CN103915114A - 高密度三态内容可寻址存储器单元结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高密度三态内容可寻址存储器单元结构，包括预充放大电路，预充放大电路连接有包含在TCAM单元内的比较电路，所述TCAM单元还包括连接在比较电路上的一对RAM单元。传统TCAM的单元面积很大，在大容量TCAM芯片中，整体芯片面积也很大，严重影响到产品的良率以及成本，本技术提出了一种新型的TCAM单元，单元的晶体管数量由16个降低到了10个，预计面积可以比原先降低30%到40%，大大降低了产品成本。

Description

高密度三态内容可寻址存储器单元结构

技术领域

本发明涉及存储器领域，具体而言，涉及一种高密度三态内容可寻址存储器单元结构。

背景技术

随着网络应用对网络带宽需求的不断增加，特别是在线音频、视频节目的普及，IPV6的步步推广，网络安全的需求，导致各种数据查找不断增加，高速查找搜索芯片三态内容可寻址内存（Ternary Content Addressable Memory，以下文内简称为TCAM）广泛地使用在网络通信系统中。

TCAM的原理是表项中的每个比特有三种逻辑态(0，1，x)。在一个表项写入到TCAM中时，通过关键字与掩码组成的序偶(关键字，掩码)确定表项中写入的信息。比如序偶(11000101，11110000)写入到TCAM芯片中为1100xxxx。当输入的索引关键字进行匹配比较时，只要输入的信息满足1100xxxx的结构，而不管x比特为0或1，都表示关键字与该表项匹配。另外，当有多个匹配的表项时，返回地址最低的一个表项。传统TCAM单元结构如图1所示。

由于TCAM具有很高的查找速度，因此TCAM可以满足骨干路由器的高速查找要求。但是由于传统TCAM的一个单元需要16个晶体管，TCAM 单元面积很大，TCAM产品的成本很高。而且，传统TCAM单元中包含了两个传统的6T SRAM，在先进工艺中读写稳定性问题变得相当严重。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种高密度三态内容可寻址存储器单元结构，将传统16T TCAM 单元中的标准6T SRAM 单元替换为3T的动态RAM结构，降低了产品面积,提高了产品的稳定性。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种高密度三态内容可寻址存储器单元结构，包括预充放大电路，预充放大电路连接有包含在TCAM单元内的比较电路，所述TCAM单元还包括连接在比较电路上的一对RAM单元。

进一步的，所述RAM单元由核心存储管、读取管和写入管构成。

本发明的有益效果是:

传统TCAM的单元面积很大，在大容量TCAM芯片中，整体芯片面积也很大，严重影响到产品的良率以及成本，本技术提出了一种新型的TCAM单元，单元的晶体管数量由16个降低到了10个，预计面积可以比原先降低30%到40%，大大降低了产品成本。

传统TCAM单元中包含了两个传统的6T SRAM模块，它们在先进工艺中的读写稳定性不太好，而本发明中的代替技术RAM的读写是分开控制的，所以互不干扰，有效解决了这一问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为传统的16T TCAM单元结构图；

图2为本发明的10T TCAM单元结构图。

图中标号说明：1、预充放大电路，2、TCAM单元，3、比较电路，4、RAM单元，T1、核心存储管，T2、读取管，T3、写入管。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图2所示，一种高密度三态内容可寻址存储器单元结构，包括预充放大电路1，预充放大电路1连接有包含在TCAM单元2内的比较电路3，所述TCAM单元2还包括连接在比较电路3上的一对RAM单元4。所述RAM单元4由三个晶体管构成。对RAM存储单元而言，三个晶体管分别为核心存储管T1，读取管T2和写入管T3，其中读取管T2源端和核心存储管T1的漏极相连，实现读取功能。写入管T3的漏极和核心存储管T1的栅极相连，实现电荷写入功能。当WWL1打开时，可以从WBL1写入数据，而RWL1打开时，可以从RBL1读出数据。对于左边的存储单元工作原理相同。因为“读”和“写”分别有自身的字线和位线，所以二者完全不会互相干扰，有效提高了存储单元的稳定性。

对于整体的TCAM 单元而言，当左右两边的存储单元都为“0”时，由于ML不受SL1，SL2控制，始终输出“1”，这就是TCAM 单元的“X”态。而当左右两边存储的值和SL1，SL2，不匹配时ML也为“0”。当左右两边存储的值和SL1，SL2匹配时ML也为“1”，这就实现了TCAM 单元“1”，“0”，“X”三种状态的存储和比较判断。

将传统16T TCAM 单元中的标准6T SRAM 单元替换为3T的动态RAM结构。这样，原先6T SRAM 存储单元的功能被3T的动态RAM单元代替，从而有效降低了单元面积，而实现的功能和原先则完全一致。而且本方案所采用3T动态RAM单元，将读写的字线和位线完全分开，从而避免了读写互相干扰的问题。这一问题在先进半导体工艺（40nm以上）中已经成为影响存储操作稳定性的重要问题。

这种单元结构减少了晶体管的使用数目。从传统的16个晶体管减少到10个晶体管。这种10T的TCAM比传统的16T TCAM少了6个晶体管，而实现的功能却是完全一致的，所以利用这种10T TCAM单元所设计的产品面积就会小很多，从而有效地降低了大容量TCAM的成本。同时，芯片面积的减少也对提高产品良率有很大作用。另外，由于传统TCAM单元中包含了两个传统的6T SRAM，在先进工艺中读写稳定性会有一些问题。而本发明所用的存储单元，读写是完全分开的，从而避免了读写稳定性的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高密度三态内容可寻址存储器单元结构，包括预充放大电路（1），预充放大电路（1）连接有包含在TCAM单元（2）内的比较电路（3），其特征在于：所述TCAM单元（2）还包括连接在比较电路（3）上的一对RAM单元（4）。

2.根据权利要求1所述的高密度三态内容可寻址存储器单元结构，其特征在于：所述RAM单元（4）由核心存储管（T1）、读取管（T2）和写入管（T3）构成。