[发明专利]用于三元内容可寻址存储器的伪NOR单元

说明书

技术领域

本公开一般涉及三元内容可寻址存储器(TCAM)。具体而言，本公开涉及TCAM的伪NOR架构。

背景

TCAM通常被用于路由器和以太网交换机中以用于网际协议(IP)地址转发。存储元件通常使用动态NOR/NAND(或非/与非)类型单元来设计。

内容可寻址存储器(CAM)支持读取操作、写入操作、以及比较操作。与CAM中条目的宽度(例如，每字比特)相同的比较总线在时钟边沿处输入。比较总线的数据与CAM中的每个条目同时进行比较。也就是说，比较是并行发生的，因此总线可在一个时钟循环期间与CAM中的每个条目进行比较。当条目中的每个比特与比较总线中的对应比特相匹配时，条目是匹配。替换地，当条目中的任何比特与比较总线中的对应比特不相匹配时，条目是失配。CAM中的条目的比特或为0，或为1。

TCAM类似于CAM，外加可存储于单元中的掩码值。该掩码值可被称为本地掩码。掩码值不与比较比特进行比较，由此比较结果将总是匹配。

图1解说常规TCAM 100的架构。如图1中所解说的，搜索字(诸如，“1101”)被输入到TCAM 100的寄存器150。该搜索字与TCAM单元110中所存储的值进行比较。TCAM通常每级具有16个TCAM单元。搜索跨TCAM单元110同时进行。TCAM单元110的内容可以是高比特(1)、低比特(0)、或掩码值(X)。在搜索之前，每组TCAM单元120-126的匹配线130-136被设置为高。匹配线130-136被输入到优先级编码器140。TCAM 100输出(ML_输出)与搜索字线相匹配的那组TCAM单元的地址。由于该搜索是并行搜索，所以该搜索可在一个时钟循环中完成。应注意，掩码值可以是0或1，此外，在本公开中，掩码值可被称为X。

作为示例，如图1中所解说的，第一组TCAM单元120被设置成“1X 01”，第二组TCAM单元122被设置成“10X 1”，第三组TCAM单元124被设置成“1 1X X”，并且第四组TCAM单元126被设置成“1X 1X”。在将TCAM单元的内容与搜索比特进行比较时，在TCAM单元的内容为掩码值X的情况下，该比较将产生匹配。因此，根据图1中所解说的示例，第一组TCAM单元120和第三组TACM单元124与寄存器150中的搜索字相匹配。相应地，第一组TCAM单元120和第三组TCAM单元124的匹配线130、134将指示匹配，并且优先级编码器140输出第一组TCAM单元120和第三组TCAM单元124的地址。

常规TCAM架构是动态电路并且具有高动态功率耗散。在一些情形中，TCAM可具有动态NAND架构。在其他情形中，TCAM可具有动态NOR架构。

图2解说了常规动态NAND TCAM 200。如图2中所解说的，动态NAND架构200包括从上拉晶体管210通过预充电线PRE#充电的匹配线ML_NAND。匹配线ML_NAND被连接至一连串中间匹配线ML₀-ML_n-1。中间匹配线ML₀-ML_n-1中的每一条中间匹配线经由传输门被耦合至掩码单元Mask₀-Mask_n-1和键单元Key₀-Key_n-1。传输门包括耦合至键单元Key₀-Key_n-1的键NMOS晶体管202以及耦合至掩码单元Mask₀-Mask_n-1的掩码NMOS晶体管204。

掩码单元Mask₀-Mask_n-1的内容在展开掩码单元222中解说。如展开掩码单元222中所示，掩码单元Mask₀-Mask_n-1是SRAM单元，其包括掩码值M、掩码值逆(bar)M#、掩码字线WLM、掩码比特线BLM、以及掩码比特线逆BLM#。键单元Key₀-Key_n-1的内容在展开键单元220中解说。如展开键单元220中所示，键单元Key₀-Key_n-1是具有XNOR逻辑的SRAM单元。键单元Key₀-Key_n-1还包括搜索线SL、搜索线逆SL#、键比特线BLK、键比特线逆BLK#、键值K、键逆值K#、以及键写入线WLK。