CN106067316A - 一种高数据率dram中共模电压动态检测调整接收器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种高数据率DRAM中共模电压动态检测调整接收器及其控制方法，对DRAM输入信号完整性进行修正，解决输入信号在接收器(Receiver)中的信号完整性修复问题。所述接收器包括共模电压比较运算放大器和共模电压检测电路，以及依次连接的接收器偏置电路，第一级接收电路和第二级接收电路；第一级接收电路中的偏置电流管分为a、b两部分，尺寸小的b部分经栅端连接共模电压比较运算放大器的输出端，尺寸大的a部分经栅端连接接收器偏置电路的输出端；第一级接收电路的两个输出端分别连接共模电压检测电路的两个输入端，共模电压检测电路的输出端连接共模电压比较运算放大器的正相输入端，共模电压比较运算放大器的负相输入端连接参考电压信号VCOM。

Description

一种高数据率DRAM中共模电压动态检测调整接收器及其控制 方法

技术领域

本发明涉及应用于动态随机存取存储器接收器中的占空比调节技术，具体为一种高数据率DRAM中共模电压动态检测调整接收器及其控制方法。

背景技术

DRAM(Dynamic Random Access Memory)，即动态随机存取存储器，最为常见的系统内存。DRAM只能将数据保持很短的时间。为了保持数据，DRAM使用电容存储，所以必须隔一段时间刷新(refresh)一次，如果存储单元没有被刷新，存储的信息就会丢失。但是电容不可避免的存在漏电现象，如果电荷不足会导致数据出错，因此电容必须被周期性的刷新(预充电)，这也是DRAM的一大特点。而且电容的充放电需要一个过程，刷新频率不可能无限提升(频障)，这就导致DRAM的频率很容易达到上限，即便有先进工艺的支持也收效甚微。

既然存储单元的频率(简称内核频率，也就是电容的刷新频率)不能无限提升，那么就只有在I/O(输入输出)方面做文章，通过改进I/O单元，这就诞生了DDR1/2/3/4、GDDR1/2/3/4/5等形形色色的内存种类。但是随着时钟频率的提升，由于DRAM控制器输出阻抗(ODT)，传输信道之间的布线和阻抗失配，以及芯片制作工艺，电源电压和工作环境温度等差异引起的DRAM芯片的输入信号共模电压发生偏离，而共模电压偏离会引起DRAM接收器的输出信号产生占空比的恶化，而这种情况在高频情况下由于信号传输能量的损失显现的更为严重。

传统的DRAM芯片通过延迟锁相环(DLL)实现输出时钟的占空比校准，但是随着时钟频率的提升DRAM输入信号的恶化，当时钟还未到达DLL时时钟脉冲就可能已经消失，或者在到达DLL之前占空比已经恶化到DLL无法校准的程度，这样都会引起DRAM芯片的功能失效。因此需要我们在信号进入DRAM芯片时就能够得到信号完整性的修复，只有这样才能保证整个DRAM芯片在高的时钟频率下正常工作。如图1所示，现有DRAM中接收器的结构示意图，现有结构的接收器由接收器偏置电路和接收器主体电路组成。偏置电路中的分压电路和负反馈回路将接收器的第一级输出共模电平通过偏置电压(VBIAS)限制在一个固定范围内。传统的接收器结构，能够正常接收输入信号，但是现有结构的内部共模电压无法抑制输入共模电压的变化，当输入共模电压变高或者变低时，接收器第一级的输出共模电平会跟随被拉低或者抬高，从而影响第二级的输出信号质量(信号占空比)，情况严重时甚至脱离接收器第二级的共模检测范围，导致接收器的输出不能正确接收输入信号。并且当接收器的偏置电路和接收器主体电路存在失配，偏置电路无法检测到这样的变化，因此不会接收器对接收器进行调整，从而导致接收器输出信号完整性存在问题，而影响到整个DRAM芯片的功能。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高数据率DRAM中共模电压动态检测调整接收器及其控制方法，对DRAM输入信号完整性进行修正，解决输入信号在接收器(Receiver)中的信号完整性修复问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种高数据率DRAM中共模电压动态检测调整接收器，包括共模电压比较运算放大器和共模电压检测电路，以及依次连接的接收器偏置电路，第一级接收电路和第二级接收电路；第一级接收电路中的偏置电流管分为a、b两部分，尺寸小的b部分经栅端连接共模电压比较运算放大器的输出端，尺寸大的a部分经栅端连接接收器偏置电路的输出端；第一级接收电路的两个输出端分别连接共模电压检测电路的两个输入端，共模电压检测电路的输出端连接共模电压比较运算放大器的正相输入端，共模电压比较运算放大器的负相输入端连接参考电压信号VCOM。

优选的，共模电压检测电路的输入端分别经电阻和电容滤波网络来提取接收器第一级输出的共模电压信号。

优选的，偏置电流管中的a、b两部分分别由若干个晶体管并联形成，尺寸小的b部分中的晶体管数量小于尺寸大的a部分的晶体管数量。

优选的，偏置电流管的源端接地，漏端接入到第一级接收电路中。

一种高数据率DRAM中共模电压动态检测调整接收器控制方法，基于本发明所述的接收器，偏置电流管分为两部分，分别记为a部分和b部分，其中，a部分连接接收器偏置电路；其包括如下步骤，

步骤1，通过共模电压检测电路采样第一级接收电路输出的共模电平，然后滤除交流分量，保留直流分量；

步骤2，将采样得到的直流分量与预设的参考电压信号VCOM通过共模电压运算放大器进行比较，控制偏置电流管的b部分；

当采样的直流分量值高于参考电压信号VCOM时，共模电压运算放大器的输出变高，从而引起b部分中尾电流管的电流增加，当尾电流增加时第一级接收电路输出共模电压降低；

当采样的直流分量值低于参考电压信号VCOM时，共模电压运算放大器的输出变低，从而引起b部分中尾电流管的减小，当尾电流减小时第一级接收电路输出共模电压增加；从而实现了负反馈，稳定了接收器中第一级接收电路的共模电平。

优选的，接收器第一级接收电路输出的共模电平表示如下：

$V_{CM}=VDD-\frac{1}{2}*I_{nmos}*R;$

其中，V_cm为接收器第一级接收电路输出的共模电平，VDD为接收器的电源电压，I_nmos为接收器第一级的偏置电流管的电流，R为接收器第一级接收电路的负载电阻。

优选的，b部分中尾电流管的电流表示如下：

$I_{nmos}=\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_n{C}_{ox}\frac{W}{L}{(V_{gs}-V_{th})}^2;$

其中，μ_n为载流子的迁移率，C_ox为偏置电流管的栅氧厚度，W为偏置电流管的宽度，L为偏置电流管的沟道长度，V_gs为偏置电流管的栅极源极的电压差，V_th为偏置电流管的阈值电压。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过设置的共模电压检测电路采集第一级输出共模电压的变化，并且与固定电压进行比较，实现对尺寸小的偏置电流管b部分的动态控制，能够根据反馈进行精确控制，消除了由于DRAM控制器输出阻抗(ODT)，传输信道之间的布线和阻抗失配，以及芯片制作工艺，电源电压和工作环境温度等差异引起的输入信号共模电压偏离引入的输入信号完整性问题，使得输入信号经过接收器后恢复成较为理想的数据时钟信号。实现了DRAM输入信号的信号完整性动态校准，实时检测调整，能够及时追踪输入信号共模电压的变化。

进一步的，通过尺寸小的b部分进行多个晶体管的并联扩展实现了可编程的动态调节范围，在不影响接收器的稳定性前提下，对动态检测环路的控制电路进行了可编程设计，从而能够满足不同设计规格对动态检测范围的要求。

附图说明

图1为现有接收器的结构示意框图。

图2为本发明实例中所述的共模电压动态检测接收器的结构示意框图。

图3为本发明实例中所述的接收器第一级偏置管可配置结构示意框图。

图中：10为第一级接收电路，20为接收器偏置电路，30为偏置电流管，40为共模电压比较运算放大器，50为共模电压检测电路，60为第二级接收电路。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明就是在现有技术的基础上针对输入信号共模电压的偏离问题，采用了动态共模电压检测调整的负反馈电路对由于输入信号的信号完整性问题进行修正，达到信号完整性修复的目的，从而保证了DRAM芯片的高数据率工作模式。将接收器偏置分为两个部分一方面是为了维持接收器工作的稳定性和高速率，另一方面是为了能够方便的控制动态检测电路的调节范围，从而满足不同设计规格的需求。

本发明如图2所示，其至少包括第一级接收电路10，接收器偏置电路20，共模电压检测电路50，共模电压比较运算放大器40和第二级接收电路60；

其中，接收器(Receiver)由两级电路构成，接收器第一级接收电路10采用全差分的低增益结构；接收器第二级接收电路60采用高增益的双端转单端电路结构。接收器的偏置电路20对接收器的两级进行偏置产生合适的静态工作点。

接收器第一级接收电路10输出端OUTP和OUTN分别连接共模电压检测电路50的P端和N端，共模电压检测电路50的输出Z端连接运算放大器40的正相输入端(+)，参考电压信号VCOM连接运算放大器40的反相输入端(-)。运算放大器40的输出端连接接收器第一级接收电路偏置管30的b部分。接收器偏置电路20输出连接接收器第一级接收电路10偏置管的a部分。a部分的尺寸或其中晶体管的数量均比b部分的大或多。

共模电压检测电路50连接于接收器第一级接收电路10输出端OUTP和OUTN，并通过运算放大器40输出端和接收器第一级接收电路10的偏置电流管30的b部分构成负反馈控制回路。其中，b部分中的晶体管能够进行扩展，扩展时如图3所示。

具体的，如图2所示，将共模电压调节电路分为主体调节和动态调节，主体调节电路维持现有结构不变，而将接收器的第一级偏置电流管30拆分成a和b两部分，静态调节电路控制a部分，动态调节控制b部分，通过设计方法学递归设计优化a和b，使两个反馈环路同时保持稳定(a>b)，a部分主要由接收器的系统带宽指标决定，即要满足系统的速度要求，b部分主要由系统对输入信号完整性要求决定，即输入信号占空比的要求，因此对b部分进行可编程化设计由控制位进行动态检测范围的调节。

控制步骤：动态调节b部分是为了调节由于输入共模变化引入的接收器第一级输出共模电压的变化，1：采样接收器第一级输出共模电平(滤除交流分量，保留直流分量)；2：将采样出来的直流分量与预设的固定电压VCOM进行比较并控制接收器第一级偏置电流管b，当采样值高于VCOM时，运算放大器OPAMP的输出变高，从而引起尾电流源电流的增加，当尾电流增加时接收器第一级输出共模电压将降低；当采样值低于VCOM时，运算放大器OPAMP的输出变低，从而引起尾电流源电流的减小，当尾电流减小时接收器第一级输出共模电压将增加；从而实现了负反馈，稳定了接收器第一级共模电平。

接收器第一级输出共模电平:

$V_{CM}=VDD-\frac{1}{2}*I_{nmos}*R;$

其中，Vcm为接收器第一级接收电路10输出的共模电平，VDD为接收器的电源电压，I_nmos为接收器第一级的偏置电流管30的电流，R为接收器第一级接收电路的负载电阻。

尾电流管的电流公式：

$I_{nmos}=\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_n{C}_{ox}\frac{W}{L}{(V_{gs}-V_{th})}^2;$

其中，μ_n为载流子的迁移率，C_ox为偏置电流管的栅氧厚度，W为偏置电流管的宽度，L为偏置电流管的沟道长度，Vgs为偏置电流管的栅极源极的电压差，Vth为偏置电流管的阈值电压。

Claims (7)

1.一种高数据率DRAM中共模电压动态检测调整接收器，其特征在于，包括共模电压比较运算放大器(40)和共模电压检测电路(50)，以及依次连接的接收器偏置电路(20)，第一级接收电路(10)和第二级接收电路(60)；

第一级接收电路(10)中的偏置电流管(30)分为a、b两部分，尺寸小的b部分经栅端连接共模电压比较运算放大器(40)的输出端，尺寸大的a部分经栅端连接接收器偏置电路(20)的输出端；

第一级接收电路(10)的两个输出端分别连接共模电压检测电路(50)的两个输入端，共模电压检测电路(50)的输出端连接共模电压比较运算放大器(40)的正相输入端，共模电压比较运算放大器(40)的负相输入端连接参考电压信号VCOM。

2.根据权利要求1所述的一种高数据率DRAM中共模电压动态检测调整接收器，其特征在于，共模电压检测电路(50)的输入端分别经电阻和电容滤波网络来提取接收器第一级输出的共模电压信号。

3.根据权利要求1所述的一种高数据率DRAM中共模电压动态检测调整接收器，其特征在于，偏置电流管(30)中的a、b两部分分别由若干个晶体管并联形成，尺寸小的b部分中的晶体管数量小于尺寸大的a部分的晶体管数量。

4.根据权利要求1所述的一种高数据率DRAM中共模电压动态检测调整接收器，其特征在于，偏置电流管(30)的源端接地，漏端接入到第一级接收电路(10)中。

5.一种高数据率DRAM中共模电压动态检测调整接收器控制方法，基于权利要求1所述的接收器，其特征在于，偏置电流管(30)分为两部分，分别记为a部分和b部分，其中，a部分连接接收器偏置电路(20)；其包括如下步骤，

步骤1，通过共模电压检测电路(50)采样第一级接收电路(10)输出的共模电平，然后滤除交流分量，保留直流分量；

步骤2，将采样得到的直流分量与预设的参考电压信号VCOM通过共模电压运算放大器(40)进行比较，控制偏置电流管(30)的b部分；

当采样的直流分量值高于参考电压信号VCOM时，共模电压运算放大器(40)的输出变高，从而引起b部分中尾电流管的电流增加，当尾电流增加时第一级接收电路(10)输出共模电压降低；

当采样的直流分量值低于参考电压信号VCOM时，共模电压运算放大器(40)的输出变低，从而引起b部分中尾电流管的减小，当尾电流减小时第一级接收电路(10)输出共模电压增加；从而实现了负反馈，稳定了接收器中第一级接收电路(10)的共模电平。

6.根据权利要求5所述的一种高数据率DRAM中共模电压动态检测调整接收器控制方法，其特征在于，接收器第一级接收电路(10)输出的共模电平表示如下：

$V_{CM}=VDD-\frac{1}{2}*I_{nmos}*R;$

其中，V_cm为接收器第一级接收电路(10)输出的共模电平，VDD为接收器的电源电压，I_nmos为接收器第一级的偏置电流管(30)的电流，R为接收器第一级接收电路的负载电阻。

7.根据权利要求5所述的一种高数据率DRAM中共模电压动态检测调整接收器控制方法，其特征在于，b部分中尾电流管的电流表示如下：

$I_{nmos}=\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_n{C}_{ox}\frac{W}{L}{(V_{gs}-V_{th})}^2;$

其中，μ_n为载流子的迁移率，C_ox为偏置电流管的栅氧厚度，W为偏置电流管的宽度，L为偏置电流管的沟道长度，V_gs为偏置电流管的栅极源极的电压差，V_th为偏置电流管的阈值电压。