补偿单元100,用于提供具有预设温度系数的补偿电流Ibias,将所述补偿电流Ibias传输入反馈钳位电路200内的第一反相器I1的偏置输入端。
反馈钳位电路200的输入端与存储单元400相连,用于为存储单元400提供偏置电压VIO,以得到流经存储单元400的电流IMC,所述偏置电压VIO为第一反相器I1的钳位节点电压,反馈钳位电路200的输出端与电流比较器300的同相输入端相连,以便将得到的电流IMC输入电流比较器300。
电流比较器300的反相输入端与参考存储单元500相连,用于获取参考存储单元500内的电流IMRC,将电流IMC与电流IMRC进行比较,输出电流差信号;
其中,若电流IMC大于电流IMRC,则电流比较器300的输出电流差信号判定为高电平;反之,则电流比较器300的输出电流差信号判定为低电平。
上述技术方案中,反馈钳位电路200引入了带偏置补偿的第一反相器I1,第一反相器I1起到钳位节点电压的作用,使得钳位电压VIO与第一反相器器I1中NMOS的栅源电压VGS正向相关,改变现有技术中偏置电压VIO与翻转阈值VTH正向相关的情况;同时将温度补偿单元100提供的补偿电流Ibias传输入第一反相器I1的偏置输入端,使得第一反相器I1中的NMOS的栅源电压VGS得到温度补偿,减小了VGS随温度的变化,从而减下了VIO的变化,进而实现读取裕度维持相等或近似相等。其中,VGS的补偿原理可由MOS期间饱和区传输特性推导如下:
利用公式(1),在预设的温度变化范围内,所述预设的温度变化范围可根据实际的电路应用确定,通过设计使温度补偿单元100提供的补偿电路Ibias的补偿量等于或接近第一反相器I1中NMOS的翻转阈值VTH的变化量,以及MOS载流子迁移率un的变化量,这样就能抑制VGS的波动,从而限制了VIO的变化,即只需满足:
只需依据公式(2)对Ibias的温度变化量ΔIbias进行设置以抵消或减弱ΔVTH、Δun对ΔVGS的影响,即可实现ΔVGS维持或近似维持为固定值,从而实现抑制VGS的波动,进而限制了与VGS相关的VIO的变化,从而解决了灵敏放大器在协助存储器进行读取裕度时,由于其钳位电压VIO受温度变化影响致使读取裕度变化不同的问题,实现了读取裕度维持相等或近似相等,进而确保了存储器读取“0”和“1”的分辨能力。
图3为本发明实施例提供的另一种电流模灵敏度放大器的模块框图。结合图2和图3所示,图3所示电流模灵敏度放大器与图2所示电流模灵敏度放大器相比,还包括:输出整形电路600。输出整形电路600的输入端与电流比较器300的输出端相连,用于对所述电流差信号进行整形。对所述电流差信号的整形可以包括对所述电流差信号进行模数转换和增加驱动能力处理;输出整形电路600对所输出的信号进行波形整理,使其电平值更满足标准数字逻辑‘0’和‘1’值。
图4为本发明实施例提供的一种电流模灵敏放大器的电路图。
参照图4,温度补偿单元100可以包括:温度补偿电流源IA和电流镜像电路,所述电流镜像电路可以包括第一NMOS管M1和第二NMOS管M2。温度补偿电流源IA用于生成具有所述预设温度系数的补偿电流Ibias,补偿电流Ibias根据上述公式(1)和(2)生成,生成补偿电流Ibias的原理已在上文清楚描述,此处不再赘述。第一NMOS管M1和第一NMOS管M2构成电流镜像电路,电流源IA输出的补偿电流Ibias通过M1和M2构成的电流镜像电路镜像到反馈钳位电路200内的反相器I1的偏置输入端,具体为:电流源IA输出端与第一NMOS管M1的漏极相连,第一NMOS管M1的源极与供电电源VDDA相连;第二NMOS管M2的栅极与第一NMOS管M1的栅极相连,源极与供电电源VDDA相连,漏极与自身栅极相连,第二NMOS管M2的漏极还与反馈钳位电路200内的第一反相器I1的偏置输入端相连;第一NMOS管M1与M2构成电流镜像电路,将M1的漏极获取补偿电流Ibias镜像到M2的漏极,从而通过M2的漏极,将补偿电流Ibias传输入反相器I5的偏置输入端。
反馈钳位电路200可以包括:第一反相器I1,第三NMOS管M3和第四NMOS管M4。第一反相器I1的偏置输入端接收温度补偿单元100传输入的补偿电流Ibias,输入端与第三NMOS管M3的源极相连,输出端与M3的栅极相连;第三NMOS管M3的源极为反馈钳位电路200的输入端,与存储单元400中的MOS管Celli的漏极相连,第三MOS管M3的漏极为反馈钳位电路200的输出端,与电流比较器300的同相输入端相连,以传输反馈钳位电路200获取的存储单元400内的电流IMC;第四NMOS管M4的源极与第三NMOS管M3的源极相连,漏极与供能电源VDDA相连,删极输入一预充电信号PC,以控制存储单元400中的MOS管Celli的漏极快速充电到钳位电位。
电流比较器300可以包括:第五NMOS管M5,第六NMOS管M6,第七NMOS管M7和第八NMOS管M8。第五NMOS管M5的漏极为电流比较器的同相输入端,与反馈钳位电路200的输出端相连,接收反馈钳位电路200获得的存储单元400内的电流IMC,源极与供电电源VDDA相连,栅极与自身漏极相连;第六NMOS管M6的栅极与第五NMOS管M5的栅极相连,源极与供电电源VDDA相连,漏极与第七NMOS管M7的漏极相连;第五NMOS管M5和第六NOMS管M6组成电流镜像电路,将第五NMOS管M5获取的电流IMC镜像第六NMOS管M6的漏极;
第八NMOS管M8的漏极为电流比较器300的反相输入端,与参考存储单元500相连,获取参考存储单元500流出的电流IMRC,第八NMOS管M8的源极接地,栅极与自身漏极相连;第七NMOS管M7的栅极与第八NMOS管M8的栅极相连,第七NMOS管M7的源极接地,第七NMOS管M7和M8组成电流镜像电路,将第八NMOS管M8获取的电流IMRC镜像到第七NMOS管M7的漏极,第七NMOS管M7的漏极与第六NMOS管M6的漏极相连,接于共同点A,以在公共点A对第六NMOS管M6的漏极电流IMC与第七NMOS管M7的漏极电流IMRC进行比较,并输出比较后的电流差信号。
本发明实施例提供的电流模灵敏放大器的电路图,反馈钳位电路200中的第一反相器I1为带偏置补偿的反相器,第一反相器I1的钳位节点电压VIO与其NMOS管的栅源电压VGS正向相关,NMOS栅源电压VGS通过补偿电流Ibias进行温度补偿后,趋于稳定,抑制了VGS随温度变化的波动,从而限制了VIO的变化,进而使得读取裕度维持相等或近似相等。
图5为本发明实施例提供的另一种电流模灵敏放大器的电路图。结合图4和图5所示,图5所示电路图与图4所示电路图相比,还包括:由第二反相器I2和第三反相器I3组成的输出整形电路600。第二反相器I2的输入端为输出整形电路600的输入端,用于接收电流比较器300输出的电流差信号,对所述电流差信号进行模数转换,第二反相器I2的输出端与第三反相器I3的输入端相连,第三反相器I3的输出端为输出整形电路600的输出端,第三反相器I3用于增加驱动能力处理,以对模数转换后的电流差信号进行更好的处理。
本发明实施例还提供一种存储器,所述存储器包括上述所述的电流模灵敏放大器。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种电流模灵敏放大器,其特征在于,包括温度补偿单元,反馈钳位电路和电流比较器;所述反馈钳位电路包括第一反相器,所述第一反相器为带偏置补偿的反相器;
所述温度补偿单元,用于提供具有预设温度系数的补偿电流Ibias,将所述补偿电流Ibias传输入所述第一反相器的偏置输入端;
所述反馈钳位电路的输入端与存储单元相连,用于为所述存储单元提供偏置电压VIO,以得到流经所述存储单元的电流IMC,所述偏置电压VIO为所述第一反相器的钳位节点电压,所述第一反相器的钳位节点电压VIO与其NMOS管的栅源电压VGS正向相关,所述反馈钳位电路的输出端与所述电流比较器的同相输入端相连,以便将所述电流IMC输入所述电流比较器;
所述电流比较器的反相输入端与参考存储单元相连,用于获取所述参考存储单元内的电流IMRC,将所述电流IMC与所述电流IMRC进行比较,输出电流差信号。
2.根据权利要求1所述的电流模灵敏放大器,其特征在于,所述温度补偿单元根据公式 提供所述补偿电流Ibias;其中,un为所述第一反相器中MOS载流子迁移率,COX为所述第一反相器MOS管的栅极氧化电容,W为所述第一反相器MOS管的栅宽,L为所述第一反相器MOS管的栅长,VTH为所述第一反相器的翻转阈值。
3.根据权利要求2所述的电流模灵敏放大器,其特征在于,在预设的温度变化范围内,所述补偿电流Ibias的补偿量等于或近似于所述VTH的变化量以及所述un的变化量。
4.根据权利要求1所述的电流模灵敏放大器,其特征在于,所述温度补偿单元包括:温度补偿电流源和电流镜像电路;
所述温度补偿电流源,用于提供所述补偿电流Ibias,所述温度补偿电流源的电流输出端与所述电流镜像电路的输入端相连;
所述电流镜像电路的输出端与所述第一反相器的偏置输入端相连,用于将所述补偿电流Ibias镜像到所述第一反相器。
5.根据权利要求4所述的电流模灵敏放大器,其特征在于,所述电流镜像电路包括:第一NMOS管和第二NMOS管;
所述第一NMOS管的漏极与所述温度补偿电流源的电流输出端相连,源极与供电电源相连,栅极与所述第二NMOS管的栅极相连;
所述第二NMOS管的源极与所述供电电源相连,漏极与自身栅极相连;所述第二NMOS管的漏极还与所述第一反相器的偏置输入端相连。
6.根据权利要求5所述的电流模灵敏放大器,其特征在于,所述反馈钳位电路包括:所述第一反相器,第三NMOS管和第四NMOS管;
所述第一反相器的偏置输入端接收所述温度补偿单元传输入的所述补偿电流Ibias,输入端与所述第三NMOS管的源极相连,输出端与所述第三NMOS管的栅极相连;
所述第三NMOS管的源极与所述存储单元相连,以获取所述电流IMC,漏极与所述电流比较器的同相输入端相连,以将所述电流IMC传输入所述电流比较器;
所述第四NMOS管的源极与所述第三NMOS管的源极相连,漏极与所述供电电源相连,栅极输入一预充信号。
7.根据权利要求6所述的电流模灵敏放大器,其特征在于,所述电流比较器包括:第五NMOS管,第六NMOS管,第七NMOS管和第八NMOS管;
所述第五NMOS管的漏极与所述第三NMOS管的漏极相连,以接收所述电流IMC,源极与所述供电电源相连,栅极与自身漏极相连;
所述第六NMOS管的栅极与所述第五NMOS管的栅极相连,源极与所述供电电源相连,漏极与所述第七MOS管的漏极相连;
所述第五NMOS管与所述第六NMOS管组成电流镜像电路,所述电流IMC由所述第五NMOS管的漏极镜像到所述第六NMOS管的漏极;
所述第八NMOS管的漏极与所述参考存储单元相连,以获取所述电流IMRC,其源极接地,栅极与自身漏极相连;
所述第七NMOS管的栅极与所述第八NMOS管的栅极相连,源极接地,漏极与所述第六NMOS管的漏极相连;
所述第七NMOS管与所述第八NMOS管组成电流镜像电路,所述电流IMRC由所述第八NMOS管的漏极镜像到所述第七NMOS管的漏极;
所述第六NMOS管的漏极与所述第七NMOS管的漏极接于一公共点,以在所述公共点上,对所述电流IMC与所述电路IMRC进行比较,输出比较后的电流误信号。
8.根据权利要求1至7任一项所述的电流模灵敏放大器,其特征在于,所述电流模灵敏放大器还包括:
输出整形电路,用于对所述电流比较器输出的电流差信号进行波形整理。
9.根据权利要求8所述的电流模灵敏放大器,其特征在于,所述输出整形电路包括:第二反相器和第三反相器;
所述第二反相器的输入端与所述电流比较器的输出端相连,用于对所述电流差信号进行模数转换;
所述第三反相器的输入端与所述第二反相器的输出端相连,用于增加驱动能力以处理所述模数转换后的电路差信号。
10.一种存储器,其特征在于,所述存储器包括权利要求1至9任一项所述的电流模灵敏放大器。
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