JP5498911B2 - 向上した読み取り安定性を有するメモリ - Google Patents
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Description
寸法を縮小するにつれて、ランダムなドーパントの揺らぎによる、ラインエッジラフネス等のデバイス特性のばらつきが大幅に増大する。したがって、全動作電圧範囲にわたって、セルの(読み取り妨害を伴わない)読み取りおよび書き込みを行うことができる、これらの小さい寸法の頑健なSRAMを設計することが非常に困難であることが分かる。
読み取りおよび/または書き込み動作に対してより頑健である、種々の異なるビットセルが提案されてきた。これらは、付加的なトランジスタを有する傾向があり、したがって、7−トランジスタおよび8−トランジスタビットセルは、より頑健であるが、より多くの面積を要することが知られている。
その面積を過度に増大させずに、読み取りおよび書き込みマージンに対するメモリの頑健性を増大させることが望ましい。
フィードバックループは、読み取り中にそのデータを維持するために、第1のアクセスノードにアクセスする側である一方の側から読み取られるように非対称に設定され、信号が、相補所定値を有する、この側に入力される時に、非対称フィードバックループは、切り替えに対して抵抗を示す。
第1のアクセスノード上の相補所定値に応答した切り替えに対する抵抗は、第1のアクセスノード上でのこの信号の受信によって、状態の切り替えが決してトリガされない程度になり得る。相補所定値を第1のアクセスノードに書き込めないことについては、リセットデバイスを介してアクセスされる、第2のアクセスノードを提供することによって対処され、これは、このノードを介して所定値を入力することによって、相補所定値を格納セルに格納できるようにする。
いくつかの実施形態では、所定値は、論理ゼロを含む。
フィードバックループは、異なる論理値を選択的に受信するように、異なる非対称性で定義することができるが、いくつかの実施形態では、データ線上での論理1ではなく論理0の受信に応答して、状態を切り替えることができるようになる。論理1に応答した切り替えに対する抵抗は、読み取り妨害を低減することに役立ち、したがって、これは、回路を配設する好都合な方法である。
格納セルは、多数の方法で作製することができるが、面積効率の良い形成方法は、6−トランジスタから形成することであり、トランジスタのうちの4個は、フィードバックループを形成し、他の2個は、それぞれ、アクセスデバイスおよびリセットデバイスを形成する。リセットデバイスがリセット線に提供する抵抗接続よりも高い抵抗接続を、アクセスデバイスがデータ線に提供する場合に有利になり得ることが分かっている。これは、アクセスデバイスが、読み取りの他に書き込みのためにも使用されるからであり、したがって、読み取り妨害を抑えることから、より高い抵抗を有することが有利である。リセットデバイスは、値のうちの1つを書き込むためだけにしか使用されず、したがって、低い抵抗が書き込み速度を改善する。
所望の非対称性を提供する1つの特に好都合な格納セルの配列は、フィードバックループが、強nにした第1のアクセスノードを備える側と、強pにした第2のアクセスノードを備える側とを有することである。これは、例えば、nmosトランジスタの適切な寸法決定によって行うことができる。
この問題に対処するために、いくつかの実施形態では、参照格納セルがアレイ内に含められ、参照格納セルが他の格納セルよりも弱くなっており、よって、該セルがアクセスに関する電流放電をトリガする値を格納する時に、放電電流は、この値を格納する時に格納セルのうちの1つによって生成される放電電流よりも小さい。メモリは、電圧差検出器も含み、したがって、アクセスに関する格納セルからの放電電流によってトリガされる電圧の変化を検出し、そして、どのような値が格納されたのかを判定するのではなく、ある値を常時格納する参照セルと、格納セルとの間の放電電流の差によってトリガされる電圧を判定し、この電圧から、どのような値が格納されたのかを判定する。
参照セルのアクセスによって生成される電圧と、格納セルのアクセスによって生成される電圧との差を検出するように、電圧検出器を配設する1つの方法は、アレイを2つの部分に分割して、2つの部分のそれぞれの中に参照セルを有するようにし、そして、一方の部分の中の格納セルがアクセスされた時のデータ線上の電圧の変化を、他方の部分の参照セルによってデータ線上に生成される電圧の変化と比較することである。このスキームでは、データ線を2つの部分に分割するため、読み取り電流の増大に加えて、データ線の静電容量が低減されることに留意されたい。
いくつかの実施形態では、参照セルによって生成される電圧と、アクセス格納セルによって生成される電圧との間の分割データ線上の電圧差を検出するのではなく、参照セルは、代わりに、アクセスノードを介してアクセスすることができ、リセット線上に生成される電圧の変化と、データ線上で生成される電圧の変化との間の電圧差が測定される。これは、アレイの設計を簡略化し、かつ、いずれかの部分からの値を比較するアレイを中央に有することによって生じる、電圧検出器への入力の際の非対称性を除去する。アレイをさらに2つに分割する場合は、電圧検出器には最上位部分および最下位部分の両方が必要である。アレイを分割しない場合は、データ線の静電容量が問題になり得る。
弱い参照セルは、フィードバックループをデータ線に接続する時に、格納セルのアクセスデバイスよりも高い抵抗を有するアクセスデバイスを該参照セルに提供することによって設計することができる。これは、この参照セルの放電によって生成されるいかなる電流も、該参照セルが同じ値を格納する時に格納セルの放電によって生成される電流よりも小さくすることになる。
参照セルが弱くなるようにする代替の方法は、格納セルよりも低い差動電圧を参照セルに給電することである。これは、参照セルに供給される供給電圧を低くすることによって、または接地もしくは電圧レベルを高めることによって行うことができる。
代替として、格納セルのアクセスデバイスを切り替える信号よりも小さくなる程度に、参照セルのアクセスデバイスを切り替える信号を低減することができる。これも、参照セルからの放電電流を低減することになる。かかる一実施形態では、該参照セルのアクセスデバイスを切り替えるように該参照セルに送信される制御信号が、該格納セルのアクセスデバイスを切り替えるように読み込まれるべき該格納セルに送信される制御信号よりも低い電圧を有するように構成される。
アクセスデバイスおよびリセットデバイスの切り替えを制御するための制御信号は、独立した制御信号であり、別個の線に送信される。いくつかの実施形態では、該信号は、横列に沿って送信され、シリコンにおけるアレイの構築をより簡単にする。
場合によっては、アクセスデバイスの切り替えを制御するための制御信号を、従来のワード読み取り手法で、横列に沿って送信し、一方で、リセットデバイスの切り替えを制御するためのリセット制御信号を、縦列に沿って送信するようにアレイを配設することが有利になり得る。これは、リセットデバイスおよびアクセスデバイスがどちらもオンに切り替えられ、横列のセル全体ではなく、1個の格納セルだけが、この書き込みアクセスに応答してオンに切り替えられるこれらのアクセスデバイスの両方を有する場合の書き込みに利点を有する。これは、異なるセルへの書き込みによってセルが妨害されるリスクを低減する。
横列に沿ったアクセスデバイスのための制御信号および縦列に沿ったリセットデバイスへの制御信号を配設することによる、この個々の格納セルの選択は、リセット線およびデータ線が同時に格納セルに接続される、1段階の手順を行うことができることを意味する。
これらの格納セル12は、格納部フィードバックループ14と、データアクセススイッチ16と、リセットスイッチ18とを備える。データアクセススイッチ16は、ビット線BLからフィードバックループへのアクセスを提供し、一方で、リセットスイッチ18は、リセット線BLRからフィードバックループへのアクセスを提供する。これらの2つのスイッチは、ワード線WLおよびリセット線WLRに沿って送信される制御信号によって制御される。これらの信号は、プロセッサから受信されるデータアクセス要求に応答して、制御回路30によって生成される。要求が読み取り要求である場合、データは、データ線BL上の変化を検出することによって出力される。
したがって、セルは、アクセストランジスタ16を介して読み取られるが、このアクセストランジスタを介して1を受信した場合に、状態の切り替えに対して抵抗を示すように設計されている。リセットトランジスタ18は、フィードバックループ14の中に1を格納することが所望される時に、他方の側から0を書き込むことができるように提供されている。
ビットセルは、5Tビットセルとして示されているが、これは図4に示されるビットセルと同じであり、リセットトランジスタが書き込みを支援する役割だけを果たす5Tビットセルとして、いくつかの事例で説明されている。
このようにアレイを配設することで、もはやリセット制御線WLRを横列上の隣接するセルと共有できなくなり、かつ、リセット線BLRを縦列上の隣接するセルと共有できなくなるので、従来の配設と比較して、セル面積が増大する。しかしながら、この1つの利点は、セルの横列のワード線および縦列のリセット線による選択が、単一のセルだけしか、単一のアクセスでオンに切り替えられるトランジスタ16および18の両方を有することができないことを意味することである。これは、書き込まれている正確な横列および縦列のセルだけが活性化されるようにすることによって、かかるアレイの半選択問題を排除する。これは、格納アレイが成功裏に機能できる最小電圧を、潜在的に低くできるようにする。さらに、他の実施形態にあるような複合サイクルではなく、単一のサイクルでセルに1を書き込むことができるようにする。したがって、1を書き込むために、リセット線が0に設定され、ビット線が1に設定され、同時に、リセット制御信号線WLRが始動される。
上述のように、参照セルは、ワード線の電圧を駆動することによって弱くさせるか、または別個の弱いセルとして設計することができる。再設計することで、低電圧による変動の影響が低減する。加えて、セルは、パスゲートまたはアクセスデバイスの長さを増大することによって弱くすることができ、これは、変動の影響をさらに緩和する。不利な点は、異なる設計点全体で十分に弱い新しいセルを設計する必要があるので、設計の複雑さを増大させる。
書き込みが、相補所定値を書き込むものである場合は、リセット制御信号が生成され、リセットデバイスが開かれて、リセット線と格納セルとの間に接続が提供され、リセット線は、所定値を保持し、よって、形成されている接続に応答して、相補所定値が格納される。
10 アレイ
12 格納セル
14 格納部フィードバックループ
16 データアクセススイッチ
18 リセットスイッチ
30 制御回路(差動感知増幅器)
Claims (19)
- 静的ランダムアクセスメモリであって、
前記メモリおよび少なくとも1つのリセット線に/からデータを転送するための少なくとも1つのデータ線と、
複数の格納セルであって、前記少なくとも1つのデータ線および前記少なくとも1つのリセット線への接続のためにそれぞれが配設され、各格納セルが、
非対称フィードバックループであって、前記フィードバックループがデータ値を格納する時に、前記データ値を保持するための第1のアクセスノードと、前記フィードバックループが前記データ値を格納する時に、前記データ値の相補バージョンを保持するための第2のアクセスノードとを備える、非対称フィードバックループと、
前記少なくとも1つのデータ線と前記第1のアクセスノードとの間に選択的に接続を提供するためのアクセスデバイスと、
前記少なくとも1つのリセット線と前記第2のアクセスノードとの間に選択的に接続を提供するためのリセットデバイスとを備える、複数の格納セルと、
を備え、前記メモリは、データアクセス要求に応答して、前記接続を提供するように、前記アクセスデバイスおよび前記リセットデバイスを独立して制御するための制御信号を生成するためのデータアクセス制御回路をさらに備え、
前記データ制御回路は、
所定値を前記格納セルに書き込む書き込み要求に応答して、および前記格納セルから格納値を読み取る読み取り要求に応答して、前記第1のアクセスノードと前記少なくとも1つのデータ線との間に前記接続を提供するように、前記アクセスデバイスをトリガする、データアクセス制御信号を生成するように、および、
前記相補所定値を前記格納セルに書き込む書き込み要求に応答して、前記少なくとも1つのリセット線と前記第2のアクセスノードとの間に前記接続を提供するように、前記リセットデバイスをトリガする、リセット制御信号を生成するように構成され、
前記非対称フィードバックループは、前記第1のアクセスノード上の前記相補所定値の受信かつ前記第2のアクセスノード上の無信号に応答するよりも容易に、前記第1のアクセスノード上の前記所定値の受信かつ前記第2のアクセスノード上の無信号に応答して、状態を切り替えるように構成される、
静的ランダムアクセスメモリ。 - 前記非対称フィードバックループは、前記第1のアクセスノード上の前記所定値の受信かつ前記第2のアクセスノード上の無信号が、前記格納セルの状態を切り替えるのに十分であるように、および、前記第1のアクセスノード上の前記相補所定値の受信かつ前記第2のアクセスノード上の無信号が、状態の切り替えをトリガしないように構成される、請求項1に記載のメモリ。
- 前記メモリは、2つのステップ手順で、データ値を前記複数の格納セルのうちの選択された1つに書き込むように構成され、よって、
前記メモリは、前記所定値を前記選択された格納セルに書き込む要求に応答して、
第1のステップ中に、前記選択された格納セルの前記リセットデバイスの制御を実施することによって、前記相補所定値を前記リセット線に提供し、そして、前記リセット線を前記選択された格納セルの前記第2のアクセスノードに接続し、また、
第2のステップ中に、前記選択された格納セルの前記アクセスデバイスの制御を実施することによって、前記所定値を前記データ線に提供し、そして、前記データ線を前記選択された格納セルの前記第1のアクセスノードに接続し、それによって、前記所定値を前記選択された格納セルに格納させるように構成され、また、
前記メモリは、前記相補所定値を書き込む要求に応答して、
前記第1のステップ中に、前記リセットデバイスの制御を実施することによって、前記所定値を前記リセット線に提供し、そして、前記リセット線を前記第2のアクセスノードに接続し、それによって、前記相補所定値を前記格納セルに格納させ、また、
前記第2のステップ中に、前記アクセスデバイスを制御することによって、前記相補所定値を前記データ線に提供し、そして、前記データ線を前記第1のアクセスノードに接続するように構成される、
請求項1に記載のメモリ。 - 前記第1のステップは、前記第2のステップの前に行われる、請求項3に記載のメモリ。
- 前記所定値は、論理ゼロを含む、請求項1に記載のメモリ。
- 前記複数の格納セルは、6個のトランジスタを備え、前記トランジスタのうちの4個は、前記フィードバックループを形成するように構成され、前記トランジスタのうちの1個は、前記アクセスデバイスを形成し、前記トランジスタのうちの1個は、前記リセットデバイスを形成し、前記アクセスデバイスは、前記リセットデバイスが前記リセット線に提供する抵抗接続よりも高い抵抗接続を前記データ線に提供する、請求項1に記載のメモリ。
- 前記フィードバックループは、高電圧レベルと前記第1のアクセスノードとの間に接続される第1のpmosトランジスタと、前記第1のアクセスノードと低電圧レベルとの間に接続される第1のnmosトランジスタと、前記高電圧レベルと前記第2のアクセスノードとの間に接続される第2のpmosトランジスタと、前記第2のアクセスノードと前記低電圧レベルとの間に接続される第2のnmosトランジスタとを備え、前記第1のnmosトランジスタは、前記第2のnmosトランジスタよりも幅が広い、請求項2に記載のメモリ。
- 前記メモリは、
アクセスに関する放電電流を生成する、値を格納するための少なくとも1個の参照格納セルであって、同じ値を格納する前記複数の格納セルのうちの対応する1個への読み取りアクセス中に生成される電流よりも低い、放電電流を生成するように構成される、参照格納セルと、
前記参照格納セルにアクセスすることによって生成される読み取り電流、および読み取られている格納セルにアクセスすることによって生成される読み取り電流によって生成される電圧の差を検出するための電圧差検出器であって、前記格納セルに格納されるデータ値の前記差から判定する、電圧差検出器とを備える、
請求項1に記載のメモリ。 - 前記メモリは、複数の参照格納セルと、複数の電圧差検出器とを備え、
前記複数の格納セルは、複数の縦列と、対応する複数のデータ線およびリセット線とを有するアレイ内に配設され、前記アレイは、2つの部分を有するように配設され、また、各縦列は、1つが第1の部分にあり、1つが第2の部分にある、2つの参照格納セルを備え、前記データ線のそれぞれは、第1の部分および第2の部分に分割され、前記複数の電圧差検出器は、前記データ線の前記2つの部分に関する電圧の差を検出するように、前記複数のデータ線の前記第1の部分と前記第2の部分との間に配設され、前記メモリは、同じ縦列かつ異なる部分で、選択された格納セルにアクセスすることによって生成される電圧変化を、前記参照格納セルにアクセスすることによって生成される電圧変化と比較することによって、選択された格納セルに格納されるデータ値を読み取るように構成される、請求項8に記載のメモリ。 - 前記参照格納セルは、前記第2のアクセスノードを介してアクセスされ、前記電圧差検出器は、読み取り要求に応答して、前記参照格納セルの前記第2のアクセスノードへの前記アクセスによって前記リセット線上で生成される電圧と、前記格納セルの前記アクセスによって前記データ線上で生成される電圧との差を検出する、請求項8に記載のメモリ。
- 前記参照格納セルは、前記フィードバックループを前記データ線に接続する時に、前記格納セルの前記アクセスデバイスよりも高い抵抗を有する、アクセスデバイスを備える、請求項8に記載のメモリ。
- 前記メモリは、前記参照格納セルのアクセスデバイスを切り替えるように前記参照格納セルに送信される制御信号が、前記格納セルのアクセスデバイスを切り替えるように前記格納セルに送信される制御信号よりも低い電圧を有するように構成される、請求項8に記載のメモリ。
- 前記メモリは、前記参照格納セルが、前記格納セルよりも低い差動電圧によって給電されるように構成される、請求項8に記載のメモリ。
- 前記複数の格納セルは、複数の縦列と、対応する複数のデータ線およびリセット線と、複数の横列とを有するアレイ内に配設され、前記アクセスデバイスの切り替えを制御するための前記データアクセス制御信号は、前記横列のうちの選択された1つに送信され、前記リセットデバイスの切り替えを制御するための前記リセット制御信号は、前記横列のうちの前記選択された1つに送信される、請求項1に記載のメモリ。
- 前記複数の格納セルは、複数の縦列、対応する複数のデータ線、および対応する複数のリセット線を有する複数の横列を有するアレイ内に配設され、前記アクセスデバイスの切り替えを制御するためのデータアクセス制御信号は、前記横列のうちの選択された1つに送信され、前記リセットデバイスの切り替えを制御するためのリセット制御信号は、前記横列のうちの選択された1つに送信される、請求項1に記載のメモリ。
- 前記メモリは、1つのステップ手順で、データ値を前記複数の格納セルのうちの選択された1つに書き込むように構成され、よって、前記メモリは、前記所定値を前記選択された格納セルに書き込む要求に応答して、
前記選択された格納セルの前記リセットデバイスを制御することによって、前記相補所定値を前記リセット線に提供し、そして、前記リセット線を前記選択された格納セルの前記第2のアクセスノードに接続し、また、前記選択された格納セルの前記アクセスデバイスの制御を実施することによって、前記所定値を前記データ線に提供し、そして、前記データ線を前記選択された格納セルの前記第1のアクセスノードに接続し、それによって、前記所定値を前記選択された格納セルに格納させるように構成され、また、
前記メモリは、前記相補所定値を書き込む要求に応答して、
前記リセットデバイスの制御を実施することによって、前記所定値を前記リセット線に提供し、そして、前記リセット線を前記第2のアクセスノードに接続し、それによって、前記所定値を前記格納セルに格納させるように構成される、請求項15に記載のメモリ。 - 静的ランダムアクセスメモリにデータを格納する、および該データにアクセスする方法であって、前記メモリは、非対称フィードバックループを備える複数の格納セルを備え、前記フィードバックループは、前記フィードバックループがデータ値を格納する時に、前記データ値を保持するための第1のアクセスノードと、前記フィードバックループが前記データ値を格納する時に、前記データ値の相補バージョンを保持するための第2のアクセスノードと、前記第1のアクセスノードとデータ線との間にデータ接続を提供するためのアクセスデバイスと、前記第2のアクセスノードとリセット線との間にデータ接続を提供するためのリセットデバイスとを備え、
所定値を前記格納セルに書き込む書き込み要求、または前記格納セルから格納値を読み取る読み取り要求に応答して、
前記第1のアクセスノードと前記データ線との間に前記データ接続を提供するように、および前記格納セルから格納値を読み取る読み取り要求に応答して、前記アクセスデバイスを制御するデータアクセス制御信号を生成するステップと、
前記相補所定値を前記格納セルに書き込む書き込み要求に応答して、
前記リセット線と前記第2のアクセスノードとの間に前記接続を提供するように、前記リセットデバイスを制御するリセット制御信号を生成するステップと、
を含み、
前記非対称フィードバックループは、前記第1のアクセスノード上の前記相補所定値の受信かつ前記第2のアクセスノード上の無信号に応答するよりも容易に、前記第1のアクセスノード上の前記所定値の受信かつ前記第2のアクセスノード上の無信号に応答して、状態を切り替える方法。 - 前記方法は、前記所定値を選択された格納セルに書き込む要求に応答して、
前記相補所定値を前記リセット線に提供するステップと、
前記リセットデバイスを介して、前記リセット線を前記選択された格納セルの前記第2のアクセスノードに接続するステップと、
前記アクセスデバイスを介して、前記データ線を前記第1のアクセスノードに接続する前に、前記所定値を前記データ線に提供するステップと、
前記相補所定値を書き込む要求に応答して、
前記リセット線を前記第2のアクセスノードに接続する前に、前記所定値を前記リセット線に提供するステップと、
前記相補所定値を前記データ線に提供するステップと、
前記アクセスデバイスを介して、前記データ線を前記第1のアクセスノードに接続するステップと、
をさらに含む、請求項17に記載の方法。 - 静的ランダムアクセス格納メモリであって、
データを前記メモリに/から転送するための少なくとも1つのデータ転送手段と、少なくとも1つのリセット信号転送手段と、
複数の格納手段であって、前記少なくとも1つのデータ転送手段および前記少なくとも1つのリセット信号転送手段への接続のためにそれぞれが配設され、各格納手段が、
非対称フィードバックループであって、前記フィードバックループがデータ値を格納する時に、前記データ値を保持するための第1のアクセスノード手段と、前記フィードバックループが前記データ値を格納する時に、前記データ値の相補バージョンを保持するための第2のアクセスノード手段とを備える、非対称フィードバックループと、
前記データ転送手段と前記第1のアクセスノード手段との間に選択的に接続を提供するためのアクセス手段と、
前記リセット信号転送手段と前記第2のアクセスノード手段との間に選択的に接続を提供するためのリセット手段とを備える、複数の格納手段と、
を備え、前記メモリは、前記接続を提供するように、前記アクセス手段および前記リセット手段を独立して制御するためのデータアクセス要求に応答して、制御信号を生成するためのデータアクセス制御手段をさらに備え、
前記データ制御手段は、
所定値を前記格納手段に書き込む書き込み要求に応答して、また、前記格納手段から格納値を読み取る読み取り要求に応答して、前記アクセス手段をトリガして、前記第1のアクセスノード手段と前記データ転送手段との間に前記接続を提供するように、データアクセス制御信号を生成し、また、
前記相補所定値を前記格納手段に書き込む書き込み要求に応答して、前記リセット手段をトリガして、前記リセット信号転送手段と前記第2のアクセスノード手段との間に前記接続を提供するように、リセット制御信号を生成するように構成され、
前記非対称フィードバックループは、前記第1のアクセスノード上の前記相補所定値の受信かつ前記第2のアクセスノード上の無信号に応答するよりも容易に、前記第1のアクセスノード上の前記所定値の受信かつ前記第2のアクセスノード上の無信号に応答して、状態を切り替えるように構成される、
静的ランダムアクセス格納メモリ。
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