CN102915771A - 一种sram噪声容限测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于集成电路领域，特别涉及SRAM噪声容限测量领域。公开了一种SRAM噪声容限测量方法，静态噪声容限SNM(StaticNoiseMargin)是指存储单元所能承受的最大直流噪声信号的幅值，若超过这个值，存储结点的状态会发生错误翻转，它是衡量存储单元抗干扰能力的一个重要参数，本发明在分析传统噪声容限测量结果图的基础上，探寻如何准确直接快速的得到噪声容限，提出了一种新型噪声容限测量法，此方法能够准确直接得出噪声容限值并可以在实际测量工作中作为标准来推广，从而提高工作效率。

Description

一种SRAM噪声容限测量方法

技术领域

本发明属于集成电路领域，特别涉及一种SRAM噪声容限测量方法。

背景技术

随着数字集成电路的功能越来越复杂，规模越来越大，片上集成的存储器已成为数字系统中非常重要的组成部分。例如，在高性能的微处理器中，超过一半的晶体管被用来实现高速缓存。随着工艺水平的进步，电路特征尺寸等比例缩小，如何在深亚微米条件下保证存储器单元工作稳定性，变得日益重要。在深亚微米条件下，器件参数本征波动引起的电路稳定性问题日益突出。晶体管沟道耗尽区掺杂原子在数量与分布上的微观涨落，影响着器件的电参数，产生了微小偏差。这些原子级的本征涨落，目前无法通过制造工艺的控制加以消除，同时与器件在硅片上的位置无关。这将造成SRAM存储单元中相邻MOS管的阈值失配，从而影响存储单元的静态噪声容限(SNM)。

静态噪声容限SNM(Static Noise Margin)是指存储单元所能承受的最大直流噪声信号的幅值。若超过这个值，存储结点的状态会发生错误翻转。它是衡量存储单元抗干扰能力的一个重要参数。因此噪声容限的重要性进一步说明了噪声容限测量的重要性。

传统的6T-SRAM噪声容限的测试电路如图1所示。图1中，通过接入噪声源V1来模拟实际的可以使电路发生翻转的噪声电压。假设QB端为低电平，Q端为高电平，利用电路仿真软件进行直流扫描，使V1电压从0向上扫描，使电单元发生翻转的临界电压即为测试得到的噪声容限。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题：在分析传统噪声容限测量结果的基础上，探寻如何准确直接快速的得到噪声容限，提出了一种新型噪声容限测量法。

发明所采用的技术方案：

为了实现上述目的，如图2所示：

1．一种SRAM噪声容限精确测量方法：

一、首先两种坐标系下的SRAM中的反相器转移特性交叠而成的蝶形图，其中F1曲线为SRAM中通过仿真反相器而得出的特征曲线，F2’为反相器特征曲线关于y=x轴的对称曲线，两者组成蝶形曲线构成蝶形图；

二、将x-y坐标系顺时针转到90度，变成u-v坐标系，噪声容限为最大正方形的边长值；

三、在u-v坐标下，F1曲线的v值减去F2’曲线对应的v值，得到曲线，从而curve A曲线中，|v|max为最大正方形的对角线值；

四、用u-v来表示出x-y坐标系，由于将x-y坐标系顺时针转到90度，从而可以得出：

五、同时将此x，y值代入反相器特性曲线y=F1(x)，y=F2(x)中得出u-v坐标系下反相器转移特性表达式：

           （1）

        （2）

六、最后通过此表达式将噪声容限测量构建电路仿真图，从而通过对电路的构建与仿真准确得出噪声容限。

所述的构建电路仿真的方法: 

一、电压控制电压源来表示电压源，压控电压源E1和E2的增益均为0.7071，连接于SRAM中的一个反相器I22，加载到增益为1.4142压控电压源E3并和增益为1的压控电压源E4连接构成V1；电路的下半部分，压控电压源E9和E8的增益分别为0.7071，-0.7071，连接于SRAM中的另一个反相器I23，以此作为输入加载到增益为1.4142的压控电压源E5并和增益为-1的压控电压源E4连接构成V2。

二、V1和V2作为压控电压源E10的输入分别加载到正负两段构成V1-V2，便得到如上所述的曲线curveA，乘以0.7071的增益，从而得到噪声容限值。

本发明所产生的有益效果：通过将反相器的特征曲线做坐标对称变换构成蝶形图，测算蝶形图最大边长值，从而测算出噪声容限值，通过仿真构建电路图能够在实际测量工作中作为标准来推广，从而提高工作效率。

附图说明

图1传统噪声容限测量电路图；

图2两种坐标系下的噪声容限测量结果蝶形示意图；

图3  y=F1(x)电路原理图；

图4  y=F2(x)电路原理图；

图5 噪声容限新型测量电路实现图。

具体实施方式

式(1)(2)表示了组成SRAM触发单元的反相器，给出了一个u-v关系的表达式。

为了实现上述目的，分析图2为两种坐标系下的SRAM中的反相器转移特性交叠而成的蝶形图。其中F1曲线为SRAM中通过仿真反相器而得出的特征曲线，F2’为反相器特征曲线关于y=x轴的对称曲线，两者组成蝶形曲线，也就是所谓的蝶形图。

发明所采用的技术方案：

一、首先将x-y坐标系顺时针转到90度，变成如图2所示u-v坐标系，噪声容限表示为最大正方形的边长值。

二、其次在u-v坐标下，F1曲线的v值减去F2’曲线对应的v值，得到图中curve A曲线。从而curve A曲线中，|v|max为最大正方形的对角线值。从而可以求出噪声容限。

三、然后将此思路转换为数学表达式以画出电路级的仿真器，图2中首先用u-v来表示出x-y坐标系，由于将x-y坐标系顺时针转到90度，变成如图所示u-v坐标系，从而可以得出

四、同时将此x，y值代入反相器特性曲线y=F1(x)，y=F2(x)中得出u-v坐标系下反相器转移特性表达式：

           （1）

        （2）

五、最后通过此表达式将噪声容限测量思路转换为电路仿真图，从而通过对电路的构建与仿真准确得出噪声容限。

如图3、图4所示， V1-V2构成了曲线curveA，由分析得知，curveA的最大绝对值除以根号2就可以直接得到此噪声容限值。

一、构建电路图，由图5噪声容限测量电路所示，电压控制电压源来表示原理图3和图4中的电压源，压控电压源E1和E2的增益均为0.7071，连接于SRAM中的一个反相器I22，加载到增益为1.4142压控电压源E3并和增益为1的压控电压源E4连接构成V1；电路的下半部分，压控电压源E9和E8的增益分别为0.7071，-0.7071，连接于SRAM中的另一个反相器I23，以此作为输入加载到增益为1.4142的压控电压源E5并和增益为-1的压控电压源E4连接构成V2。

二、最后V1和V2作为压控电压源E10的输入分别加载到正负两段构成V1-V2，便得到如上所述的曲线curveA，乘以0.7071的增益，从而得到最终所需的精确噪声容限值。

在40nm工艺下，通过Hspice仿真，得出各个工艺角下的噪声容限值如下表所示：

Corner	Vsnm(mv)
		TT      VDD=0.9V     TEMP=25	90.2
SS      VDD=1.0V     TEMP=125	126.7
		SS      VDD=1.0V     TEMP=-40	129.9
SS      VDD=0.8V     TEMP=125	109.7
		SS      VDD=0.8V     TEMP=-40	124.4
FF      VDD=1.0V     TEMP=125	73.8
		FF      VDD=1.0V     TEMP=-40	64.8
FF      VDD=0.8V     TEMP=125	105.7
		FF      VDD=0.8V     TEMP=-40	106.6
SF      VDD=1.0V     TEMP=125	149.2
		SF      VDD=1.0V     TEMP=-40	152.1
SF      VDD=0.8V     TEMP=125	132.9
		SF      VDD=0.8V     TEMP=-40	147.1
FS      VDD=1.0V     TEMP=125	45.1
		FS      VDD=1.0V     TEMP=-40	35.7
FS      VDD=0.8V     TEMP=125	101.0
		FS      VDD=0.8V     TEMP=-40	101.3

Claims (2)

1.一种SRAM噪声容限测量方法，其特征在于：

一、首先两种坐标系下的SRAM中的反相器转移特性交叠而成的蝶形图，其中F1曲线为SRAM中通过仿真反相器而得出的特征曲线，F2’为反相器特征曲线关于y=x轴的对称曲线，两者组成蝶形曲线构成蝶形图；

二、将x-y坐标系顺时针转到90度，变成u-v坐标系，噪声容限为最大正方形的边长值；

三、在u-v坐标下，F1曲线的v值减去F2’曲线对应的v值，得到曲线，从而curve A曲线中，|v|max为最大正方形的对角线值；

四、用u-v来表示出x-y坐标系，由于将x-y坐标系顺时针转到90度，从而可以得出：

五、同时将此x，y值代入反相器特性曲线y=F1(x)，y=F2(x)中得出u-v坐标系下反相器转移特性表达式：

           

        

六、最后通过此表达式将噪声容限测量构建电路仿真图，从而通过对电路的构建与仿真准确得出噪声容限。

2.根据权利要求1所述的SRAM噪声容限测量方法，其特征在于：所述的构建电路仿真的方法包括: 

一、电压控制电压源来表示电压源，压控电压源E1和E2的增益均为0.7071，连接于SRAM中的一个反相器I22，加载到增益为1.4142压控电压源E3并和增益为1的压控电压源E4连接构成V1；电路的下半部分，压控电压源E9和E8的增益分别为0.7071，-0.7071，连接于SRAM中的另一个反相器I23，以此作为输入加载到增益为1.4142的压控电压源E5并和增益为-1的压控电压源E4连接构成V2；

二、V1和V2作为压控电压源E10的输入分别加载到正负两段构成V1-V2，便得到如上所述的曲线curveA，乘以0.7071的增益，从而得到噪声容限值。

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