CN110097904A - 使用打磨参考单元的mram电路及其读写方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用打磨参考单元的MRAM电路，包括：一MRAM阵列，所述MRAM阵列具有参考单元阵列，所述参考单元阵列具有多列的参考单元；其特征在于，还包括写所述参考单元的写电路、以及控制所述写电路的随机控制电路。一种使用打磨参考单元的MRAM电路的读写方法，其中，还包括一参考单元寄存器，所述MRAM阵列中每一行具有N个字，每一行对应一组所述参考单元阵列中的所述参考单元；所述参考单元寄存器记录所述参考单元的配置信息；进行所述MRAM阵列中的存储单元写操作，同时所述随机控制电路以1/N的概率触发所述参考单元参考单元进行写操作。存储单元写操作，参考单元随机写操作。参考单元电阻随存储单元漂移。

Description

使用打磨参考单元的MRAM电路及其读写方法
技术领域
本发明涉及一种MRAM电路，尤其涉及一种使用打磨参考单元的MRAM电路及其读写方法。
背景技术
MRAM是一种新的内存和存储技术，可以像SRAM/DRAM一样快速随机读写，还可以像Flash闪存一样在断电后永久保留数据。
它的经济性想当地好，单位容量占用的硅片面积比SRAM有很大的优势，比在此类芯片中经常使用的NOR Flash也有优势，比嵌入式NOR Flash的优势更大。它的性能也相当好，读写时延接近最好的SRAM，功耗则在各种内存和存储技术最好。而且MRAM不像DRAM以及Flash那样与标准CMOS半导体工艺不兼容。MRAM可以和逻辑电路集成到一个芯片中。
MRAM的原理，是基于一个叫做MTJ(磁性隧道结)的结构。它是由两层铁磁性材料夹着一层非常薄的非铁磁绝缘材料组成的。下面的一层铁磁材料是具有固定磁化方向的参考层，上面的铁磁材料是可变磁化方向的记忆层，它的磁化方向可以和固定磁化层相平行或反平行。由于量子物理的效应，电流可以穿过中间的隧道势垒层，但是MTJ的电阻和可变磁化层的磁化方向有关。前一种情况电阻低，后一种情况电阻高。读取MRAM的过程就是对MTJ的电阻进行测量。使用比较新的STT-MRAM技术，写MRAM也比较简单：使用比读更强的电流穿过MTJ进行写操作。一个自下而上的电流把可变磁化层置成与固定层平行的方向，自上而下的电路把它置成反平行的方向。
每个MRAM的记忆单元由一个MTJ和一个MOS管组成。MOS管的gate连接到芯片的Word Line负责接通或切断这个单元，MTJ和MOS管串接在芯片的Bit Line上。读写操作在Bit Line上进行
图1是现有技术中MRAM存储单元阵列的电路图，一个MRAM芯片由一个或多个MRAM存储单元的阵列组成，每个阵列有若干外部电路，如：行地址解码器：把收到的地址变成Word Line的选择；列地址解码器：把收到的地址变成Bit Line的选择；读写控制器：控制Bit Line上的读(测量)写(加电流)操作；输入输出控制：和外部交换数据。
MRAM的读出电路需要检测MRAM记忆单元的电阻。由于MTJ的电阻会随着温度等而漂移，一般的方法是使用芯片上的一些已经被写成高阻态或低阻态记忆单元作为参考单元。再使用读出放大器(Sense Amplifier)来比较记忆单元和参考单元的电阻。
而参考单元也是由普通的记忆单元制成的，像普通的记忆单元一样，它也会有一个分布，这个分布会加大发生读出错误的几率。为了改善这个问题，参考单元一般由大量的记忆单元并联而成。
这种方法在产品的实际使用中遇到了问题：参考单元在出厂后进行一次性的写入配置，之后不再进行写操作，但存储单元在使用过程中除了读，还会不断地被写入，因此，存储单元随着长期的写入操作，其电阻会逐渐缓慢地减小，而参考单元的电阻保持不变。导致长期的使用后，参考电阻发生相对的漂移，少数存储单元会发生读错误。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种使用打磨参考单元的MRAM电路，包括：一MRAM阵列，所述MRAM阵列具有参考单元阵列，所述参考单元阵列具有多列的参考单元；其特征在于，还包括写所述参考单元的写电路、以及控制所述写电路的随机控制电路。
本发明还提供了一种使用打磨参考单元的MRAM电路的读写方法，其中，还包括一参考单元寄存器，所述MRAM阵列中每一行具有N个字，每一行对应一组所述参考单元阵列中的所述参考单元；所述参考单元寄存器记录所述参考单元的配置信息；进行所述MRAM阵列中的存储单元写操作，同时所述随机控制电路以1/N的概率触发所述参考单元参考单元进行写操作。
优选的，参考单元写操作包括：所述参考单元寄存器将所述配置信息写入对应所述存储单元的所述参考单元。
优选的，所述配置信息包括：每一所述参考单元的高低组态信息。
本发明较之于现有技术，有效解决了现有技术中参考单元与存储单元写操作不同导致的存储单元电阻减小，导致存储单元会发生读错误的问题，本发明在进行存储单元的写操作时，随机地进行参考单元的写操作。随机发生器控制参考单元的写入次数等于存储单元的平均写入次数，使得参考单元的电阻随着存储单元一起漂移。大大减小了参考单元的相对漂移，本发明不需要显著增加芯片面积，成本低、易于实施。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是现有技术中MRAM存储单元阵列的电路图；
图2是本发明的电路图。
具体实施方式
如图所示，图2是本发明的电路图，一种使用打磨参考单元的MRAM电路，包括：一MRAM阵列，MRAM阵列具有参考单元阵列11，参考单元阵列11具有多列的参考单元；其中，还包括写参考单元的写电路、以及控制写电路的随机控制电路3。
进一步的，写电路包括：列地址编码器2，列地址编码器2具有一参考单元部分21，参考单元部分21连接参考单元阵列11。
具体的，MRAM阵列中每一行有N个字，共用一组参考单元。每个字的所有比特都同时进行读写。
本发明还提供了一种使用打磨参考单元的MRAM电路的读写方法，其中，还包括参考单元寄存器4，参考单元寄存器4记录参考单元的配置(哪些单元配置成高阻态，哪些低阻)；参考单元寄存器4与随机控制电路3连接，MRAM阵列中每一行具有N个字，每一行对应一组参考单元阵列11中的参考单元；参考单元寄存器4记录每一参考单元的配置信息；进行中的存储单元写操作，同时随机控制电路3以1/N的概率触发参考单元参考单元进行写操作，也就是说，在写存储单元的同时，把参考单元寄存器4中的值写入同一行的参考单元。从而，每一行中参考单元被写的次数等于存储单元平均被写的次数。基本消除了参考单元的相对漂移。
进一步的，参考单元写操作包括：参考单元寄存器4将配置信息写入对应存储单元的参考单元。
进一步的，配置信息包括：每一参考单元的高低组态信息。
具体的，本发明具体实施过程中，随机控制电路3可以按以下的办法实施：
1、选择n＝8。
2、添加一个8位以上的赝随机数(PN码)发生器，这类PN码在通讯芯片中应用很多。
3、每一次写操作PN码发生器产生一个新的随机数。
4、如果该随机数的后三位全部是0，输出信号触发参考单元写操作。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种使用打磨参考单元的MRAM电路，包括：一MRAM阵列，所述MRAM阵列具有参考单元阵列，所述参考单元阵列具有多列的参考单元；其特征在于，还包括写所述参考单元的写电路、以及控制所述写电路的随机控制电路。
2.一种根据权利要求1所述的使用打磨参考单元的MRAM电路的读写方法，其特征在于，还包括一参考单元寄存器，所述MRAM阵列中每一行具有N个字，每一行对应一组所述参考单元阵列中的所述参考单元；所述参考单元寄存器记录所述参考单元的配置信息；进行所述MRAM阵列中的存储单元写操作，同时所述随机控制电路以1/N的概率触发所述参考单元参考单元进行写操作。
3.根据权利要求3所述的使用打磨参考单元的MRAM电路的读写方法，其特征在于，参考单元写操作包括：所述参考单元寄存器将所述配置信息写入对应所述存储单元的所述参考单元。
4.根据权利要求3所述的使用打磨参考单元的MRAM电路的读写方法，其特征在于，所述配置信息包括：每一所述参考单元的高低组态信息。
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