应用于超低压系统的SRAM电路研究与设计
发布时间：2021-04-05 01:48
静态随机存储器（Static Random Access Memory,SRAM）作为SoC的重要组成部分,己被广泛应用于计算机、便携式移动设备、汽车电子、传感器和医疗设备等需要快速存取的高性能系统中。而随着半导体的制造工艺的不断进步,芯片上集成的晶体管的数目呈指数型增长,但也导致了功耗的增加。SoC的功耗影响电池供电的产品的寿命。为了降低SoC的功耗,对占SoC面积较大比例的SRAM进行低功耗的设计具有重要的研究意义。降低功耗的最有效的方法是降低电源电压,它可以二次方地降低动态功耗,大幅度降低静态功耗。然而,当电源电压降低到近阈值或亚阈值阶段时,受工艺参数波动的影响,单元的稳定性被削弱,甚至无法正常工作。另一方面,低压下软错误率明显升高,通过位交错结构结合传统的编码纠错技术（Error Correction Code,ECC）可以有效地消除软错误,但是会带来半选干扰的问题,影响半选单元的稳定性。针对上述挑战,本文设计了一个可以应用于超低压系统的SRAM单元,它可以稳定地工作在低压下,以达到减小系统功耗的目的。本文首先对超低压SRAM设计做了一个全面的综述。对近十几年的低压SRAM设计...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
低压下各单元的HSNM仿真结果
第四章新型10TSRAM单元的性能仿真与分析37元保持高电平的能力较弱，但是保持0的时候具有最高的HSNM，因为保持0时，NR2管开启，为Q点提供了放电通路，因而Q点可以稳定地保持在低电平。因此，提出的10T单元在低压下可以稳定地保持数据。图4-2低压下各单元的HSNM仿真结果4.1.2读静态噪声容限单元的读稳定性由读静态噪声容限RSNM来衡量，它是指单元在读操作时能够忍受的最大的直流噪声干扰。RSNM的大小取决于单元的是否解决了读干扰的问题。同样在读最差工艺角FNSP下对单元进行仿真，结果如图4-3所示。图4-3低压下各单元的RSNM仿真结果从图中可以看出，单元的RSNM与电源电压成正比。6TMin-Area由于读干扰
电子科技大学硕士学位论文38的问题，读稳定性很差，在电源电压为0.4V时RSNM的值甚至为负数，表明单元在0.4V工作电压下读失败。6TIso-Area虽然增大了单元尺寸，但读干扰的问题依然存在，因此RSNM很低，无法在低压下稳定工作。8T单元、9T单元以及BI10T单元均通过读缓冲结构的设计，消除了读干扰，有效地提高了读稳定性。读缓冲结构的设计使得读操作与写操作分离开来，读电流不再经过单元内部节点，因此，单元的RSNM和HSNM的值几乎相等。PNN10T单元采用伪节点技术，读操作时，电流不经过实际的存储节点，避免了对存储节点的直接干扰，但是这种方法没有完全消除读干扰，因此与其他消除了读干扰的单元相比，PNN10T单元的RSNM略低。SPG11T同样使用了伪节点的技术，且使用了内置的读提升技术，因而RSNM的值较高。提出的10T单元使用伪节点技术，PR2管隔断了读电流对存储节点的直接干扰，且读0时，NR2管的开启保证了单元存储节点的稳定性。因此，提出的10T单元在低压下的读稳定性较高，从图中可以看出，提出的10T单元的RSNM与8T单元相当，略低于SPG11T。4.1.3写裕度单元的写能力由写裕度WM来衡量，WM的值越大，表明单元的写能力越强。在写操作的最差工艺角SNFP下对各单元的写裕度进行仿真，结果如图4-4所示。图4-4低压下各单元的WM仿真结果如图所示，单元的写裕度随着电源电压的降低而减校BI10T的写裕度在比较的单元中最低，甚至为负数，说明该单元在低压下无法成功地执行写操作。这是由于BI10T单元的写路径上堆叠了两个NMOS管，大大削弱了单元的写能力，因此BI10T单元需要借助写辅助技术才能够成功写入数据。6TMin-Area和8T
【参考文献】：
硕士论文
[1]基于28nm工艺低电压SRAM单元电路设计[D]. 关立军.安徽大学 2017
本文编号：3118897
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
低压下各单元的HSNM仿真结果
第四章新型10TSRAM单元的性能仿真与分析37元保持高电平的能力较弱，但是保持0的时候具有最高的HSNM，因为保持0时，NR2管开启，为Q点提供了放电通路，因而Q点可以稳定地保持在低电平。因此，提出的10T单元在低压下可以稳定地保持数据。图4-2低压下各单元的HSNM仿真结果4.1.2读静态噪声容限单元的读稳定性由读静态噪声容限RSNM来衡量，它是指单元在读操作时能够忍受的最大的直流噪声干扰。RSNM的大小取决于单元的是否解决了读干扰的问题。同样在读最差工艺角FNSP下对单元进行仿真，结果如图4-3所示。图4-3低压下各单元的RSNM仿真结果从图中可以看出，单元的RSNM与电源电压成正比。6TMin-Area由于读干扰
电子科技大学硕士学位论文38的问题，读稳定性很差，在电源电压为0.4V时RSNM的值甚至为负数，表明单元在0.4V工作电压下读失败。6TIso-Area虽然增大了单元尺寸，但读干扰的问题依然存在，因此RSNM很低，无法在低压下稳定工作。8T单元、9T单元以及BI10T单元均通过读缓冲结构的设计，消除了读干扰，有效地提高了读稳定性。读缓冲结构的设计使得读操作与写操作分离开来，读电流不再经过单元内部节点，因此，单元的RSNM和HSNM的值几乎相等。PNN10T单元采用伪节点技术，读操作时，电流不经过实际的存储节点，避免了对存储节点的直接干扰，但是这种方法没有完全消除读干扰，因此与其他消除了读干扰的单元相比，PNN10T单元的RSNM略低。SPG11T同样使用了伪节点的技术，且使用了内置的读提升技术，因而RSNM的值较高。提出的10T单元使用伪节点技术，PR2管隔断了读电流对存储节点的直接干扰，且读0时，NR2管的开启保证了单元存储节点的稳定性。因此，提出的10T单元在低压下的读稳定性较高，从图中可以看出，提出的10T单元的RSNM与8T单元相当，略低于SPG11T。4.1.3写裕度单元的写能力由写裕度WM来衡量，WM的值越大，表明单元的写能力越强。在写操作的最差工艺角SNFP下对各单元的写裕度进行仿真，结果如图4-4所示。图4-4低压下各单元的WM仿真结果如图所示，单元的写裕度随着电源电压的降低而减校BI10T的写裕度在比较的单元中最低，甚至为负数，说明该单元在低压下无法成功地执行写操作。这是由于BI10T单元的写路径上堆叠了两个NMOS管，大大削弱了单元的写能力，因此BI10T单元需要借助写辅助技术才能够成功写入数据。6TMin-Area和8T
【参考文献】：
硕士论文
[1]基于28nm工艺低电压SRAM单元电路设计[D]. 关立军.安徽大学 2017
本文编号：3118897
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/3118897.html
