靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（Static Random Access Memory,SRAM）作為SoC的重要組成部分,己被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、便攜式移動(dòng)設(shè)備、汽車電子、傳感器和醫(yī)療設(shè)備等需要快速存取的高性能系統(tǒng)中。而隨著半導(dǎo)體的制造工藝的不斷進(jìn)步,芯片上集成的晶體管的數(shù)目呈指數(shù)型增長(zhǎng),但也導(dǎo)致了功耗的增加。SoC的功耗影響電池供電的產(chǎn)品的壽命。為了降低SoC的功耗,對(duì)占SoC面積較大比例的SRAM進(jìn)行低功耗的設(shè)計(jì)具有重要的研究意義。降低功耗的最有效的方法是降低電源電壓,它可以二次方地降低動(dòng)態(tài)功耗,大幅度降低靜態(tài)功耗。然而,當(dāng)電源電壓降低到近閾值或亞閾值階段時(shí),受工藝參數(shù)波動(dòng)的影響,單元的穩(wěn)定性被削弱,甚至無(wú)法正常工作。另一方面,低壓下軟錯(cuò)誤率明顯升高,通過(guò)位交錯(cuò)結(jié)構(gòu)結(jié)合傳統(tǒng)的編碼糾錯(cuò)技術(shù)（Error Correction Code,ECC）可以有效地消除軟錯(cuò)誤,但是會(huì)帶來(lái)半選干擾的問(wèn)題,影響半選單元的穩(wěn)定性。針對(duì)上述挑戰(zhàn),本文設(shè)計(jì)了一個(gè)可以應(yīng)用于超低壓系統(tǒng)的SRAM單元,它可以穩(wěn)定地工作在低壓下,以達(dá)到減小系統(tǒng)功耗的目的。本文首先對(duì)超低壓SRAM設(shè)計(jì)做了一個(gè)全面的綜述。對(duì)近十幾年的低壓SRAM設(shè)計(jì)... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

低壓下各單元的HSNM仿真結(jié)果

第四章新型10TSRAM單元的性能仿真與分析37元保持高電平的能力較弱，但是保持0的時(shí)候具有最高的HSNM，因?yàn)楸３?時(shí)，NR2管開(kāi)啟，為Q點(diǎn)提供了放電通路，因而Q點(diǎn)可以穩(wěn)定地保持在低電平。因此，提出的10T單元在低壓下可以穩(wěn)定地保持?jǐn)?shù)據(jù)。圖4-2低壓下各單元的HSNM仿真結(jié)果4.1.2讀靜態(tài)噪聲容限單元的讀穩(wěn)定性由讀靜態(tài)噪聲容限RSNM來(lái)衡量，它是指單元在讀操作時(shí)能夠忍受的最大的直流噪聲干擾。RSNM的大小取決于單元的是否解決了讀干擾的問(wèn)題。同樣在讀最差工藝角FNSP下對(duì)單元進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖4-3所示。圖4-3低壓下各單元的RSNM仿真結(jié)果從圖中可以看出，單元的RSNM與電源電壓成正比。6TMin-Area由于讀干擾

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文38的問(wèn)題，讀穩(wěn)定性很差，在電源電壓為0.4V時(shí)RSNM的值甚至為負(fù)數(shù)，表明單元在0.4V工作電壓下讀失敗。6TIso-Area雖然增大了單元尺寸，但讀干擾的問(wèn)題依然存在，因此RSNM很低，無(wú)法在低壓下穩(wěn)定工作。8T單元、9T單元以及BI10T單元均通過(guò)讀緩沖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，消除了讀干擾，有效地提高了讀穩(wěn)定性。讀緩沖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使得讀操作與寫(xiě)操作分離開(kāi)來(lái)，讀電流不再經(jīng)過(guò)單元內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，因此，單元的RSNM和HSNM的值幾乎相等。PNN10T單元采用偽節(jié)點(diǎn)技術(shù)，讀操作時(shí)，電流不經(jīng)過(guò)實(shí)際的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，避免了對(duì)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的直接干擾，但是這種方法沒(méi)有完全消除讀干擾，因此與其他消除了讀干擾的單元相比，PNN10T單元的RSNM略低。SPG11T同樣使用了偽節(jié)點(diǎn)的技術(shù)，且使用了內(nèi)置的讀提升技術(shù)，因而RSNM的值較高。提出的10T單元使用偽節(jié)點(diǎn)技術(shù)，PR2管隔斷了讀電流對(duì)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的直接干擾，且讀0時(shí)，NR2管的開(kāi)啟保證了單元存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性。因此，提出的10T單元在低壓下的讀穩(wěn)定性較高，從圖中可以看出，提出的10T單元的RSNM與8T單元相當(dāng)，略低于SPG11T。4.1.3寫(xiě)裕度單元的寫(xiě)能力由寫(xiě)裕度WM來(lái)衡量，WM的值越大，表明單元的寫(xiě)能力越強(qiáng)。在寫(xiě)操作的最差工藝角SNFP下對(duì)各單元的寫(xiě)裕度進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖4-4所示。圖4-4低壓下各單元的WM仿真結(jié)果如圖所示，單元的寫(xiě)裕度隨著電源電壓的降低而減校BI10T的寫(xiě)裕度在比較的單元中最低，甚至為負(fù)數(shù)，說(shuō)明該單元在低壓下無(wú)法成功地執(zhí)行寫(xiě)操作。這是由于BI10T單元的寫(xiě)路徑上堆疊了兩個(gè)NMOS管，大大削弱了單元的寫(xiě)能力，因此BI10T單元需要借助寫(xiě)輔助技術(shù)才能夠成功寫(xiě)入數(shù)據(jù)。6TMin-Area和8T

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]基于28nm工藝低電壓SRAM單元電路設(shè)計(jì)[D]. 關(guān)立軍.安徽大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3118897