JP4047315B2 - 記憶素子の値を求めるためのシステム及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、記憶装置のアクセスに関し、特に、記憶装置の読み出し動作に関する。
今日の社会では、コンピュータがいたるところに存在する。例えば、食料雑貨品店、自動車、航空機、時計、または、他の電子装置において、コンピュータを見出すことが可能である。コンピュータには、多くの場合、数学計算、プログラムの実行、及び、情報の検索及び記憶といった各種機能を実行するプロセッサが含まれる。情報を検索し、記憶するプロセッサは、ディスク・ドライブ(例えば、ハード・ディスク)またはメモリのような記憶装置を利用することが可能である。一般に、メモリ素子は、2進数(すなわち、1及び0)の形で情報を記憶する。この2進情報は、さまざまな電圧状態を2進値に割り当てることによって記憶することが可能になる。例えば、2進数0に0ボルトを割り当て、2進数1に5ボルトを割り当てることが可能である。伝統的に、メモリ素子は、2進値を記憶することが可能な論理ゲートを形成するように構成されたトランジスタを利用して実施されてきた。しかし、最近の傾向として、半導体処理技法を用いて構成された磁気素子アレイを利用して実施されるメモリ素子が用いられるようになってきた。
磁気記憶素子アレイの実施態様の1つは、磁気配向の調整が可能な2つの磁気材料層を利用することによって形成された、個別の磁気記憶素子を含むことが可能である。磁気材料は、その間に絶縁層を挟んで形成することが可能である。磁気材料は、調整可能な設計が施されるので、各材料に対する磁界を、材料に近接して電流を加えることによって調整することができる。2つの磁気層の配向は、同じ方向(「平行」と称する)にすることもできるし、互いに逆(「逆平行」と称する)にすることも可能である。
各磁気記憶素子が、電気抵抗を有することも可能である。磁気記憶素子の電気抵抗は、磁界の配向が平行か、または、逆平行によって変化する可能性がある。例えば、平行配向の場合には、1MΩの抵抗を生じ、一方、逆平行配向の場合には、1.1MΩの抵抗を生じる場合がある。磁気記憶素子の抵抗は変化することができるので、2進値(例えば、1及び0)を、電気抵抗と関連づけることが可能である。記憶素子の抵抗値を推定し、従って、記憶素子のディジタル値を決定する回路要素を利用することができる。1つ以上の理由から、記憶素子アレイ内における個々の記憶素子の抵抗値の推定は不正確になる可能性があり、このため、ディジタル値の決定が不正確になる可能性がある。
本発明の1つの目的は、記憶装置に記憶された値をより正確に決定する手段を提供することにある。
典型的な実施態様の1つにおいて、記憶素子の値を求めるための方法が開示される。いくつかの実施態様では、この方法に、所望の記憶素子を含む対象とする列を選択するステップと、所望の記憶素子をディスエーブル(使用不可状態)にするステップと、対象とする列に供給される第1の電流を測定するステップと、測定回路要素を調整して、所望されていない記憶素子によって導入されるスキューを補償するステップと、所望の記憶素子をイネーブル(使用可能状態)にするステップと、対象とする列に供給される第2の電流を測定するステップを含むことが可能である。
本発明の好適な実施態様について詳細に説明するために添付の図面を参照する。尚、以下において、所望の記憶素子とは、例えば、それに記憶されている値を読み出す対象となっている記憶素子であり、所望されていない記憶素子とは、例えば、読み出しの対象となっていない記憶素子のことである。
以下の説明及び請求の範囲を通じて、特定のシステム・コンポーネントに言及するため、所定の用語が使用される。当業者には明らかなように、会社が異なれば、同じコンポーネントが異なる名称で呼ばれる場合がある。本明細書は、名称は異なるが、機能は異ならない、コンポーネントを区別することを意図してはいない。以下の説明及び特許請求の範囲において、「有する」及び「含む」という用語は、制約なしに用いられており、従って、「...を含むが、それに制限されるものではない」という意味に解釈されるべきである。また、「結合する」という用語は、間接的または直接的な電気接続を表わすことを意図したものである。従って、第1のデバイスが第2のデバイスに結合する場合、その接続は、直接的な電気接続か、または、他の装置及び接続を介した間接的な電気接続によるものとすることが可能である。
「磁気抵抗素子」という用語は、その電気抵抗がその素子において誘導される磁界の関数として変化する素子を表わすことを意図したものである。
以下の説明は、本発明のさまざまな実施態様を対象にしたものである。これらの実施態様の1つ以上が望ましいと思われるが、開示の実施態様を、特許請求の範囲を含む開示の範囲を限定するものとみなしたり、そのような開示の範囲を限定するものとして使用するべきではない。さらに、当業者には明らかなように、下記の説明は、適用範囲が広く、どの実施態様に関する説明も、単なる例示のためのものでしかなく、特許請求の範囲を含む開示の範囲が、これらの実施態様に限定されることを意図するものではない。
図1には、典型的なコンピュータ・システム100が例示されている。図1のコンピュータ・システムには、中央処理装置(CPU)バスを介して、ブリッジ論理装置106に電気的に結合することが可能なCPU102が含まれている。ブリッジ論理装置106は、「ノース・ブリッジ」と呼ばれる場合もある。ノース・ブリッジ106は、メモリ・バスによってメインメモリ・アレイ104に電気的に結合し、さらに、高性能なグラフィックス・プロセッサ(「AGP」)・バスを介して、グラフィックス・コントローラ108に電気的に結合する。メインメモリ・アレイ104に、下記において開示される記憶素子値を求めるための方法を利用する、磁気メモリ・アレイを含むことが可能であるという点に留意されたい。ノース・ブリッジ106は、例えば、PCIバスまたはEISAバスのような一次拡張バス(「バスA」)を介して、CPU102、メモリ104、及び、グラフィックス・コントローラ108をシステム内の他の周辺装置に結合することが可能である。オーディオ装置110、IEEE1394インターフェイス装置112、及び、ネットワーク・インターフェイス・カード(「NIC」)114といった、バスAのバス・プロトコルを使用して動作するさまざまなコンポーネントが、このバス上に存在することが可能である。これらのコンポーネントは、図1に示唆されているように、マザーボードに組み込むか、または、バスAに接続された拡張スロット118にプラグイン接続することが可能である。コンピュータ・システムに、他の二次拡張バスが設けられている場合、別のブリッジ論理装置119を利用して、一次拡張バスであるバスAを二次拡張バス(「バスB」)に電気的に結合することが可能である。このブリッジ論理装置119は、「サウス・ブリッジ」と呼ばれる場合もある。
図2Aには、メモリ・アレイ104において実施可能な、磁気メモリ・アレイ210の概略図が示されている。メモリ・アレイ210は、磁気記憶素子(または磁気メモリ素子、または、単に、記憶素子またはメモリ素子ともいう。以下同じ)212を含むことが可能である。記憶素子212は、列C〜CN−1及び行R〜RN−1によるアレイをなすように構成することが可能である。個々の記憶素子は、図示のように行と列を相互接続する抵抗素子として表すことが可能である。例えば、記憶素子「0.0」は、行Rと列Cの交点に位置する記憶素子を表すことになる。磁気記憶素子を、コンデンサ、抵抗器、インダクタ、ダイオードと直列をなすトンネル接合、または、他の集積回路素子の組み合わせといった、さまざまなデバイスを利用して、モデル化することが可能である点に留意されたい。
付随する回路220A〜Dは、記憶素子212への/からのデータの書き込み/読み取りが可能である。ディジタル値を、記憶素子212の抵抗を設定することによってメモリ・アレイ210に書き込むことが可能あり、この場合、さまざまなディジタル値にさまざまな抵抗値を割り当てることが可能である。例えば、記憶素子0.0は、ディジタル値「1」に対する1MΩの抵抗またはディジタル値「0」に対する1.1MΩの抵抗を有することが可能であるが、抵抗は要求に応じて変化させることが可能である。さらに、各記憶素子は、いくつかの異なる抵抗値に設定できる場合があるので、Nの異なる抵抗状態に関して各記憶素子によって表現されるNの異なるデータ値が存在する場合がある。例えば、記憶素子0.0を、1.0MΩ、1.1MΩ、1.2MΩ、及び、1.3MΩといった4つの異なる抵抗値に設定することができるので、記憶素子0.0は、それぞれ、例えば、00、01、10、及び、11といった4つの異なるディジタル値を表わすことができるであろう。
記憶素子に含まれるディジタル値を求めるため、図2Bに示すように、メモリ・アレイ210の行R及び列Cに電圧源を結合することが可能である。図示のようにメモリ・アレイに電圧源を結合すると、所望されていない記憶素子から所望の記憶素子を分離することが可能になり、同時に、所望の記憶素子のディジタル値を求めることも可能になる。例えば、図示のように、電圧源Vを列C〜CN−1に結合し、電圧源Vを行R〜RN−1に結合し、アース(グランド)を行Rに結合することによって、記憶素子0.0を分離して、読み取ることが可能になる。読み取り回路222によって、列Cに電圧源Vと等価な電圧を加えることが可能である。VとVが等しい場合、その両端にVがかかっている可能性のある記憶素子0.0から記憶素子1.0〜N−1.0を分離することが可能である。記憶素子0.0が同じ列内の他の記憶素子から分離されると、列Cに供給される電流は、記憶素子0.0の抵抗を表すことが可能になるので、記憶素子0.0のディジタル値は、列C内の電流を測定することによって求めることが可能である。列Cに電圧源Vを加える以外に、読み取り回路222を使用して、列Cに供給される電流を測定することも可能である。しかし、VとVが互いに等しくない可能性もあり、従って、列Cに供給される電流が、記憶素子1.0〜N−1.0のような所望されていない記憶素子の電流をあらわす可能性もある。
図3には、1つ以上の記憶素子223に結合された読み取り回路222の典型的な実施例が示されている。回路222は、付随する回路220A〜220D(図2A及び図2B)に含めることが可能である。図3を参照すると、記憶素子223は、所望の記憶素子(すなわち、測定される記憶素子)、並びに、他の所望されていない記憶素子(すなわち、所望の記憶素子の測定に影響を及ぼす可能性のある記憶素子)を含むことが可能である。所望の記憶素子を、抵抗RMEMで表すことができ、一方、所望されていない記憶素子を、抵抗RLEAKで表すことができる。利得段224は、その負入力が記憶素子223に結合され、その正入力が所定の電圧Vに結合され、その出力がコントローラ226に結合されることが可能であるが、ここで、コントローラ226は負のフィードバック・ループを形成する。コントローラ226を使用して、フィードバック・ループの電流量を変化させることが可能であり、この場合、利得段224によって、コントローラ226が供給する電流量を決定することが可能である。
図3に示すように、所望されていない記憶素子RLEAKの一方の端子を、電位V’にある可能性のある利得段224の負端子に結合し、もう一方の端子を電圧源Vに結合することが可能である。所望の記憶素子の一方の端子を利得段224の負端子に結合し、もう一方の端子をスイッチ230に結合することが可能である。利得段224は、その正及び負の入力ノードを等電位に、すなわち、VとV’を等しい値に維持しようとすることが可能である。スイッチ230は、所望の記憶素子RMEMをアースに結合することもできるし、あるいは、所望の記憶素子RMEMを電圧源Vまたは高インピーダンス状態(HIGH-Z)といった他の何らかの既知状態に結合することも可能である。電圧源Vとコントローラ226の間に、電流源228を結合することも可能である。
利得段224が、図3に示すように負のフィードバック構成をなすように構成されると、利得段224の負入力にV’で表示された、電圧Vにほぼ等しい電圧を生じさせることが可能である。入力端子に生じる電圧は、利得段224の入力オフセット・エラーを含むさまざまな理由から、等しくない可能性がある。利得段224の負ノードにV’を生じさせる場合、コントローラ226は、電流源228から流れる電流を加減することが可能である。コントローラ226は、金属酸化膜半導体トランジスタ(「MOSFET」)とすることが可能である。負入力端子にV’を生じさせるのに必要な電流量をISENSEと表示することにする。通常の記憶動作の下では、スイッチ230は、所望の記憶素子RMEMをアースに結合することが可能である。V’とVが互いに等しい場合には、所望されていない記憶素子RLEAKに流れる電流は最少量(例えば、1nA)となる可能性があり、従って、所望の記憶素子RMEMから分離することが可能である。こうして、ISENSEは、主としてRMEMに供給され、所望の記憶素子RMEMの抵抗及びディジタル値を表すことが可能になる。
状況によっては、VとV’について一致する電圧を発生するのが困難な場合がある。VとV’が等しくない場合には、ISENSEの一部がRLEAKに供給される場合があり、この結果、所望の記憶素子RMEMのディジタル値に、所望されていない記憶素子RLEAKによるスキューが生じる場合がある。スイッチ230を使用することによって、所望されていない記憶素子RLEAKによって導入されるスキュー量を特性解明し、必要があれば、ISENSEを利用して、RMEMのディジタル値を正確に求めることができるように補償することが可能になる。この補償は、ISENSEの測定前または測定後に実施可能であるという点に留意されたい。例えば、利得段224のオフセット電圧を調整して、ISENSEの測定前にスキューを補償することもできるし、あるいは、ISENSEを測定して、ISENSEに対して補正係数を加えるか、ISENSEから補正係数を引いて、スキュー量を補正することが可能である。IOUTによって示されるように、電流源228とコントローラ226の間の接合部において、ISENSEを測定することが可能である。
さらに、読み取り回路222は、さまざまな導通状態においてスイッチ230と共にISENSEの大きさの差を測定する検出回路(図3には特に示されていない)を含むことが可能である。例えば、スイッチ230が所望の記憶素子RMEMをアースに結合する場合、ISENSEの大きさが、例えば1.5μAであり、1μAがRLEAKに流れ、0.5μAがRMEMに流れる、すなわち、RMEMがイネーブルになる。あるいはまた、スイッチ230が所望の記憶素子RMEMをVに結合する場合、ISENSEの大きさは、たとえば、1.01μAになり、1μAがRLEAKに流れ、0.01μAがRMEMに流れる、すなわち、RMEMがディスエーブルになる。この例では、検出回路は、ISENSEの2つの値間において0.49μAの差を検知することが可能である。従って、この差と所定の差量を比較することができ、RMEMのディジタル値を表わすことができる。例えば、0.45μA〜0.60μAの範囲内の差電流測定によって、ディジタル値「1」を表わすことが可能であり、従って、0.49μAの差はディジタル値「1」を表わすことが可能である。
さらに、読み取り回路は、所望の記憶素子RMEMがスイッチされている間、所望の記憶素子の電流をモニタして、電流の差分(または微分)を求めることができる。こうして、差分(または微分)のピーク値によって、RMEMのディジタル値を表わすことが可能になる。
少なくともいくつかの実施態様では、所望されていない記憶素子RLEAKの電流は、所望の記憶素子RMEMの電流の約5倍以下でなければならない。
図4には、所望の記憶素子RMEMのディジタル値を求めるための可能性のある方法が例示されている。所望の記憶素子RMEMを含む可能性のある対象とする列は、ブロック500に示すように、記憶素子212の適切な列に電圧Vを結合することによって、記憶素子212内から選択することが可能である。この方法は、所望の記憶素子RMEMを含む対象とする列に読み取り回路222を結合するステップを含むことが可能であるが、この場合、読み取り回路222は、対象とする列に電圧Vを供給することが可能である。読み取り回路222は、所望の記憶素子RMEMのディジタル値を求めるため、対象とする列に供給される電流ISENSEの量を測定することが可能であるという点に留意されたい。所望の記憶素子RMEMを含む可能性のある対象とする行を、ブロック502に示すように、所望の記憶素子RMEMを含まない行に電圧Vを結合する(それによって、V’を発生する)ことによって他の行から分離することが可能である。電圧V’は、Vと等しくない場合があるので、所望されていない記憶素子RLEAKが、電流を流す場合があり、読み取り回路222によって測定された電流ISENSEが、所望の記憶素子RMEMのディジタル値を正確に反映しない場合がある。スイッチ230は、ブロック504に示すように、所望の記憶素子RMEMをVまたは高インピーダンス状態に結合することによって、所望の記憶素子RMEMをディスエーブルにすることが可能である。
所望の記憶素子RMEMを電圧Vまたは高インピーダンス状態に結合すると、所望の記憶素子RMEMを分離することが可能になるので、ブロック506に示すように、電流ISENSEを測定することによって、所望されていない記憶素子RLEAKの電流量の特性を解明することが可能になる。ブロック508では、例えば、利得段224の入力オフセット電圧を調整するといった、さまざまな技法を利用することによって、所望されていない記憶素子RLEAKによって導入されるスキュー量を補償することが可能である。図3に示すように、利得段224は、入力オフセットを調整するための外部制御線を含むことが可能である。所望の記憶素子RMEMを、ブロック510に示すように、スイッチ230を用いて、アースに結合することによってイネーブルにすることが可能である。所望の記憶素子RMEMをイネーブルすると、読み取り回路222は、ブロック512に示すように、ISENSEの測定が可能になる。所望されていない記憶素子RLEAKによって消費される電流を補償した後に、電流ISENSEを測定すると、所望の記憶素子RMEMのディジタル値を正確に求めることが可能になる。
上記説明及び図では、V’がVより低電位である可能性があり、従って、所望されていない記憶素子RLEAKの電流が、利得段224の負端子から電圧源Vに流れる可能性のある状況を対象としていることに留意されたい。しかし、V’はVより高電位となり得、従って、所望されていない記憶素子RLEAKの電流が、Vから利得段224の負端子に流れる場合がある。従って、所望されていない記憶素子RLEAKの電流を補償するための上述の方法、メモリ・システム、及び、回路構成は、所望されていない記憶素子RLEAKの電流の方向に関係なく使用することが可能である。
上記説明は、本発明の原理及び各種実施態様を例示することを意図したものである。当業者には、上記開示を十分に理解すれば、多くの変更及び修正が明らかになるであろう。例えば、スイッチ230は、トライステート・バッファを用いて実施することが可能である。従って、所望の結果を得るため、実施態様のいくつかの局面をさまざまな形で組み合わせることが可能である。特許請求の範囲は、こうした全ての変更及び修正を包含するものとして解釈されるべきである。
各種実施態様に従うコンピュータ・システムを示す図である。 各種実施態様に従うメモリ・アレイを示す図である。 各種実施態様に従う所望の記憶素子の選択を示す図である。 各種実施態様に従う、所望の記憶素子を読み出すための回路を示す図である。 各種実施態様に従う所望の記憶素子の値を求める方法を示す図である。
符号の説明
100 コンピュータ・システム
102 中央処理装置(CPU)
104 メモリ
212 記憶素子(メモリ素子)
224 利得段
226 コントローラ

Claims (5)

  1. 複数の記憶素子(212)のうちのある記憶素子の値を求める方法であって、
    2つの入力と1つの出力を有し、前記出力が前記入力のうちの一方の入力に接続された利得段を提供するステップであって、前記利得段は、2つの入力における電圧が等しくなるように動作することからなる、ステップと、
    前記利得段の他方の入力に第1の電圧V を印加するステップと、
    所望の記憶素子RMEMを含んでいる対象とする列を選択するステップ(500)と、
    前記列中の所望されていない記憶素子R LEAK の一方の端子が前記利得段の前記一方の入力に接続された状態で、前記列中の所望されていない記憶素子R LEAK から前記所望の記憶素子R MEM を分離するための電圧を、前記所望されていない記憶素子R LEAK の他方の端子に印加するステップ(502)と、
    前記所望の記憶素子R MEM の一方の端子を前記利得段の前記一方の入力に接続した状態で、前記所望の記憶素子RMEMをディスエーブルにするための電圧を、該所望の記憶素子R MEM の他方の端子に印加するステップ(504)と、
    前記対象とする列に供給される第1の電流ISENSEを測定するステップ(506)と、
    前記利得段の入力オフセット電圧を調整して、前記所望されていない記憶素子RLEAK流れる電流を補償するステップ(508)と、
    前記所望の記憶素子RMEM の前記他方の端子に該所望の記憶素子R MEM をイネーブルにするための電圧を印加するステップ(510)と、
    前記対象とする列に供給される第2の電流ISENSEを測定するステップ(512)
    を含む、方法。
  2. 対象とする列を選択する前記ステップ(500)が、それぞれの列に電圧を結合するステップを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 所望の記憶素子RMEMをディスエーブルにする前記ステップ(504)において前記所望の記憶素子R MEM をディスエーブルにするための電圧を、該所望の記憶素子R MEM の前記他方の端子に印加するのに代えて、前記所望の記憶素子RMEM の前記他方の端子を高インピーダンス状態に結合することからなる、請求項1に記載の方法。
  4. 前記第1の電流の測定値(506)が、所望されていない記憶素子RLEAK流れる電流量に対応し、
    前記第2の電流の測定値(512)が、前記所望の記憶素子RMEMのディジタル値に対応することからなる、請求項1に記載の方法。
  5. 所望の記憶素子RMEMをイネーブルにするための電圧を印加する前記ステップ(510)が、前記所望の記憶素子RMEM の前記他方の端子をアースに結合するステップである、請求項1に記載の方法。
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