宽电压SRAM恒定低摆幅读电路的研究与设计.pdf

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1、学校代码:10286分类号:TN492密级:公开UDC:621.38学号:151256宽电压SRAM恒定低摆幅读电路的研究与设计研究生姓名:朱吉喆导师姓名:杨军教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称电子科学与技术论文答辩日期2018年6月9日二级学科名称微电子学与固体电子学学位授予日期2018年月日答辩委员会主席蔡跃明评阅人吴建辉蔡跃明2018年6月11日硕士学位论文宽电压SRAM恒定低摆幅读电路的研究与设计专业名称:微电子学与固体电子学研究生姓名:朱吉喆导师姓名:杨军教授RESEARCHANDDESIGNOFCONSTANTLOWSWINGREA

2、DCIRCUITFORWIDEVOLTAGESTATICRANDOM-ACCESSMEMORYAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYZHUJizheSupervisedbyProf.YANGJunSchoolofElectronicScienceandEngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特

3、别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名:日期:东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊(光盘版)》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借

4、阅,可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名:导师签名:日期:摘要摘要静态随机存取存储器(StaticRandom-AccessMemory,SRAM)是片上系统(SystemonChip,SoC)的重要组成模块之一,其读能效对SoC整体指标的意义重大。在先进工艺和低电压下,晶体管的工艺偏差增大,使得SRAM读操作中的存储单元位线放电时间偏差和灵敏放大器使能信号使能时间偏差均增大,位线摆幅因此增大且读延时和读能耗增加,这导致在宽电压设计中需要为读操作预留足够的裕

5、度。因此,宽电压SRAM低摆幅读电路需要新的设计方案。本文的主要工作包括:(1)总结了传统SRAM低摆幅读方案、消除灵敏放大器使能信号的SRAM低摆幅读方案和降低位线预充电电压的SRAM低摆幅读方案,分析表明第三种读方案能够以较简洁有效的方式解决宽电压SRAM读操作所面临的挑战;(2)设计了位线分级结构的读缓冲电路;(3)分析了电压型差分灵敏放大器的失调电压模型,论证了宽电压SRAM全局位线恒定低摆幅读方案的合理性,并通过改变传输管的类型改进设计了灵敏放大器;(4)基于晶体管的阈值特性和电荷共享原理,分别设计了两种不同控制逻辑(组合逻辑和电容)的宽电压恒定低电平预充

6、电路并建立模型,仿真结果表明,上述两种预充电路在宽电压范围内分别将全局位线预充到126mV和133mV左右,最后本文将电荷共享的组合逻辑预充电路应用于宽电压SRAM恒定低摆幅读电路中。基于TSMC28nm工艺,本文设计并物理实现了容量为8Kb的宽电压SRAM恒定低摆幅读电路。后仿真结果表明,低电压0.6V时,本文读电路的读延时和读能耗分别为3ns和1.79pJ,相比于传统SRAM读电路分别降低了44%和49%;常规电压0.9V时,本文读电路的读延时和读能耗分别为543ps和5.88pJ,相比于传统SRAM读电路分别降低了15%和26%;且当综合考虑面积、性能和能耗时

7、,本文读电路优于同等条件下复现的近年发表文献中读电路的后仿真结果。关键词:静态随机存取存储器,宽电压,恒定低摆幅,预充电路,读电路IAbstractAbstractAsoneofthemostimportantcomponentsofSystemonChip(SoC),thereadenergyefficiencyofStaticRandom-AccessMemory(SRAM)hasasignificantimpacttoSoC.Underadvancedprocesstechnologyandlowsupplyvoltage,theenlargedvaria

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