宽电压SRAM灵敏放大器的研究与实现

发布时间：2017-04-14 03:09

  本文关键词：宽电压SRAM灵敏放大器的研究与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着智能手机等消费类电子的快速普及,对高性能低功耗片上系统(System on chip, SoC)的需求持续上升,而近阈值宽电压设计是实现高性能和低功耗设计的最佳选择。作为SoC的重要组成模块,宽电压静态随机存储器(Static Random Access Memory, SRAM)成为业界的研究热点,而灵敏放大器(Sense Amplifier, SA)决定着SRAM的速度、功耗和稳定性,所以需要精心设计。宽电压灵敏放大器的设计难点主要有：(1)低电压下,出现单端读结构存储单元,传统差分灵敏放大器与之不兼容；(2)为保证检测良率SA时序控制需要留出足够裕度,造成位线摆幅过大功耗增加。本文的主要研究工作包括：(1)总结和比较了常用的差分、单端灵敏放大器电路,对比了他们的各自优缺点和适用范围。综合考虑面积、性能和稳定性等指标,小信号检测的灵敏放大器更适合高电压SRAM设计；而不需要使能信号的全摆幅检测方案更适合低电压、小容量SRAM。(2)提出了一种可根据自身失调极性自选择参考电压的宽电压低功耗伪差分灵敏放大器。与小信号检测的常规伪差分SA相比,本方案在高电压下基于补偿电压的校准原理降低了SA失调电压。而在低电压下相较于全摆幅的RSSA,本方案通过降低位线预充电压技术显著减小了位线摆幅。通过仿真证明本文提出的方案在电源电压为0.8.1.1V时,相较于传统伪差分SA,失调电压降低了36.7%以上；为0.6-0.7V时,与RSSA相比位线摆幅减少了50%。在宽电压范围下,与现有灵敏放大器对比,本方案SA综合性能至少提高了12.6%。基于SMIC 40nm LL CMOS工艺,本文参与完成了一款64Kbits的宽电压SRAM设计,主要负责实现灵敏放大器模块。测试结果表明：常规电压1.1V下,SRAM+MBIST整体工作频率为215MHz,而在0.6V下,整体的工作频率为43MHz。采用本文设计,相比传统全摆幅SA,在0.6V下,SRAM读功耗降低了12.2%,在1.1V时降低了13.9%。
【关键词】：静态随机存取存储器 宽电压 灵敏放大器 失调电压 参考电压
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 论文研究背景9-11
• 1.1.1 SRAM的研究意义9-10
• 1.1.2 宽电压SRAM的重要性10-11
• 1.2 宽电压SA设计挑战及研究现状11-17
• 1.2.1 低电压下SA与存储单元兼容问题12-14
• 1.2.2 SA时序控制造成的位线摆幅问题14-17
• 1.3 论文主要工作及创新点17
• 1.4 论文组织结构17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第二章 宽电压灵敏放大器19-31
• 2.1 差分灵敏放大器19-24
• 2.2 单端灵敏放大器24-29
• 2.3 本章小结29-31
• 第三章 参考电压自选择的宽电压低功耗伪差分SA31-59
• 3.1 灵敏放大器设计指标31-40
• 3.1.1 灵敏放大器设计指标31
• 3.1.2 SA关键指标理论分析31-40
• 3.2 参考电压自选择的宽电压低功耗伪差分SA40-56
• 3.2.1 降低SA失调电压偏差原理41-45
• 3.2.2 低电压降低位线摆幅原理45-49
• 3.2.3 宽电压低功耗SA电路设计49-56
• 3.3 仿真及结果比较56-57
• 3.4 本章小结57-59
• 第四章 宽电压灵敏放大器实现及结果对比59-67
• 4.1 宽电压灵敏放大器应用与实现59
• 4.2 SRAM测试方案59-61
• 4.3 测试结果分析及比较61-65
• 4.4 本章小结65-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 总结67-68
• 5.2 展望68-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-74

【参考文献】

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1 郭新军;解沛轩;;国际半导体技术发展路线图(ITRS)2012版综述(4)[J];中国集成电路;2014年03期

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本文编号：305065