CN112908369A - 一种高效低功耗的大容量并行输入输出的eeprom灵敏读放电路 - Google Patents

一种高效低功耗的大容量并行输入输出的eeprom灵敏读放电路 Download PDF

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Abstract

一种高效低功耗的大容量并行输入输出的EEPROM灵敏读放电路,包括读时钟控制的逻辑电路、差分输入双端输出电路和锁存控制电路。本发明专利中的电路设计不需要用到带隙基准、电流源、电压比较器、电流比较器等功能模块,采用的电压比较器是读时钟控制的逻辑电路,由差分输入双端输出电路及锁存控制电路构成,对于大容量的并行输出EEPROM可以明显的降低读放模块功耗,提升读放速度,并且避免穿通电流的形成,极大提高了产品市场竞争力。本发明还包括:I_trim控制信号和Pr_c控制信号,工艺发生偏差时,造成电路中的各项参数偏差,即可通过调节I_trim、Pr_c信号,找到最适合的读放电流参数,达到最优读放性能。

Description

一种高效低功耗的大容量并行输入输出的EEPROM灵敏读放 电路
技术领域
本发明一种高效低功耗的大容量并行输入输出的EEPROM灵敏读放电路,属于带电可擦可编程只读存储器的技术领域。
背景技术
EEPROM(Electrically Erasable Programmable read only memory)是指带电可擦可编程只读存储器。是一种掉电后数据不丢失的存储芯片。EEPROM可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息,重新编程。一般用在即插即用。传统的EEPROM灵敏读放电路大多使用电压比较器或电流比较器来检测存储CELL的电压或电流大小,如附图1、图2、图3、图4,但是上述两种方法会附带有电流源、带隙基准等稳定的电流、电压产生电路及电流偏置的电压比较器,难免给芯片带来更大的功耗及更大的面积,抬高芯片的制造成本,降低产品竞争力。
附图5所示的传统读放电路相比于前两种方法更简单:整个电路是用一个读电流、一个共栅极单级放大电路、一个反相器的翻转阈值作为比较电压。但缺点也是比较明显:由于EEPROM存储CELL到读放电流源的通路上存在寄生电容,所以CELL状态截止即读数据“1”时,读电流源首先要对寄生电容充电,当寄生电容的充电电压达到反相器的翻转阈值(VDD/2可调)时,读放电路才会输出数据“1”,由此可知,所述读放电流对寄生电容的充电时间很明显限制了EEPROM的读数据时间,而且随着EEPROM的容量增大,存储CELL的寄生电容也会相应增大,读数据“1”的速度会更慢,数据读出频率也会显著降低;另一个缺点是随着EEPROM的工作电压升高,读出反相器的翻转阈值(VDD/2)也会增大,这样,读数据“1”的时候,充电到翻转阈值的时间会加大,读时间增大,而且重要的一点,充电电压达到VDD/2翻转阈值时,读出反相器上会形成穿通电流,增大EEPROM的功耗,造成不必要的能源浪费。上述技术问题都是本技术领域所亟待解决的或者尽量避免的,尤其针对大容量并行输入输出EEPROM。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明公开一种高效低功耗的大容量并行输入输出的EEPROM灵敏读放电路。本发明针对大容量并行输入输出EEPROM,从功耗、芯片面积、读数据速度全方面考虑,不使用带隙基准、传统的电流偏置电压比较器等复杂电路的情况下,极大提高大容量EEPROM的产品性能,并能优化产品,降低功耗,相应节省面积,降低成本,显著提高产品在市场上的竞争力。
发明概述:
一种高效低功耗的大容量并行输入输出的EEPROM灵敏读放电路,其特征在于,包括读时钟控制的逻辑电路、差分输入双端输出电路和锁存控制电路。本发明专利中的电路设计不需要用到带隙基准、电流源、电压比较器、电流比较器等功能模块,在传统的的读放电路(如图1所示)基础上,采用的电压比较器是读时钟控制的逻辑电路(无尾电流源偏置),由差分输入双端输出电路(Q10、Q11、Q12、Q13、Q14)及锁存控制电路(Q15~Q22)构成,对于大容量的并行输出EEPROM可以明显的降低读放模块功耗,提升读放速度,并且避免穿通电流的形成,极大提高了产品市场竞争力。
根据本发明优选的,所述EEPROM灵敏读放电路的EEPROM CELL输入电路,包括:I_trim控制信号和Pr_c控制信号,用于调节读放电流大小及预充电时间。在芯片制造过程中,工艺发生偏差时,造成电路中的各项参数(电压、电流、寄生电容、电阻)偏差,即可通过调节I_trim、Pr_c信号,找到最适合的读放电流参数,以最小的功耗,达到最优读放性能。
本发明详细的技术方案如下:
一种高效低功耗的大容量并行输入输出的EEPROM灵敏读放电路,其特征在于,包括确定EEPROMcell的“0”“1”状态的非电流源偏置的比较器电路。本发明采用非电流源偏置的电压比较器,这样对于追求读取速度的大容量EEPROM电路可以更好的降低功耗。
根据本发明优选的,所述非电流源偏置的比较器电路为电压比较器电路。
根据本发明优选的,非电流源偏置的比较器电路为读时钟控制的逻辑电路,包括:差分输入双端输出电路及锁存控制电路;
所述差分输入双端输出电路包括Q10~Q14;所述锁存控制电路包括Q15~Q22;本发明电路使用的元器件是主流CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺的MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管),即NMOSFET(N沟道MOS管)和PMOSFET(P沟道MOS管);
其中,输入电压包括基准电压Vref和EEPROMcell的位线电压Vrdbl,基准电压Vref由多电阻分压提供,不需要精确的带隙基准电路,电源电压波动时,基准电压Vref和EEPROMcell的位线电压Vrdbl进行对称性的耦合相应波动;
输入信号包括读时钟rdclk,其中,读时钟rdclk为低时,rdclkb为高:Q10截止,差分输入双端输出电路无电流;Q13、Q14导通;Q16、Q20截止,电路中无电流,锁存器为清除0状态,EEOUT输出为高,此时系统不采集读数据;
读时钟rdclk为高时,rdclkb为低:Q10导通;Q13、Q14截止;若EEPROMcell截止,则位线电压Vrdbl为高电平,Q12导通,Q16导通,Q15、Q16形成通路,产生inv1的高输入电压,使Q21导通,形成锁存回路;EEOUT输出为低电平,即EEPROMcell为擦除或写0状态;
若EEPROMcell为导通或写“1”状态,则位线电压Vrdbl为低电平,则Q11、Q20快速导通,使Q19、Q20形成通路,使Q17导通形成锁存通路,产生inv1的低输入电压,EEOUT输出为高电平,即EEPROMcell为写“1”状态。本发明所述读放电路的整个读数据的比较过程,没有电流源参与,对于大容量EEPROM的多路并行输入输出结构可以节省很可观的功耗。
根据本发明优选的,所述EEPROMcell的读电流由I_trim控制信号控制,根据实际测试来选择需要的读电流大小,由于工艺上的偏差,最初设定的读电流可能会使芯片良率降低,最终芯片会通过I_trim调节来选择合适的读电流以提高芯片良率;所述EEPROMcell中,通过Pr_c控制信号对其位线在读数据之前进行预充电,Pr_c控制信号是针对大容量EEPROMcell的预充电设计的,CELL的容量大,位线bitline上的寄生电容也非常大,在读数据时,若充电时间短,会造成读错,增大读时间,同时会占用系统处理数据速度,所以在读之前可以利用Pr_c信号给bitline预充电,使EEPROM读取数据速度更快,读取数据良率更高。
根据本发明优选的,Is_rd是为整个读放电路提供的读放电流源,Q1发出读控制信号,Q2~6是调节读放电流的镜像管,通过调节I_trim控制信号,得到位线电压Vrdbl上合适的电流值;Pr_c控制信号是预充电信号,Q8、Q9组成预充电通路,在读信号之前,为所述EEPROMcell预充电。本发明电路使用的元器件是主流CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺的MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管),即NMOSFET(N沟道MOS管)和PMOSFET(P沟道MOS管),cg信号连接的栅极器件是FLOTOX器件;此设计使读放更快速的进入工作状态,节省读数据时间,提高读数据良率。
本发明的技术优势在于:
本发明设计了一个高效低功耗的大容量并行输入输出的EEPROM灵敏读放电路,其在简化电路的同时,也极好的优化了芯片读放模块功耗、模块面积、读放速度的问题。
本发明中的电路设计不需要用到带隙基准、传统的电压比较器、电流比较器等功能模块,在传统的读放电路(如图1、2所示)基础上,采用的电压比较器是读时钟控制的逻辑电路(无尾电流源偏置),由差分输入双端输出电路及锁存控制电路构成,对于大容量的并行输出EEPROM可以明显的降低读放模块功耗,提升读放速度,并且避免穿通电流的形成,极大提高了产品市场竞争力。
附图说明
图1:是现有技术中利用电压比较器的读放电路原理图;
图2:是现有技术中读放电压比较器的电路原理图;
图3:是现有技术中电流比较器的读放拓扑结构示意图;
图4:是现有技术中差分电流比较器结构示意图;
图5:是现有技术中传统读放电路原理图;
图6:本发明所述存储单元位线电压采集电路的原理图;
图7:本发明所述存储数据读放电路的原理图。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细说明。
实施例1、
如图7所示,一种高效低功耗的大容量并行输入输出的EEPROM灵敏读放电路,包括确定EEPROMcell的“0”“1”状态的非电流源偏置的比较器电路。
所述非电流源偏置的比较器电路为电压比较器电路。
非电流源偏置的比较器电路为读时钟控制的逻辑电路,包括:差分输入双端输出电路及锁存控制电路;
所述差分输入双端输出电路包括Q10~Q14;所述锁存控制电路包括Q15~Q22;器件Q10的栅极连接读时钟信号rdclk,没有电流偏置,源极接地,漏极连接双输入管Q11、Q12的源极,Q11的栅极连接基准电压Vref,漏极作为一端输出连接Q13的漏极和Q20的栅极,Q12的栅极连接位线Vrdbl,漏极作为另一端输出连接Q14的漏极和Q16的栅极,Q13、Q14的栅极连接读时钟信号rdclk,源极连接电源VDD;Q15和Q19的源极连接电源VDD,Q15的漏极连接Q16的漏极,Q16的源极作为锁存器的输出端连接Q17和Q18的漏极、Q19和Q21的栅极、反相器inv1的输入端,Q15、Q17的栅极连接Q22的漏极、Q21的漏极、Q20的源极,Q20的漏极连接Q19的漏极,Q17、Q18、Q21、Q22的源极接地,Q18、Q22的栅极连接读时钟信号rdclkb,反相器inv1的输出就是本电路模块的输出数据;对于大容量并行输入输出的EEPROM,有多少个数据输出端就必须要有多少个读放电路,所以每一个读放电路的功耗越小,整个的EEPROM的功耗才会降低;
本发明电路使用的元器件是主流CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺的MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管),即NMOSFET(N沟道MOS管)和PMOSFET(P沟道MOS管);
其中,输入电压包括基准电压Vref和EEPROMcell的位线电压Vrdbl,基准电压Vref由多电阻分压提供,不需要精确的带隙基准电路,电源电压波动时,基准电压Vref和EEPROMcell的位线电压Vrdbl进行对称性的耦合相应波动;
输入信号包括读时钟rdclk,其中,读时钟rdclk为低时,rdclkb为高:Q10截止,差分输入双端输出电路无电流;Q13、Q14导通;Q16、Q20截止,电路中无电流,锁存器为清除0状态,EEOUT输出为高,此时系统不采集读数据;
读时钟rdclk为高时,rdclkb为低:Q10导通;Q13、Q14截止;若EEPROMcell截止,则位线电压Vrdbl为高电平,Q12导通,Q16导通,Q15、Q16形成通路,产生inv1的高输入电压,使Q21导通,形成锁存回路;EEOUT输出为低电平,即EEPROMcell为擦除或写0状态;
若EEPROMcell为导通或写“1”状态,则位线电压Vrdbl为低电平,则Q11、Q20快速导通,使Q19、Q20形成通路,使Q17导通形成锁存通路,产生inv1的低输入电压,EEOUT输出为高电平,即EEPROMcell为写“1”状态。
实施例2、
如图6、7所示,如实施例1所述的一种高效低功耗的大容量并行输入输出的EEPROM灵敏读放电路,所述EEPROMcell的读电流由I_trim控制信号控制,根据实际测试来选择需要的读电流大小,所述EEPROMcell中,通过Pr_c控制信号对其位线在读数据之前进行预充电,Pr_c控制信号是针对大容量EEPROMcell的预充电设计的,CELL的容量大,位线bitline上的寄生电容也非常大,在读数据时,若充电时间短,会造成读错,增大读时间,同时会占用系统处理数据速度,所以在读之前可以利用Pr_c信号给bitline预充电,使EEPROM读取数据速度更快,读取数据良率更高。
Is_rd是为整个读放电路提供的读放电流源,Q1是读使能控制的开关器件,栅极接读信号Rd_en,漏极接读放电流源Is_rd,源极接Q2的漏极、栅极和Q3的栅极,Q2、Q3的源极接地;Q3的漏极接Q4的漏极、栅极和Q5的栅极及Q6的栅极,Q4、Q5、Q6、Q8的源极接电源VDD,Q6的漏极接Q7的源极,Q7的栅极接I_trim控制信号,Q8的栅极接预充电信号Pr_c,漏极接Q9的源极,Q5、Q7的漏极连接EEPROMcell的位线Vrdbl和Q9的栅极、漏极;
本发明电路使用的元器件是主流CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺的MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管),即NMOSFET(N沟道MOS管)和PMOSFET(P沟道MOS管);
Q1发出读控制信号,Q2~6是调节读放电流的镜像管,通过调节I_trim控制信号,得到位线电压Vrdbl上合适的电流值;Pr_c控制信号是预充电信号,Q8、Q9组成预充电通路,在读信号之前,为所述EEPROMcell预充电。此设计使读放更快速的进入工作状态,节省读数据时间,提高读数据良率。
当本实施例所述读放电路开始读数据时,信号Rd_en为高电平,Q1导通,使位线电压Vrdbl上有电流通路,此时,整个读放电路功能开启;读时钟rdclk为低时,rdclkb为高,差分输入双端输出电路无电流(Q10截止),Q13、Q14导通,Q16、Q20截止,电路中无电流,锁存器为清除0状态,EEOUT输出为高;rdclk为高时,rdclkb为低,Q10导通,Q13、Q14截止,系统开始采集数据。
1)若读地址所指向的EEPROM存储CELL属于导通状态,则位线电压Vrdbl为低电平,则Q11、Q20快速导通,使Q19、Q20形成通路使Q17导通形成锁存通路,产生inv1的低输入电压,EEOUT输出为高电平(EEPROM CELL为写“1”状态);
2)若存储CELL属于截止状态,则位线电压Vrdbl为高,Q12导通,Q16导通,Q15、Q16形成通路,产生inv1的高输入电压,使Q21导通,形成锁存回路,EEOUT输出为低电平(EEPROMCELL为擦除或写0状态)。
虽然本发明利用具体的实施例进行说明,但是对实施例的说明并不限制本发明的范围。本领域内的熟练技术人员通过参考本发明的说明,在不背离本发明的精神和范围的情况下,容易进行各种修改或者可以对实施例进行组合。

Claims (5)

1.一种高效低功耗的大容量并行输入输出的EEPROM灵敏读放电路,其特征在于,包括确定EEPROMcell的“0”“1”状态的非电流源偏置的比较器电路。
2.根据权利要求1所述的一种高效低功耗的大容量并行输入输出的EEPROM灵敏读放电路,其特征在于,所述非电流源偏置的比较器电路为电压比较器电路。
3.根据权利要求1所述的一种高效低功耗的大容量并行输入输出的EEPROM灵敏读放电路,其特征在于,所述非电流源偏置的比较器电路为读时钟控制的逻辑电路,包括:差分输入双端输出电路及锁存控制电路;
所述差分输入双端输出电路包括Q10~Q14;所述锁存控制电路包括Q15~Q22;
其中,输入电压包括基准电压Vref和EEPROMcell的位线电压Vrdbl,电源电压波动时,基准电压Vref和EEPROMcell的位线电压Vrdbl进行对称性的耦合相应波动;
输入信号包括读时钟rdclk,其中,读时钟rdclk为低时,rdclkb为高:Q10截止,差分输入双端输出电路无电流;Q13、Q14导通;Q16、Q20截止,电路中无电流,锁存器为清除0状态,EEOUT输出为高,此时系统不采集读数据;
读时钟rdclk为高时,rdclkb为低:Q10导通;Q13、Q14截止;若EEPROMcell截止,则位线电压Vrdbl为高电平,Q12导通,Q16导通,Q15、Q16形成通路,产生inv1的高输入电压,使Q21导通,形成锁存回路;EEOUT输出为低电平,即EEPROMcell为擦除或写0状态;
若EEPROMcell为导通或写“1”状态,则位线电压Vrdbl为低电平,则Q11、Q20快速导通,使Q19、Q20形成通路,使Q17导通形成锁存通路,产生inv1的低输入电压,EEOUT输出为高电平,即EEPROMcell为写“1”状态。
4.根据权利要求3所述的一种高效低功耗的大容量并行输入输出的EEPROM灵敏读放电路,其特征在于,所述EEPROMcell的读电流由I_trim控制信号控制,根据实际测试来选择需要的读电流大小;所述EEPROMcell中,通过Pr_c控制信号对其位线在读数据之前进行预充电。
5.根据权利要求4所述的一种高效低功耗的大容量并行输入输出的EEPROM灵敏读放电路,其特征在于,Is_rd是为整个读放电路提供的读放电流源,Q1发出读控制信号,Q2~6是调节读放电流的镜像管,通过调节I_trim控制信号,得到位线电压Vrdbl上合适的电流值;Pr_c控制信号是预充电信号,Q8、Q9组成预充电通路,在读信号之前,为所述EEPROMcell预充电。
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