[发明专利]一种超低写功耗的静态随机存储器写操作的控制方法

摘要

本发明涉及一种超低写功耗的静态随机存储器及其写操作的控制方法，通过将传统的6管存储单元的访问管由NMOS晶体管改为PMOS晶体管，并将原来的NMOS下拉管源端所接的地端改为由写字线反WWL_N控制的NMOS电流源的虚地端，将传统的6管存储单元改造成电压型灵敏放大器；并在写数据通路中加入灵敏放大器作为写数据缓存。在写操作时，本发明先将写数据写到灵敏放大器中缓存起来，再通过灵敏放大器的放大线对位线放电，并利用存储单元自身的放大能力，只需要很小的位线电压差，即可完成对存储单元的写操作，节省了写操作所消耗的位线翻转功耗。与传统的位线全摆幅写操作相比，单次写操作所消耗的位线翻转功耗下降了4.2倍。

主权项

1.基于超低写功耗的静态随机存储器写操作的控制方法，其特征在于：在保持模式时的控制方法是：写使能信号WE为低，写驱动器关闭；同时，线预充电信号BL_PRE_N为低，位线预充电、均衡器中3个PMOS晶体管都处于导通状态，位线BL和位线反BL_N被预充到电源电压VCC；同时，所有的字线反WL_N为高，所有6管存储单元中访问PMOS晶体管关断；同时，所有的写字线反WWL_N为高，所有的共享NMOS电流源打开，所有的虚地为低，因此所有的6管存储单元的处于保持数据状态；同时，读写使能反RWE_N为高，灵敏放大器输入开关PMOS晶体管P3、P4关断，位线BL、位线反BL_N和放大线SL、放大线反SL_N被隔离；同时，灵敏放大器使能SAE为低，NMOS电流开关N30关断；同时，放大线SL/SL_N预充电反SA_PRE_N为低，灵敏放大器放大线预充电与均衡PMOS晶体管P5‑P7导通，放大线SL、放大线反SL_N保持在电源电压VCC，同时虚地保持在VCC‑Vtn，Vtn为灵敏放大器下拉NMOS晶体管N31、NMOS晶体管N32的阈值电压；写数据时的控制方法是：1)灵敏放大器放大线预充电反SA_PRE_N拉高，灵敏放大器放大线预充电与均衡的3个PMOS晶体管关断，放大线SL和位线反SL_N浮空；2)写使能信号WE为高，写驱动器打开，写驱动器将写数据D驱动至放大线SL和放大线反SL_N，放大线SL和放大线反SL_N中的其中一条保持在预充电电平VCC，另一条被从VCC放电到地VSS；3)写使能信号WE拉低，写驱动器关闭；同时，灵敏放大器使能SAE为高，NMOS电流开关N30打开，虚地被拉到地VSS；由灵敏放大器下拉NMOS晶体管N31，上拉PMOS晶体管P31、上拉PMOS晶体管P31P32组成的交叉耦合反向形成正反馈，将有写驱动器写入的写数据D保存在放大线SL和放大线反SL_N上；4)被选中的6管存储单元写字线反WWL_N拉低，NMOS电流源关断，虚地浮空；字线反WL_N拉低，两个访问PMOS晶体管打开，存储单元数据BIT和BITB被位线BL和位线反BL_N预充到电源电压VCC；5)位线预充电反BL_PRE_N拉高，位线预充电与均衡器中3个PMOS晶体管关断，位线BL和位线反BL_N浮空；6)读写使能反RWE_N拉低，灵敏放大器输入开关PMOS晶体管P3、PMOS晶体管P4打开，位线BL、位线反BL_N和放大线SL、放大线反SL_N连通；如果写入的数据D为0，则灵敏放大器放大线SL为低，放大线反SL_N为高；由于PMOS晶体管P3、NMOS晶体管N31、NMOS晶体管N30导通，灵敏放大器通过放大线SL对位线BL放电；而另外一端，SL_N保持为VCC，而PMOS晶体管P4导通，所以位线反BL_N保持在电源电压VCC；位线BL和位线反BL_N间的电压差会传到存储数据BIT和数据反BITB上；当位线BL和位线反BL_N的电压差到达该灵敏放大器的失调电压Voffset时，读写使能反RWE_N拉高，灵敏放大器输入开关PMOS晶体管P3、PMOS晶体管P4关断，位线BL、位线反BL_N和放大线SL、放大线反SL_N被隔离；同时，被选中的6管存储单元字线反WL_N拉高，被选中的6管存储单元中访问PMOS晶体管关断；同时，被选中的存储单元的写字线反WWL_N拉高，NMOS电流源打开，虚地被拉到地；被选中的存储单元中交叉耦合的反相器通过正反馈，将数据BIT和数据反BITB之间的电压差迅速放大到全摆幅；如果写入的数据D为1，则灵敏放大器放大线反SL_N为低，放大线SL为高；由于P4、N32、N30导通，灵敏放大器通过放大线反SL_N对位线BL_N放电；而另外一端，SL保持为VCC，而P3导通，所以位线BL保持在电源电压VCC；位线BL和位线反BL_N间的电压差会传到存储数据BIT和数据反BITB上；当位线BL和位线反BL_N的电压差到达该灵敏放大器的失调电压Voffset时，读写使能反RWE_N拉高，灵敏放大器输入开关PMOS晶体管P3、PMOS晶体管P4关断，位线BL、位线反BL_N和放大线SL、放大线反SL_N被隔离；同时，被选中的6管存储单元字线反WL_N拉高，被选中的6管存储单元中访问PMOS晶体管关断；同时，被选中的存储单元的写字线反WWL_N拉高，NMOS电流源打开，虚地被拉到地；被选中的存储单元中交叉耦合的反相器通过正反馈，将数据BIT和数据反BITB之间的电压差迅速放大到全摆幅；7)当写操作结束时，灵敏放大器使能SAE拉低，NMOS电流开关N30关断，同时，放大线SL/SL_N预充电反SA_PRE_N拉低，放大线SL/SL_N预充电与均衡PMOS晶体管P5‑P7打开，将放大线SL和放大线反SL_N充电至电源电压VCC。