專利名稱：一種單端位線敏感放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及SRAM中數(shù)據(jù)位線的敏感放大檢測技術，特別涉及一種單端位線敏感 放大器。
背景技術：
隨著靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)容量的增加，數(shù)據(jù)位線的負載電容也越來越大。為了 加速SRAM的訪問速度， 一般會將大容量的SRAM劃分成多個不同的組(BANK)。而對SRAM的 讀寫操作將會由SRAM中的控制邏輯控制，轉化為對不同的BANK的讀寫。這樣原本的很長 的訪問時間就會降低。同時利用敏感放大器對位線上的電平變化進行檢測，進一步降低了 SRAM的讀出延時。 典型的6T SRAM內核結構的讀寫邏輯一般使用差分結構。同時差分結構的敏感放 大器在位線的電壓檢測技術中也十分成熟。當SRAM的讀寫端口增加的時候，為了保持SRAM 設計的高密度，此時對于SRAM內核的讀寫邏輯會采用單端的位線結構。因此單端位線的敏 感放大器的設計好壞對整個SRAM的性能將會產(chǎn)生很大的影響。 單端位線的敏感放大器有很多種類，有基于電壓檢測的，也有基于電流檢測的敏 感放大器。其中美國專利公開號為5426385的Double positive feedback loopprecharge CMOS single-ended sense amplifier便是一種利用正反饋的電壓檢測的敏感放大器。文 章"A current direction sense technique for multiport SRAM's， ，，IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 31，pp. 546-551，Apr. 1996.中設計了基于電流方向檢測的單端敏感放大器。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，為克服基于電壓和電流檢測的敏感放大器對位線中信號變化 不太敏感的特性，從而提出了一種單端位線敏感放大器。 本發(fā)明提供了 一種適用于單端位線電壓檢測的敏感放大電路。該敏感放大器通過 檢測輸入端位線的放電趨勢，從而快速的對位線變化做出響應。 —種單端位線敏感放大器，該單端位線敏感放大器通過檢測位線的放電趨勢對位 線的變化進行快速的反應，所述的單端位線敏感放大器包含一用于檢測輸入端位線電壓 變化的位線放電趨勢檢測電路；和一用于輸出單端位線敏感放大器信號的輸出判斷邏輯電 路； 所述的位線放電趨勢檢測電路包含晶體管Pl，晶體管P2，晶體管Nl和晶體管
N2 ;其中晶體管P1和晶體管P2的柵極相連，接入?yún)⒖茧妷?；晶體管N1、晶體管N2組成普通
的電流鏡，將晶體管N1中電流的變化反應到晶體管N2，晶體管N2的源極與晶體管P2的漏
極相連，輸出位線放電趨勢檢測電路的信號給所述的輸出判斷邏輯電路，所述的輸出判斷
邏輯電路對該信號取非，得到單端位線敏感放大器的輸出信號進行輸出。 所述的單端位線敏感放大器，其特征在于，所述的晶體管Pl和晶體管P2用PM0S
晶體管，其中，P1的柵極和P2的柵極相連，受控制于參考電壓；P1連接至位線輸入端和節(jié)點B之間；P2連接至節(jié)點C和電源之間。 所述的所述的單端位線敏感放大器，其特征在于，所述的晶體管N1和晶體管N2用 NM0S晶體管；其中，Nl的柵極和源極及N2的柵極相連于節(jié)點B， Nl連接至節(jié)點B和地線之 間；N2連接至節(jié)點C和地線之間。 所述的單端位線敏感放大器，其特征在于，所述的參考電壓為可調節(jié)電壓，通過調 節(jié)該參考電壓可以改變單端位線敏感放大器的敏感程度。 所述的單端位線敏感放大器，其特征在于，所述的輸出判斷邏輯電路包含一個非 門。 根據(jù)本發(fā)明，該敏感放大器包括有一位線放電趨勢檢測電路，和輸出判斷邏輯。該 敏感放大器通過位線放電趨勢檢測電路對輸入端的高負載電容位線變化進行檢測，同時輸 出判定邏輯將檢測電路的結果進行輸出，該結果經(jīng)過寄存后可直接作為SRAM的輸出結果。 該敏感放大器在電源電壓為1. OV的90nm CMOS工藝下的后版圖仿真中對大約具有l(wèi)OOfF 的負載電容位線數(shù)據(jù)變化時的檢測時間相對于基于正反饋的敏感放大器快了 200ps，從開 始放電到檢測出電壓變化的延時為325ps，整個位線的放電時間為820ps。
本發(fā)明面向單端位線電壓的敏感放大問題，發(fā)明了一種應用于多端口 SRAM中單 端位線的敏感放大器。該敏感放大器通過檢測位線的放電趨勢從而得到位線變化的快速響 應。通過在90nm CMOS工藝下的仿真，得到了優(yōu)于基于電壓正反饋的敏感放大器的結果。通 過調節(jié)該敏感放大器的參考電壓可以改變該敏感放大器的敏感程度。 本發(fā)明的優(yōu)點在于，單端位線敏感放大器對位線變化的反應更加靈敏，同時通過 調節(jié)該敏感放大器的參考電壓可以改變該敏感放大器的敏感程度，使該電路能夠滿足不同 的靈敏度要求。


圖1是本發(fā)明的單端位線敏感放大器的電路圖； 圖2是位線預充電時單端位線敏感放大器的B節(jié)點、C節(jié)點及輸出端的波形圖；
圖3是位線數(shù)據(jù)保持時單端位線敏感放大器的B節(jié)點、C節(jié)點及輸出端的波形圖 的波形圖； 圖4是位線放電時單端位線敏感放大器的B節(jié)點、C節(jié)點及輸出端的波形圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。 圖1示出了本發(fā)明單端位線的敏感放大器的原理圖。該敏感放大器包括位線放 電趨勢檢測電路和輸出判斷邏輯。 位線放電趨勢檢測電路由PMOS晶體管Pl， P2和NMOS晶體管Nl， N2組成。其中 Pl， P2的柵極受參考電壓控制。Nl， N2組成普通的電流鏡，將N1中電流的變化反應到N2。 通過調節(jié)參考電壓可以改變該敏感放大器的敏感程度。 一般情況下參考電壓選為電源電壓 的一半。 輸出判斷邏輯由一個非門構成。通過對節(jié)點C電壓改變的判斷從而得到位線的狀 態(tài)。
圖2示出了本發(fā)明的敏感放大器在位線開始預充電的時候的波形圖。當輸入端連 接的位線被充電時，節(jié)點B根據(jù)P1，N1的尺寸設置，被沖到一定的電平。在該電平的控制下 N2開始放電，同時由于P2和N2的尺寸設置，N2將節(jié)點C拉低。經(jīng)過非門后的輸出變?yōu)楦摺?
圖3示出了本發(fā)明的敏感放大器在位線預充電完畢后，位線電平保持不放電的時 候的波形圖。此時在參考電壓的控制下，晶體管P1和N1向輸入端的高負載電容位線索取 電流，此時節(jié)點B的電平以較慢的速度下降，節(jié)點C的電壓緩慢增高。由于輸入端位線的大 負載電容，使得整個過程進行的相當緩慢。從而在整個SRAM的工作周期內，輸出判斷邏輯 的結果不會變化。 圖4示出了本發(fā)明的敏感放大器在位線預充電完畢后，位線開始放電的時候的波 形圖。此時位線開始向輸入端索取電流，且輸入端電壓開始下降，此時晶體管P1的柵源電 壓開始降低，流過P1的電流變小。導致成電流鏡連接的N1，N2中電流開始減小。反應在電 壓變化上即B點的電壓開始降低，當降低到一定程度時N2關斷，由參考電壓控制的晶體管 P2開始對節(jié)點C充電，使得輸出判斷邏輯翻轉。通過設定參考電壓的大小和晶體管的尺寸 可以使得位線對其變化的靈敏度得到改變。 在1. 0V 90nm CMOS工藝下，該單端敏感放大器的平均功耗為4. 5uW。 最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參
照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方
案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明
的權利要求范圍當中。
權利要求
一種單端位線敏感放大器，該單端位線敏感放大器通過檢測位線的放電趨勢對位線的變化進行快速的反應，所述的單端位線敏感放大器包含一用于檢測輸入端位線電壓變化的位線放電趨勢檢測電路；和一用于輸出單端位線敏感放大器信號的輸出判斷邏輯電路；所述的位線放電趨勢檢測電路包含晶體管P1，晶體管P2，晶體管N1和晶體管N2；其中晶體管P1和晶體管P2的柵極相連，接入?yún)⒖茧妷?；晶體管N1、晶體管N2組成普通的電流鏡，將晶體管N1中電流的變化反應到晶體管N2，晶體管N2的源極與晶體管P2的漏極相連，輸出位線放電趨勢檢測電路的信號給所述的輸出判斷邏輯電路，所述的輸出判斷邏輯電路對該信號取非，得到單端位線敏感放大器的輸出信號進行輸出。
2. 根據(jù)權利要求1所述的單端位線敏感放大器，其特征在于，所述的晶體管Pl和晶體 管P2用PM0S晶體管，其中，P1的柵極和P2的柵極相連，受控制于參考電壓；P1連接至位線 輸入端和節(jié)點B之間；P2連接至節(jié)點C和電源之間。
3. 根據(jù)權利要求1所述的所述的單端位線敏感放大器，其特征在于，所述的晶體管Nl 和晶體管N2用NM0S晶體管；其中，Nl的柵極和源極及N2的柵極相連于節(jié)點B， Nl連接至 節(jié)點B和地線之間；N2連接至節(jié)點C和地線之間。
4. 根據(jù)權利要求1所述的單端位線敏感放大器，其特征在于，所述的參考電壓為可調 節(jié)電壓，通過調節(jié)該參考電壓可以改變單端位線敏感放大器的敏感程度。
5. 根據(jù)權利要求1所述的單端位線敏感放大器，其特征在于，所述的輸出判斷邏輯電 路包含一個非門。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種單端位線敏感放大器，所述的單端位線敏感放大器包含一用于檢測輸入端位線電壓變化的位線放電趨勢檢測電路；和一用于輸出單端位線敏感放大器信號的輸出判斷邏輯電路；所述的位線放電趨勢檢測電路包含晶體管P1，晶體管P2，晶體管N1和晶體管N2；其中晶體管P1和晶體管P2的柵極相連，接入?yún)⒖茧妷?；晶體管N1、晶體管N2組成普通的電流鏡，將晶體管N1中電流的變化反應到晶體管N2，晶體管N2的源極與晶體管P2的漏極相連，輸出位線放電趨勢檢測電路的信號給所述的輸出判斷邏輯電路，所述的輸出判斷邏輯電路對該信號取非，得到單端位線敏感放大器的輸出信號進行輸出。
文檔編號G11C7/06GK101740099SQ20091024227
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權日2009年12月8日
發(fā)明者侯朝煥, 張鐵軍, 王東輝, 閆浩 申請人:中國科學院聲學研究所