TW497100B - Integrated memory with memory-cells with magnetoresistive memory-effect - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497100 A7 B7 _ 五、發明說明（1 ) 本發明係關於一種積體記憶體，其記憶胞具有磁阻式 儲存效應；矩陣形式之記憶胞陣列具有行線和列線，各 憶胞分別連接在一條行線和一條列線之間，其中行線分 別與讀出放大器相連以讀出相對應之記憶胞之資料信號 ，此讀出放大器具有一種回授式運算放大器，其上可測 得一種讀出信號，該運算放大器之第一控制輸入端是與 行線相連接。 具有磁阻式儲存效應之記憶胞在其狀態中通常具有可 改變之鐵磁層以儲存資料信號。此種儲存效應通常稱爲 所謂GMR(巨阻）效應或TMR(穿隧式磁阻）效應。 在DE 1 97 40 942.3中描述一種記憶胞配置及其在磁 性RAM(所謂MRAM)之應用。此種記憶胞配置具有互相平行 之列線和行線還大各行線分別與讀出放大器相連以讀出 記憶胞之一之資料信號，藉此可使各行線上之電位調整 至一種電源電位（參考電位）。須測定此行線上之可偵測 之電流以進行讀出。 此讀出放大器具有一種回授式運算放大器，其上可測 得一種輸出信號。此運算放大器之非反相之輸入端是與 一種參考電位相連。各行線之一是與反相之輸入端相連 。若此參考電位例如等於積體記憶體之接地電位，則此 運算放大器可確保：接地電位可施加至行線上。此讀出 放大器因此稱爲所謂π虛擬接地（Vi rtual ground)"讀出 放大器。此運算放大器之輸出信號是所選取之記憶胞之 電阻之一種測量。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

^/100 A7 B7 i、發明說明（2) (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 在此種配置之MRAM記憶體中不存在二極體或電晶體， 此記憶體依據位址使各記憶胞可與行線相連以讀出資料 信號。由於此一原因，則重要是：所有行線在讀出過程 中都處於相同之電位，以防止記憶胞陣列中之寄生電 流。 包含在上述之讀出放大器中之運算放大器電路通常具 有所謂偏移（offset)電壓，其通常是與技術有關，即， 輸入電晶體之導通電壓及閘極-源極-電壓並非恰巧相等 。各行線之電位因此並非恰巧調整至該已存在之參考電 位。數毫伏（mV)之偏移電壓可在較大之記憶胞陣列中造 成寄生電流。此種寄生電流可較一種待讀出之資料信號 或測量信號還大。這樣會產生失真，使資料信號不可被 偵測。 本發明之目的是提供一種本文開頭所述形式之積體記 憶體，其中可對一種待讀出之資料信號進行一種較可靠 之偵測。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此目的是藉由一種記憶胞具有磁阻式儲存效應之此種 積體記憶體來達成，矩陣形式之記憶胞陣列具有行線和 列線，各憶胞分別連接在一條行線和一條列線之間’其 中行線分別與讀出放大器相連以讀出相對應之記憶胞之 資料信號，此讀出放大器具有一種回授式運算放大器， 其上可測得一種讀出信號，該運算放大器之第一控制輸 入端是與行線相連接，且在運算放大器之第二控制輸入 端及電源電位用之接點之間連接一種電容器。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 叫100 Α7 Β7 i、發明說明（3) 利用本發明之積體記憶體，則在記憶胞陣列中在讀出 放大器中所含有之運算放大器存在一種偏移電壓時可防 止該寄生電流。此積體記憶體含有一種電路配置以補償 一種已存在之偏移電壓。利用此種電路配置，則可在電 容器中儲存此運算放大器之已存在之偏移電壓，其中此 電容器連接在運算放大器之第二控制輸入端和此記憶體 之電源電位（例如，接地電位）用之接點之間。此運算放 大器之偏移-電壓之作用是由電容器上數値相同之電壓來 消除。此運算放大器之第一控制輸入端上之各行線之電 位因此調整至電源電位或參考電位。因此不會產生寄生 電流（其會使所讀出之測量信號失真）。 電容器上之電位例如可在每一讀出週期中校準。爲了 讀出記憶胞之資料信號，則所有不可選取之列線都位於 電源電位上。在所選取之列線上施加一種電位與此不同 之信號。這樣可使電流路徑由所選取之列線連接至全部 之行線。由各讀出放大器上之輸出信號’讀出放大器之 電性及電源電位以及行線電阻，則在列線與各行線之相 交點上所存在之記憶胞之電阻，則在讀出放大器之輸出 信號由其它電路組件所暫時儲存，計算或以其它一般之 形式再處理之後，則又可對此偏移電壓進行校準。但亦 可在每一計算過程之後不暫時儲存之偏移電壓，而是只 在較大數目之計算過程之後才進行此種校準。 其它有利之形式描述在申請專利範圍範圍各附屬項中。 在本發明之貫施形式中’在運算放大益之控制輸入 本紙張尺度適用帽@家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ------丨丨訂·--丨——丨I - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^71〇〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 i、發明說明（4) 及電源電位用之接點之間連接第一開關’在運算放大器 之回授路徑中連接第二開關，運算放大器之輸出經由第 三開關而與第二控制輸入端相連。此偏移電壓校準用之 校準相位介於二個計算過程之間。在校準相位時第二開 關斷開，使運算放大器之反耦合中斷。第一開關和第三 開關閉合。因此形成一種已閉合之調整回路’其使電容 器充電至運算放大器之偏移電壓。在隨後之計算過程中 第一開關和第三開關又斷開，第二開關又閉合，一種可 讀出之資料信號傳送至讀出放大器。 在本發明之其它形式中，回授式運算放大器是以反相 之放大器構成。即，各別之行線連接至反相之控制輸入 端。因此，在運算放大器之輸出端和第二控制輸入端之 間連接一種反相電路。電容器中可儲存之偏移電壓因此 可達成一種正確之極性。 在運算放大器之回授路徑中例如連接一個電阻。此種 回授式運算放大器因此用作電流-電壓-放大器。另一方 式是在回授路徑中連接另一個電容器。此種回授式運算 放大器因此用作積體電流-電壓放大器。在讀出此資料信 號時因此可有效地抑制雜訊。 爲了在一種校準相位時使另一電容器放電，則在運算 放大器之回授路徑中連接一種第四開關使與另一電容器 並聯。在校準相位期間此開關閉合，此第四開關在其中 一種計算過程中斷開。 本發明以下將依據圖式來詳述。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -1 --------訂---------· 497100 A7 B7 五、發明說明（） 圖式簡單說明： 第1圖本發明具有磁阻式記憶胞之實施形式。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第2圖一種讀出放大器之實施形式。 第3圖另一種形式之讀出放大器。 第1圖是本發明記憶體之實施例，其記億胞MC具有磁阻 式儲存效應。所有習知之GMR-/TMR-元件都適合用作記憶 胞，只要其歐姆較行線（或位元線BL)及列線（或字元線 WL)者還大即可。各記憶胞MC(其配置在矩陣形式之記憶 胞陣列1中）分別連接在一條位元線BL和一條字元線WL之 間。爲了讀出各記憶胞MC之資料信號，則相對應之位元 線須與讀出放大器2相連。其餘之位元線BL同樣連接至另 一讀出放大器或如第1圖所示是與一種參考電位GND用之 接點相連。此讀出放大器2具有一種回授式運算放大器3 ，其上可測得該讀出信號OUT。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爲了讀出本發明配置中所儲存之資訊，須對相關之字元 線WL進行控制。此字元線WL處於一種電位Vwk處。所有其 它之字元線WL都處於參考電位GND處。爲了讀出此資料信 號，則相關之位元線BL須與運算放大器3之反相輸入端3 1 相連。在運算放大器3之未反相之輸入端32和參考電位 GND用之接點之間連接該電容器5。 第2圖顯示第1圖之讀出放大器2之實施形式。在運算 放大器3之反相之輸入端3 1和參考電位GND用之接點之間 連接一個開關11。另一開關1 2連接在運算放大器3之回授 路徑中。運算放大器3之輸出端33經由開關1 3而與運算 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497100 A7 ___B7___ 五、發明說明（6 ) 放大器3之非反相輸入端32相連。此外，在運算放大器3 之輸出端3 3和非反相輸入端3 2之間連接一種反相電路6。 運算放大器3具有一個回授電阻4，其連接在回授路徑中。 爲了補償此運算放大器3之偏移電壓，則在校準相位中 在二個評估過程之間在電容器5中儲存該偏移電壓。此開 關1 2因此斷開且運算放大器3之反耦合被中斷。開關11 和1 3閉合。經由反相電路6而形成一種閉合之調整回路， 其使電容器5充電至運算放大器3之輸入端上之偏移電 壓。 爲了讀出記憶胞MC之一之資料信號，則須使開關11及 13又斷開，開關12則閉合。難讀出過程之後可進行一種 重新之校準，但亦可在較大次數之讀出過程之後進行一 種重新校準。第2圖之電路配置之優點是：此偏移電壓之 補償是以自我校準方式進行。 第3圖顯示此種讀出放大器2之另一實施形式，其在運 算放大器之回授路徑中設置另一電容器7以取代電阻4。 在回授路徑中另外連接一個與電容器7並芙之開關1 4。由 於電容器7設置在回授路徑中，則在讀出此資料信號時在 較小之信號強度時亦可廣泛地抑制雜訊。在校準相位時 ，此開關1 4閉合而使電容器7放電。在讀出過程中此開關 1 4斷開。 符號之說明 1 ......記憶胞陣列 2 ......讀出放大器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

497100 A7 B7 五、發明說明（7 ) 3 ......運算放大器 4 ......回授電阻 5,7....電容器 6......反相電路 11,12,13,14.....開關 MC.....記憶胞 BL.....位元線 WL.....字元線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .H ϋ ϋ II ϋ n 一-ϋ i^i ϋ ϋ .^1 I » 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. ^/100

   A'申請專利範圍 1 ·〜種積體記憶體，其包括： -各記憶胞（MC)，其具有磁阻式儲存效應， -矩陣形式之記憶胞陣列（1 )，其具有行線（BL )和列線 (WL)， '•各記憶胞（MC )分別連接在一條行線（BL )和一條列線 (WL)之間， •各行線（BL )分別與一個讀出放大器（2 )相連以讀出相 對應之記憶胞（MC )之資料信號， -該讀出放大器（2 )具有一種回授式運算放大器（3 )， 其上可測得一種讀出信號（OUT )， -運算放大器（3 )之弟一^控制輸入端（3 1 )是與一條彳了線 (BL)相連，其特徵爲：在運算放大器（3)之之第二控 制輸入端（32 )及電源電位（GND )用之接點之間連接一 個電容器（5 )。 2 ·如申請專利範圍第丨項之積體記憶體，其中 •在第一控制輸入端（3 1 )和電源電位（GND )用之接點 之間連接第一開關（1 1 )， -在運算放大器（3 )之回授路徑中連接第二開關（1 2 )， ••該運算放大器（3)之輸出端（33)經由第三開關（13) 而與第二控制輸入端（32)相連。 3 .如申請專利範圍第2項之積體記憶體，其中 -此回授式運算放大器（3)是以反相放大器構成， -在運算放大器（3)之輸出端（33)和第二控制輸入端 (3 2 )之間連接一個反相用之電路（6 )。 -10 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公董） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - ---I I--訂--I------綠· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印剩衣 497100 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 4 .如申請專利範圍第1至3項中任一項之積體記憶體，其 中在運算放大器（3 )之回授路徑中連接一個電阻（4 )。 5 .如申請專利範圍第1至3項中任一項之積體記憶體，其 中在運算放大器（3)之回授路徑中連接另一個電容器 (7” 6 .如申請專利範圍第5項之積體記憶體，其中在運算放大 器（3 )之回授路徑中連接第四開關（1 4 )使與電容器（7 )並 聯。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印剩衣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）