CN105185407B - 一种低匹配线电容的tcam单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种TCAM单元，一种低匹配线电容的TCAM单元，包括MOS管MN1、MN2、MN3、MN4、MN5及反相器T1、T2、T3、T4，所述T1输出端与T2输入端相连作为存储数据D端，T1输入端与T2输出端相连作为D#端，MN1栅极与D#端相连，MN2栅极与D端相连；T3输出端与T4输入端相连作为屏蔽位M端，T3输入端与T4输出端相连作为M#端；MN3栅极与M#端相连，源极分别与MN1、MN2漏极相连，MN4栅极与M端相连，源极接地，MN3、MN4漏极相连并与MN5栅极相连，源极接地，漏极与匹配线ML相连。本发明TCAM单元的匹配线等效电容仅为传统NOR型TCAM单元匹配线等效电容的1/4，大大降低了匹配线功耗。另外，由于D和D#互补，避免了两个MOS管之间短路问题的发生。

Description

一种低匹配线电容的TCAM单元
技术领域
本发明涉及一种TCAM单元，更具体地说，涉及一种低匹配线电容的TCAM单元。
背景技术
根据工作原理不同，TCAM单元分为NAND型单元和NOR型单元。传统NOR型TCAM单元如图2所示，其匹配线的等效电容为4倍漏区电容，而匹配线功耗与匹配线等效电容成正比，造成传统NOR型TCAM单元的匹配线功耗较大；根据参考文献[1]Mohan,N.,&Sachdev,M.(2007).Low-capacitance and charge-shared match lines for low-energy high-performance TCAMs.Solid-State Circuits,IEEE Journal of,42(9),2054-2060.中所提出的一种低匹配线电容TCAM单元，如图3所示。在运用参考文献[2]B.-D.Yang,L.-S.Kim.ALow-Power CAM Using Pulsed NAND-NOR MatchLine and Charge-Recycling Search-Line Driver.IEEE J.Solid-State Circuits.Aug.2005,40(8):1736-1744及参考文献[3]Zhang,J.W.,Ye,Y.Z.,Liu,B.D.,&Guan,F.(2009,May).Self-timed charge recyclingsearch-line drivers in content-addressable memories.In Circuits and Systems,2009.ISCAS 2009.IEEE International Symposium on (pp.3070-3073).IEEE.中所提出的电荷重利用搜索线方案时，由于SL和SL#分别与MOS管MN1、MN2栅极相连，在电荷共享阶段，SL和SL#都变为Vdd/2,与D和D#相连的MOS管MN1、MN2同时开启，D与D#存在一个直流通路，这不仅增加了大量功耗，同时还可能改变D或者D#的状态。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种低匹配线电容的TCAM单元。该TCAM单元，其匹配线等效电容仅为传统NOR型TCAM单元的匹配线等效电容的1/4，大大降低了匹配线功耗。另外，采用本发明的TCAM单元，由于D和D#是互补的，D#和D分别与MN1和MN2的栅极相连，在运用电荷重利用搜索线方案时，MOS管MN1、MN2在同一时刻，只有一个是处于开启状态，因此避免了两个MOS管之间短路问题的发生。
为了实现上述发明目的，解决现有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种低匹配线电容的TCAM单元，包括第1、2、3、4、5MOS管MN1、MN2、MN3、MN4、MN5及第1、2、3、4反相器T1、T2、T3、T4，所述第1反相器T1输出端与第2反相器T2输入端相连作为存储数据D端，所述第1反相器T1输入端与第2反相器T2输出端相连作为D#端，所述D#端是D端的逻辑非，所述第1MOS管MN1栅极与D#端相连、源极与搜索数据SL端相连，所述第2MOS管MN2栅极与D端相连、源极与SL#端相连，所述SL#端是SL端的逻辑非；所述第3反相器T3输出端与第4反相器T4输入端相连作为屏蔽位M端，所述第3反相器T3输入端与第4反相器T4输出端相连作为M#端，所述M#端是M端的逻辑非；所述第3MOS管MN3栅极与M#端相连，源极分别与第1、2MOS管MN1、MN2漏极相连，所述第4MOS管MN4栅极与M端相连，源极直接接地，所述第3、4MOS管MN3、MN4漏极相连并与第5MOS管MN5栅极相连，用于控制下拉逻辑，所述第5MOS管MN5源极直接接地，漏极与匹配线ML相连。
本发明有益效果是：一种低匹配线电容的TCAM单元，包括第1、2、3、4、5MOS管MN1、MN2、MN3、MN4、MN5及第1、2、3、4反相器T1、T2、T3、T4，所述第1反相器T1输出端与第2反相器T2输入端相连作为存储数据D端，所述第1反相器T1输入端与第2反相器T2输出端相连作为D#端，所述D#端是D端的逻辑非，所述第1MOS管MN1栅极与D#端相连、源极与搜索数据SL端相连，所述第2MOS管MN2栅极与D端相连、源极与SL#端相连，所述SL#端是SL端的逻辑非；所述第3反相器T3输出端与第4反相器T4输入端相连作为屏蔽位M端，所述第3反相器T3输入端与第4反相器T4输出端相连作为M#端，所述M#端是M端的逻辑非；所述第3MOS管MN3栅极与M#端相连，源极分别与第1、2MOS管MN1、MN2漏极相连，所述第4MOS管MN4栅极与M端相连，源极直接接地，所述第3、4MOS管MN3、MN4漏极相连并与第5MOS管MN5栅极相连，用于控制下拉逻辑，所述第5MOS管MN5源极直接接地，漏极与匹配线ML相连。与已有技术相比，本发明的TCAM单元，其匹配线等效电容仅为传统NOR型TCAM单元的匹配线等效电容的1/4，大大降低了匹配线功耗。另外，采用本发明的TCAM单元，由于D和D#是互补的，D#和D分别与MN1和MN2的栅极相连，在运用电荷重利用搜索线方案时，MOS管MN1、MN2在同一时刻，只有一个是处于开启状态，因此避免了两个MOS管之间短路问题的发生。
附图说明
图1是本发明TCAM单元电路原理图。
图2是传统NOR型TCAM单元电路原理图。
图3是低功耗匹配线TCAM单元电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种低匹配线电容的TCAM单元，包括第1、2、3、4、5MOS管MN1、MN2、MN3、MN4、MN5及第1、2、3、4反相器T1、T2、T3、T4，所述第1反相器T1输出端与第2反相器T2输入端相连作为存储数据D端，所述第1反相器T1输入端与第2反相器T2输出端相连作为D#端，所述D#端是D端的逻辑非，所述第1MOS管MN1栅极与D#端相连、源极与搜索数据SL端相连，所述第2MOS管MN2栅极与D端相连、源极与SL#端相连，所述SL#端是SL端的逻辑非；所述第3反相器T3输出端与第4反相器T4输入端相连作为屏蔽位M端，所述第3反相器T3输入端与第4反相器T4输出端相连作为M#端，所述M#端是M端的逻辑非；所述第3MOS管MN3栅极与M#端相连，源极分别与第1、2MOS管MN1、MN2漏极相连，所述第4MOS管MN4栅极与M端相连，源极直接接地，所述第3、4MOS管MN3、MN4漏极相连并与第5MOS管MN5栅极相连，用于控制下拉逻辑，所述第5MOS管MN5源极直接接地，漏极与匹配线ML相连。本发明TCAM单元匹配线的等效电容为一个漏区电容Cd，而传统NOR型TCAM单元如图2所示，其匹配线的等效电容为4倍漏区电容4Cd。功耗通过公式(1)表示：
P＝αfCloadVddVswing (1)
式中：α表示开关活动因子，f表示工作频率，Cload表示负载电容，Vdd表示电源电压，Vswing表示信号电压摆幅。由此可见，在相同匹配线结构下，采用本发明的TCAM单元的匹配线功耗比传统NOR型TCAM单元的匹配线功耗降低了75％。另外，本发明所提出的TCAM单元与图3所示的低功耗匹配线TCAM单元相比，在运用参考文献[2]B.-D.Yang,L.-S.Kim.A Low-Power CAM Using Pulsed NAND-NOR MatchLine and Charge-Recycling Search-LineDriver.IEEE J.Solid-State Circuits.Aug.2005,40(8):1736-1744及参考文献[3]Zhang,J.W.,Ye,Y.Z.,Liu,B.D.,&Guan,F.(2009,May).Self-timed charge recyclingsearch-line drivers in content-addressable memories.In Circuits and Systems,2009.ISCAS 2009.IEEE International Symposium on (pp.3070-3073).IEEE.中所提出的的电荷共享搜索线策略时，在电荷共享阶段，虽然本发明的TCAM单元和图3所示的低功耗匹配线TCAM单元中的SL与SL#电压相同，均为Vdd/2，但是在图3所示TCAM单元中，由于与D和D#相连的两个MOS管MN1、MN2的栅极分别与SL和SL#相连，在电荷共享阶段,SL和SL#电压为Vdd/2，MN1和MN2同时处于开启状态，D与D#之间存在一条直流通路，不仅增加大量功耗，而且还可能改变D或者D#的状态。采用本发明的TCAM单元，由于D和D#是互补的，D#和D分别于MN1和MN2栅极相连接，与D#和D相连的两个MOS管MN1、MN2在同一时刻，只有一个是处于开启状态，因此避免了两个MOS管之间短路问题的发生。本发明的TCAM单元编码方式如表1所示。
表1
本发明优点在于：一种低匹配线电容的TCAM单元，其匹配线等效电容仅为传统NOR型TCAM单元的匹配线等效电容的1/4，大大降低了匹配线功耗。另外，采用本发明的TCAM单元，在运用电荷重利用搜索线方案时，由于D和D#是互补的，D#和D分别与MOS管MN1和MN2的栅极相连，MOS管MN1、MN2在同一时刻，只有一个是处于开启状态，因此避免了两个MOS管之间短路问题的发生。

Claims (1)

1.一种低匹配线电容的TCAM单元，包括第1、2、3、4、5 MOS管MN1、MN2、MN3、MN4、MN5及第1、2、3、4反相器T1、T2、T3、T4，其特征在于：所述第1反相器T1输出端与第2反相器T2输入端相连作为存储数据D端，所述第1反相器T1输入端与第2反相器T2输出端相连作为D#端，所述D#端是D端的逻辑非，所述第1MOS管MN1栅极与D#端相连、第1MOS管MN1源极与搜索数据SL端相连，所述第2MOS管MN2栅极与D端相连、第2MOS管MN2源极与SL#端相连，所述SL#端是SL端的逻辑非；所述第3反相器T3输出端与第4反相器T4输入端相连作为屏蔽位M端，所述第3反相器T3输入端与第4反相器T4输出端相连作为M#端，所述M#端是M端的逻辑非；所述第3MOS管MN3栅极与M#端相连，第3MOS管MN3源极分别与第1、2 MOS管MN1、MN2漏极相连，所述第4MOS管MN4栅极与M端相连，第4MOS管MN4源极直接接地，所述第3、4MOS管MN3、MN4漏极相连并与第5MOS管MN5栅极相连，用于控制下拉逻辑，所述第5MOS管MN5源极直接接地，第5MOS管MN5漏极与匹配线ML相连。
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