阻变存储器外围电路设计

发布时间：2017-08-09 04:19

  本文关键词：阻变存储器外围电路设计

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【摘要】：随着便携设备如手机、平板电脑等设备的兴起，集成电路产业得到了前所未有的发展机会。得益于电子产品性能的不断提升，它们在人们生活中扮演的角色越来越重要，方便了人们的生活和工作。但便携式电子产品的体积和续航时间一直是制约它进一步发展的瓶颈。由于电子产品的功能实际上是信息的存储和传输，对于低功耗、高密度的存储器需求日益强烈，所以说现代科技对于存储技术提出了新的挑战。本文依托于国家“863”高技术研究发展计划，对新兴的阻变存储器进行了的探讨与研究。 通过比较几种现代主流新型非挥发型存储器的优缺点，选择阻变存储器这种具有广泛应用前景的新存储技术作为研究对象。为了降低阻变存储器的电源电压和功耗，从而提高阻变存储器外围电路的可靠性，，本文结合国内外在阻变存储器方面的最新的研究成果，对于这种新型的存储技术尤其是外围电路做了深入的研究。 首先对阻变存储技术原理、基本架构和读写机制进行了详细的介绍，针对阻变存储器的存储特性，对阻变存储器外围电路中关键的模块进行了优化设计，具体包括写电路、Verify电路、灵敏放大器、带隙基准源电路等。由于在存储器芯片中，存储单元的面积直接决定着芯片的整体面积，所以在该设计中，通过两个存储单元共用同一源线的办法，使芯片的面积降低了将近50%；因为阻变存储单元中的电阻容易受到较高写电压的损害而误写，设计出新型的Verify电路结构，确定合适的写入电压，成功的降低了阻变存储器误写的概率；针对阻变存储器为单端读出的特点，设计出适用于RRAM的单端式灵敏放大器结构，增加了读出电路的稳定性；设计出了稳定性极高的低压低功耗的带隙基准结构，使整个芯片能够工作在较低的电源电压下。最后根据版图设计的规则，成功进行了整个电路的版图设计。
【关键词】：阻变存储器 存储单元 灵敏放大器 带隙基准源
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究的背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.3 论文的主要工作15-17
• 第2章 阻变存储器结构与原理17-31
• 2.1 主流新型存储技术17-19
• 2.1.1 磁阻式存储器17-18
• 2.1.2 铁电存储器18
• 2.1.3 相变存储器18
• 2.1.4 阻变存储器18-19
• 2.2 阻变存储器的总体架构与存储机理19-21
• 2.2.1 阻变存储器的总体结构19-20
• 2.2.2 阻变存储器的存储机理20-21
• 2.3 阻变存储器单元21-24
• 2.3.1 1R 结构21-22
• 2.3.2 1D1R 结构22
• 2.3.3 1T1R 结构22-23
• 2.3.4 本设计中的存储单元结构23-24
• 2.4 阻变存储器电路的工作流程24-30
• 2.4.1 FORM 操作24-25
• 2.4.2 写操作25-26
• 2.4.3 Verify 电路26-29
• 2.4.3.1 Verify 电路设计26-29
• 2.4.3.2 Verify 电路版图设计29
• 2.4.4 读操作29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 灵敏放大器的设计31-40
• 3.1 几种常见的差分式灵敏放大器31-35
• 3.1.1 运放型灵敏放大器结构31-33
• 3.1.2 锁存型灵敏放大器33-34
• 3.1.3 交叉耦合型灵敏放大器34-35
• 3.2 单端式可编程灵敏放大器的设计35-38
• 3.2.1 单端式灵敏放大器实现方法36-37
• 3.2.2 可编程灵敏放大器37-38
• 3.3 灵敏放大器版图38
• 3.4 本章小结38-40
• 第4章 阻变存储器电路中带隙基准的设计40-53
• 4.1 带隙基准的主要参数与基本原理40-43
• 4.1.1 带隙基准的主要参数40-41
• 4.1.2 温度无关的基准源的实现方法41-43
• 4.1.2.1 负温度系数电压41
• 4.1.2.2 正温度系数电压41-42
• 4.1.2.3 实现零温度系数的基准电压42-43
• 4.2 常用的带隙电压基准结构43-46
• 4.2.1 利用 PTAT 电流产生基准电压43-44
• 4.2.2 低电压低功耗的带隙基准电路结构44-46
• 4.3 带隙基准中的运算放大器46-48
• 4.3.1 运算放大器的主体电路46-47
• 4.3.2 运算放大器的偏置电路47-48
• 4.4 带隙基准的启动电路48-50
• 4.5 带隙基准的版图设计50-52
• 4.5.1 版图设计面临的挑战50
• 4.5.2 本设计中应对版图设计挑战的方法50-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 外围电路的仿真分析53-57
• 5.1 灵敏放大器仿真结果分析53-54
• 5.2 带隙基准的仿真54-56
• 5.2.1 电源抑制比的仿真54-55
• 5.2.2 温度特性仿真55
• 5.2.3 带隙基准源中运算放大器的仿真55-56
• 5.3 本章小结56-57
• 总结与展望57-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-64
• 附录 A 攻读学位期间发表的论文64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 吴雨欣;李萌;林殷茵;;一种提高阻变存储器擦除可靠性的写电路设计[J];固体电子学研究与进展;2011年05期

2 王源;贾嵩;甘学温;;新一代存储技术:阻变存储器[J];北京大学学报(自然科学版);2011年03期

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4 陆游游;舒继武;;闪存存储系统综述[J];计算机研究与发展;2013年01期

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本文编号：643505