靜態(tài)隨機存儲器（Static Random Access Memory,SRAM）作為SoC的重要組成部分,己被廣泛應(yīng)用于計算機、便攜式移動設(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步,芯片上集成的晶體管的數(shù)目呈指數(shù)型增長,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,對占SoC面積較大比例的SRAM進行低功耗的設(shè)計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,受工藝參數(shù)波動的影響,單元的穩(wěn)定性被削弱,甚至無法正常工作。另一方面,低壓下軟錯誤率明顯升高,通過位交錯結(jié)構(gòu)結(jié)合傳統(tǒng)的編碼糾錯技術(shù)（Error Correction Code,ECC）可以有效地消除軟錯誤,但是會帶來半選干擾的問題,影響半選單元的穩(wěn)定性。針對上述挑戰(zhàn),本文設(shè)計了一個可以應(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,以達到減小系統(tǒng)功耗的目的。本文首先對超低壓SRAM設(shè)計做了一個全面的綜述。對近十幾年的低壓SRAM設(shè)計... 

【文章來源】：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

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：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的時候具有最高的HSNM，因為保持0時，NR2管開啟，為Q點提供了放電通路，因而Q點可以穩(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來衡量，它是指單元在讀操作時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題。同樣在讀最差工藝角FNSP下對單元進行仿真，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的問題，讀穩(wěn)定性很差，在電源電壓為0.4V時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，但讀干擾的問題依然存在，因此RSNM很低，無法在低壓下穩(wěn)定工作。8T單元、9T單元以及BI10T單元均通過讀緩沖結(jié)構(gòu)的設(shè)計，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)計使得讀操作與寫操作分離開來，讀電流不再經(jīng)過單元內(nèi)部節(jié)點，因此，單元的RSNM和HSNM的值幾乎相等。PNN10T單元采用偽節(jié)點技術(shù)，讀操作時，電流不經(jīng)過實際的存儲節(jié)點，避免了對存儲節(jié)點的直接干擾，但是這種方法沒有完全消除讀干擾，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)點技術(shù)，PR2管隔斷了讀電流對存儲節(jié)點的直接干擾，且讀0時，NR2管的開啟保證了單元存儲節(jié)點的穩(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寫裕度單元的寫能力由寫裕度WM來衡量，WM的值越大，表明單元的寫能力越強。在寫操作的最差工藝角SNFP下對各單元的寫裕度進行仿真，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，單元的寫裕度隨著電源電壓的降低而減校BI10T的寫裕度在比較的單元中最低，甚至為負(fù)數(shù)，說明該單元在低壓下無法成功地執(zhí)行寫操作。這是由于BI10T單元的寫路徑上堆疊了兩個NMOS管，大大削弱了單元的寫能力，因此BI10T單元需要借助寫輔助技術(shù)才能夠成功寫入數(shù)據(jù)。6TMin-Area和8T

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



本文編號：3118897