[发明专利]非易失存储器读出电路及读出方法

说明书

本发明提供一种非易失存储器读出电路及读出方法，包括：纳秒级充电脉冲产生模块，产生后充电脉冲信号；充电电压产生模块，产生后充电电压；读位线充电模块，给读位线充电；第一参考读电压生成电路，给参考读位线充电，并产生参考读电流和第一参考读电压；灵敏放大器，将参考读电流与读出电流相比较，产生读出电压信号。本发明提高了读位线电压上升的速度，降低了读出电流的峰值，降低了动态功耗，降低了读出电流及参考读电流到达稳定值所需的时间；且在参考读电流中引入寄生参数的匹配，在读电流中引入对电流镜寄生参数的匹配，并对读位线和读参考位线进行后充电操作，最大程度的消除了伪读取现象，减小了读出时间。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种非易失存储器读出电路及读出方法。

背景技术

在集成电路制造领域，随着工艺节点不断缩小，传统的电荷类存储器受到越来越大的限制。各种各样的新型存储器和新型结构被发明出来以突破原有的极限：MLC NAND，MLC NOR，TLC NAND，MRAM，RRAM，FeRAM，3D-Xpoint，3D-NAND等。传统和新型的存储器读延时各有不同：作为内存的SRAM，DRAM读取时间在10ns以内，NAND Flash在50us左右，3D-NAND在500us左右，硬盘则在10ms左右。若能进一步挖掘存储器的读取时间，将大幅提高它的竞争力。

相变存储器(Phase Change Memory，PCM)是基于Ovshinsky在20世纪60年代末提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器，其工作原理是利用加工到纳米尺寸的相变材料在晶态与非晶态时不同的电阻状态来实现数据的存储。相变存储器作为一种新型存储器，由于其读写速度快、可擦写耐久性高、保持信息时间长、存储密度大、读写功耗低以及非挥发等特性，被业界认为是最有发展潜力的下一代存储器之一。相变存储器以硫系化合物材料为存储介质，利用电脉冲或光脉冲产生的焦耳热使相变存储材料在非晶态(材料呈高阻状态)与晶态(材料呈低阻状态)之间发生可逆相变而实现数据的写入和擦除，数据的读出则通过测量电阻的大小来实现。

非易失存储器的读操作是通过测量被选中的存储单元的电阻值来实现。一个预设的电压或电流被加于选中的存储单元，同时读取存储单元流过的电流或两端电压；再将读取电流或电压与一个参考读电流或电压相比较，即可确定存储单元的相态。参考读电压生成电路用于产生参考读电流或电压，灵敏放大器用于产生读出电流并对读出电流和参考读电流进行比较。读取速度和动态功耗是读出电路两个重要的考核指标。

当存储阵列大于一定规模时，阵列中的寄生效应会使读电流在读操作开始后剧烈变化，这往往会减慢芯片的读取速度。传统技术方案对寄生效应进行电路匹配设计，使参考读电压生成电路产生了随时间变化、与读电流瞬态曲线相似的参考读电流，参考读电流处在低阻态读电流和高阻态读电流之间的时间更早，因此可提高读取速度。该技术应用于40nm PCM芯片的仿真结果如图1所示，读取低阻态非易失电阻，其中，EN为读使能信号，DO为读出结果，Iref为参考读电流，Iread-set为晶态读电流，V_RBL为位线电压。读使能信号在1μs开始上升，读取时间为5.36ns，1.01μs时V_BL为114.75mV，Iref和Iread-set在读取操作的初始阶段有两个尖峰，分别为14.57μA和14.42μA。电流的两个尖峰由阵列中的寄生效应引起，进而导致了高的动态功耗；同时读电流和参考读电流从峰值下降到稳定值也需要时间，因此高的尖峰降低了读取速度。

因此，如何改善当前非易失存储器读出时间过长和动态功耗过大，并发展相应的电路技术，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种非易失存储器读出电路及读出方法，用于解决现有技术中非易失存储器读出时间过长、动态功耗过大等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种非易失存储器读出电路，所述非易失存储器读出电路至少包括：