[发明专利]内容可寻址存储器存储单元匹配检测方法和电路

说明书

技术领域

本发明涉及内容可寻址存储器，尤其涉及内容可寻址存储器存储单元匹配检测方法和电路。

背景技术

内容可寻址存储器(Content-Addressable Memory，CAM)是一种用于特定高速搜索应用的内容寻址存储器。其工作原理为：当用户提供一个数据时，CAM会遍历整个存储空间，搜索该数据是否存在于存储器中，如果存在，CAM会返回一个或多个命中数据存在的地址。CAM作为一种特殊存储器，会在单次运算中搜索整个存储器。因此，在搜索应用中，CAM比普通存储器快很多。CAM的快速搜索特性使得CAM特别适用于网络设备、中央处理器、以及视频硬编解码等应用中。

传统的内容可寻址存储器的存储单元结构根据匹配类型的异同分为与非型存储单元和或非型存储单元。图1是传统9T(Transistor，晶体管)结构的与非型存储单元。与非型存储单元匹配信号线(Match Line)通过与临近的存储单元相互连接形成整体的匹配线。即晶体管T1的源极与前一存储单元的漏极连接，T1的漏极与后一存储单元的源极连接。与非型存储单元的结构决定了所搜索的内容只要有一处与存储内容不匹配，则整条匹配信号线将不会放电。与非型存储单元的缺点是，若内容全部匹配时，匹配信号线通过级联的晶体管T1进行放电，而当存储内容较多时放电速度将会非常的慢。

图2是或非型存储单元，通过连接不同存储单元中开路的漏极形成整体的匹配信号线。采用并联的方式，避免与非型存储单元内部晶体管的级联，使得或非型存储单元非常适用于高速结构当中。如果搜索内容中的某一位和存储单元中的内容不匹配，或非型存储单元的匹配信号线便开始放电。当且仅当所寻找内容匹配时，匹配信号线才不会放电。或非型的存储单元的放电速度较快，但由于频繁放电和充电，使得内容可寻址存储器的功率消耗很大。

为了降低或非型存储单元匹配信号线的功耗问题，目前出现了多种检测方法。图3是电流竞赛检测原理图。如图3所示，基于电流竞赛的检测方法需要一组虚拟匹配信号线(Dummy ML)做对比信号。该DML始终处于匹配的状态。该方法在进行匹配信号线状态检测的时候，首先匹配信号线复位信号(MLrst)有效，将匹配信号线(ML)初始化到低电平；然后匹配线使能信号(MLen)由低变高，开启匹配信号线的充电路径。当DML充电到敏感放大器(SA)的阀值后，产生匹配信号线关断信号(MLoff)，该关断信号将关断所有匹配信号线的充电路径。只有匹配的匹配信号线在该充电时间内才会使得敏感放大器(SA)产生输出信号(MLout)，一旦有不匹配的匹配信号线将不会充电超过敏感放大器(SA)的阀值。该方法通过减少匹配信号线的充电摆幅降低了整体匹配信号线的功耗。

图4是节省电流检测原理图。该方案类似电流竞赛检测方法，同样利用虚拟匹配信号线(DML)和敏感放大器(SA)的阀值电压控制匹配信号线的充电时间，降低整体功耗，该方案的不同之处在于，通过电流节省技术在匹配信号线有丢失的情况下将减小匹配线的充电电流，从而进一步降低整体功耗。

图5是正反馈式检测原理图。该方案类似节省电流的匹配线检测方法，利用正反馈降低在丢失匹配状态下对匹配信号线的充电电流，降低整体功耗。

由上述传统3种方案可知，初始化对匹配信号线的放电仍旧浪费很大的功耗；采用电流节省技术和正反馈技术能够减少在内容不匹配状态下对匹配信号线的充电电流，但需要额外的偏置电压和在控制支路上消耗额外的静态电流为代价。因此，如何更进一步降低或非存储单元匹配信号线的功耗是目前有待解决的重要问题。

发明内容

本发明提供了一种能解决以上问题的内容可寻址存储器存储单元匹配检测方法和电路。

在第一方面，本发明提供了一种内容可寻址存储器存储单元匹配检测方法，其中若干或非存储单元并联形成第一匹配信号线(MLA)和第二匹配信号线(MLB)，所述方法包括：对所述第一匹配信号线充电的充电电路、连接在所述第二匹配线的反馈控制电路；所述若干或非存储单元内容均匹配时，所述第一匹配信号线和所述第二匹配信号线之间存在电压差足以导致输出匹配信号；所述若干或非存储单元中至少一个内容不匹配时，所述第一匹配信号线通过所述内容不匹配的或非存储单元对所述第二匹配信号线充电，并促使所述反馈控制电路关断所述充电电路，由此所述第一匹配信号线和所述第二匹配信号线之间的电压差不足以输出匹配信号。