CN103035281B - 一种基于单元漏电检测的温度控制自刷新方法 - Google Patents

一种基于单元漏电检测的温度控制自刷新方法 Download PDF

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Abstract

一种基于单元漏电检测的温度控制自刷新存储设备，包括多个衬底电压稳定模块(201、202、……20n)，选择器(300)，冗余单元(501)，检测电路(502)，脉冲产生器(503)和DRAM阵列，还包括多个衬底电压稳定模块(201、202、……20n)产生DRAM阵列的晶体管衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn，选择器(300)在选择信号Sel的控制下从VBB1、VBB2、……VBBn中选择一个输出到DRAM阵列的晶体管衬底电压VBB上，同时也输出到冗余单元(501)的晶体管衬底电压上。

Description

一种基于单元漏电检测的温度控制自刷新方法
技术领域
本发明涉及存储器技术领域，尤其涉及一种基于单元漏电检测的温度控制自刷新方法。
背景技术
DRAM会由于漏电流而造成数据破坏，因此，应当在单元数据丢失之前将数据读出之后再充电到初始的电荷水平。这个再充电的过程就称为刷新。另外，自刷新指的DRAM自身以固定的周期进行刷新，以维持standby状态的存储单元中的数据。
另一方面，温度每上升10度，漏电流增加一倍。换句话说，当温度上升10度，存储单元数据的维持时间降低1/2，当上升50度时，维持时间降低到1/32。
如上所描述，漏电流与温度密切相关，因此，温度是影响刷新周期的重要因素。即，自刷新周期在相对较高温度时应该更短。
参照附图1，为现有技术中采用单元检测器(celldetector)检测漏电情况的刷新频率控制技术。通过读冗余单元中电容漏电情况的直接检测，当漏电达到一定程度时，开启自刷新操作。图中101冗余单元存“1”。图2给出该方式的阈值电压Vth和刷新周期随温度T的变化关系。
该方法中刷新周期能跟随温度T而连续变化，与阈值电压Vth随温度的连续变化相对应。但不足是，刷新周期变化太多，带来整体控制的复杂和不可靠。
传统的冗余单元漏电检测方法(专利7619943)中，刷新频率连续变化，给系统整体控制带来复杂度。
本发明通过对阈值电压在不同温度范围内分段稳压，使得存储单元漏电情况在对应的温度范围内保持不变，通过冗余单元漏电检测模块的即时检测，使得既能有效跟踪阈值电压随温度的变化，又使得刷新频率的变化不会太频繁。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提出一种基于单元漏电检测的温度控制自刷新存储设备，包括多个衬底电压稳定模块(201、202、……20n)，选择器(300)，冗余单元(501)，检测电路(502)，脉冲产生器(503)和DRAM阵列，存储设备还包括多个衬底电压稳定模块(201、202、……20n)产生DRAM阵列的晶体管衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn，选择器(300)在选择信号Sel的控制下从VBB1、VBB2、……VBBn中选择一个输出到DRAM阵列的晶体管衬底电压VBB上，同时也输出到冗余单元(501)的晶体管衬底电压上。
优选的，冗余单元(501)始终存“1”，冗余单元(501)中一节点的电压情况被检测电路(502)所检测，一旦节点的电压降到一定程度，检测电路(502)会产生一个检测信号，输入到脉冲产生器(503)中，生成刷新脉冲信号Refrq。
优选的，衬底电压稳定模块包括三个定值电阻、一个三极管T1、比较器和电荷泵。
优选的，三极管为跟DRAM阵列中晶体管完全相同的晶体管，取自冗余单元。
优选的，通过调整三个定值电阻得到衬底电压VBBn。
优选的，选择器(300)为三态传输门。
为了达到上述目的，本发明还提出一种基于单元漏电检测的温度控制自刷新存储设备的自刷新方法，所述存储设备包括多个衬底电压稳定模块(201、202、……20n)、选择器(300)、冗余单元(501)、检测电路(502)、脉冲产生器(503)和DRAM阵列，其特征在于，该方法包括以下步骤：多个衬底电压稳定模块(201、202、……20n)产生DRAM阵列的晶体管衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn，选择器(300)在选择信号Sel的控制下从VBB1、VBB2、……VBBn中选择一个输出到DRAM阵列的晶体管衬底电压VBB上，同时也输出到冗余单元(501)的晶体管衬底电压上。
优选的，冗余单元(501)始终存“1”，冗余单元(501)中一节点的电压情况被检测电路(502)所检测，一旦节点的电压降到一定程度，检测电路(502)会产生一个检测信号，输入到脉冲产生器(503)中，生成刷新脉冲信号Refrq。
附图说明
附图1为现有技术中采用单元检测器(celldetector)检测漏电情况的刷新频率控制技术；
附图2为现有技术阈值电压Vth和刷新周期随温度T的变化关系；
附图3为根据本发明实施例基于单元漏电检测的温度控制自刷新存储设备；
附图4为根据本发明实施例衬底电压稳定模块的电路图；
附图5为根据本发明实施例衬底电压稳定模块的电路图；
附图6为根据本发明实施例阈值电压和刷新周期、温度变化的曲线图；
附图7为根据本发明实施例选择器的电路图。
具体实施方式
附图3为根据本发明实施例基于单元漏电检测的温度控制自刷新存储设备。该存储设备包括多个衬底电压稳定模块201、202、……20n，选择器300，冗余单元501，检测电路502，脉冲产生器503和DRAM阵列。多个衬底电压稳定模块201、202、……20n和选择器300连接。多个衬底电压稳定模块201、202、……20n产生DRAM阵列的晶体管衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn。选择电路模块300在选择信号Sel的控制下从VBB1、VBB2、……VBBn中选择一个输出到DRAM阵列的晶体管衬底电压VBB上，同时也输出到冗余单元501的晶体管衬底电压上。501为冗余单元，跟DRAM阵列400中的存储单元完全相同，但501始终存“1”。501中节点2的电压情况被502所检测，一旦节点2的电压降到一定程度，502会产生一个检测信号，输入到脉冲产生器503中，生成刷新脉冲信号Refrq。
附图4为根据本发明实施例衬底电压稳定模块的电路图。作为其中的一个示例，附图4示出了衬底电压稳定模块201的电路图。该衬底电压稳定模块201包括定值电阻R11、R12、R13，一个三极管T1，一个比较器和一个电荷泵。T1为跟DRAM阵列中晶体管完全相同的晶体管，可取自冗余单元。电阻R12和R13的一端连接，并连接到比较器的正输入端，R12的另外一端接电源电压VDD或者某一个参考电压Vref，R13的另外一端接地。R11的一端接电源电压VDD或者某一个参考电压Vref，而另外一端接三极管T1的漏极和栅极，并接到比较器的负输入端，比较器的输出端和电荷泵连接，电荷泵的输出即为VBB，同时反馈给三极管。通过调整R11、R12、R13得到VBB1；202中，通过调整R21、R22、R23得到VBB2。以此类推，在20n中，通过调整对应的Rn1、Rn2、Rn3得到VBBn。这里的三极管T1为跟DRAM阵列中晶体管完全相同的晶体管，可取自冗余单元。附图5为根据本发明实施例衬底电压稳定模块202的电路图，其结构和衬底电压稳定模块201一样。，在此不一一赘述。
附图6为根据本发明实施例阈值电压和刷新周期、温度变化的曲线图。采用本发明后，阈值电压在一定温度范围内保持不变，那么冗余单元的漏电情况也在一定范围内保持不变，通过冗余单元漏电检测所得到的刷新频率也能在该温度范围内保持不变。从而刷新频率既很好地跟踪了温度变化，又可以仅需几个离散的频率值，且通过衬底电压稳定模块的调整，使得温度升高后，阈值电压可稳定在该温度范围下限时的阈值电压，那么刷新频率可以采用该范围内较低的频率，因而降低刷新功耗，又改善可靠性。
附图7为根据本发明实施例选择器的电路图。301、302、……30n可以是三态传输门电路。衬底电压稳定模块201、202、……20n产生的DRAM保持期间的衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn依次输出到三态传输门电路301、302、……30n。在选择信号sel的控制下，从VBB1、VBB2直到VBBn中选择一个电压输出到冗余单元501的晶体管衬底电压上。
尽管示出和描述了本发明的优选实施例，对本领域技术人员显而易见的是在其更宽的方面不脱离本发明的情况下可以作出很多变化和修改。

Claims (8)

1.一种基于单元漏电检测的温度控制自刷新存储设备，包括多个衬底电压稳定模块(201、202、……20n)，选择器(300)，冗余单元(501)，检测电路(502)，脉冲产生器(503)和DRAM阵列，其特征在于：
多个衬底电压稳定模块(201、202、……20n)产生DRAM阵列的晶体管衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn，
选择器(300)在选择信号Sel的控制下从VBB1、VBB2、……VBBn中选择一个输出到DRAM阵列的晶体管衬底电压VBB上，同时也输出到冗余单元(501)的晶体管衬底电压上。
2.根据权利要求1所述的基于单元漏电检测的温度控制自刷新存储设备，其特征在于，冗余单元(501)始终存“1”，冗余单元(501)中一节点的电压情况被检测电路(502)所检测，一旦节点的电压降到一定程度，检测电路(502)会产生一个检测信号，输入到脉冲产生器(503)中，生成刷新脉冲信号Refrq。
3.根据权利要求1所述的基于单元漏电检测的温度控制自刷新存储设备，其特征在于，其特征在于，衬底电压稳定模块包括三个定值电阻、一个三极管T1、比较器和电荷泵。
4.根据权利要求3所述的基于单元漏电检测的温度控制自刷新存储设备，其特征在于，三极管为跟DRAM阵列中晶体管完全相同的晶体管，取自冗余单元。
5.根据权利要求4所述的基于单元漏电检测的温度控制自刷新存储设备，其特征在于，通过调整三个定值电阻得到衬底电压VBBn。
6.根据权利要求4所述的基于单元漏电检测的温度控制自刷新存储设备，其特征在于，选择器(300)为三态传输门。
7.一种基于单元漏电检测的温度控制自刷新存储设备的自刷新方法，所述存储设备包括多个衬底电压稳定模块(201、202、……20n)、选择器(300)、冗余单元(501)、检测电路(502)、脉冲产生器(503)和DRAM阵列，其特征在于，该方法包括以下步骤：
多个衬底电压稳定模块(201、202、……20n)产生DRAM阵列的晶体管衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn，选择器(300)在选择信号Sel的控制下从VBB1、VBB2、……VBBn中选择一个输出到DRAM阵列的晶体管衬底电压VBB上，同时也输出到冗余单元(501)的晶体管衬底电压上。
8.根据权利要求7所述的基于单元漏电检测的温度控制自刷新存储设备的自刷新方法，其特征在于，冗余单元(501)始终存“1”，冗余单元(501)中一节点的电压情况被检测电路(502)所检测，一旦节点的电压降到一定程度，检测电路(502)会产生一个检测信号，输入到脉冲产生器(503)中，生成刷新脉冲信号Refrq。
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