本發(fā)明涉及非易失存儲器
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種自旋力矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存儲器的寫電路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：自旋力矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存儲器STT-MRAM是一種非易失的存儲器，它的存儲結(jié)構(gòu)采用MTJ磁性隧道結(jié)，如圖1所示，中間的稱為勢壘層，上下分別為自由層和參考層。寫數(shù)據(jù)“0”的時候，電流從參考層流經(jīng)自由層使MTJ(磁性隧道結(jié))翻轉(zhuǎn)至反平行態(tài)；寫數(shù)據(jù)“1”的時候，電流從自由層流經(jīng)參考層使MTJ(磁性隧道結(jié))翻轉(zhuǎn)至平行態(tài)。要使磁性隧道結(jié)翻轉(zhuǎn)，必須在磁性隧道結(jié)兩端維持一定的電壓，并在要求的時間內(nèi)通過比較大的電流，這就是STT-MRAM磁性隧道結(jié)的數(shù)據(jù)寫入原理。如圖2所示，傳統(tǒng)的STT-MRAM寫電路結(jié)構(gòu)包括磁性隧道結(jié)和MOS開關(guān)管，其中MOS開關(guān)管柵極連接字線，MOS開關(guān)管源極連接源線，MOS開關(guān)管漏極連接磁性隧道結(jié)MTJ的自由層，MTJ的參考層連接位線。STT-MRAM利用電流自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)來改變磁性隧道結(jié)MTJ的磁化狀態(tài)，不同方向的寫入電流可以將磁性隧道結(jié)設(shè)置為平行態(tài)或反平行態(tài)，分別利用這兩種狀態(tài)存儲1或0。由于磁性隧道結(jié)的特性，這種寫數(shù)據(jù)的方式要求通過磁性隧道結(jié)的電流比較大(約幾十個微安)，并持續(xù)一定的時間才能有效改變磁性隧道結(jié)的狀態(tài)。這種大電流的寫數(shù)據(jù)方式給MRAM帶來很大的寫功耗，在實(shí)際的內(nèi)存使用中，每一個比特位經(jīng)常存在重復(fù)寫入的問題，即當(dāng)前存儲的數(shù)據(jù)與即將寫入的數(shù)據(jù)相同。例如在協(xié)議傳輸中，傳輸完成的標(biāo)志位或狀態(tài)位的更新只需要一個或幾個比特，為了更新這一個或者某幾個位，需要對32位的數(shù)據(jù)進(jìn)行再次寫入，而大部分?jǐn)?shù)據(jù)位的內(nèi)容與寫入之前并沒有什么不同，這種冗余的寫入操作不但對數(shù)據(jù)更新和存儲沒有意義，也極大的增加了芯片的動態(tài)功耗。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種自旋力矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存儲器的寫電路結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，大部分的數(shù)據(jù)位存在重復(fù)寫入的問題，通過邏輯開關(guān)控制，屏蔽重復(fù)的寫操作，從而達(dá)到降低MRAM寫功耗和芯片動態(tài)功耗的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：一種自旋力矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存儲器的寫電路結(jié)構(gòu)，包括磁性隧道結(jié)，以及源線、位線和字線，所述寫電路結(jié)構(gòu)還包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、控制單元和雙穩(wěn)態(tài)電路單元；其中，所述磁性隧道結(jié)的自由層與第一開關(guān)管的漏級相連，所述磁性隧道結(jié)的參考層與第二開關(guān)管的源級相連；所述第一開關(guān)管的源級接源線，所述第二開關(guān)管的漏級接位線；所述雙穩(wěn)態(tài)電路單元的第一端連接磁性隧道結(jié)自由層、控制單元的輸入，第二端連接磁性隧道結(jié)的參考層；所述控制單元的輸入端分別連接字線、源線或位線，以及所述雙穩(wěn)態(tài)電路單元的第一端，控制單元輸出端接第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的柵極。本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)方式，所述控制單元的輸入端分別連接字線、位線，以及所述雙穩(wěn)態(tài)電路單元的第一端，控制單元輸出端接第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的柵極。進(jìn)一步地，所述控制單元包括一個同或門和一個與門，該同或門的兩個輸入分別連接位線、以及雙穩(wěn)態(tài)電路單元的第一端，該與門的一個輸入端連接同或門的輸出，另一個輸入端連接字線，與門的輸出連接第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的柵極，也就是控制單元的輸出。本發(fā)明的另一種實(shí)現(xiàn)方式，所述控制單元的輸入端分別連接字線、源線，以及所述雙穩(wěn)態(tài)電路單元的第一端，控制單元輸出端接第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的柵極。進(jìn)一步地，所述控制單元包括一個異或門和一個與門，該異或門的兩個輸入分別連接源線、以及所述雙穩(wěn)態(tài)電路單元的第一端，該與門的一個輸入端連接異或門的輸出，另一個輸入端連接字線，與門的輸出連接第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的柵極，也就是控制單元的輸出。所述雙穩(wěn)態(tài)電路單元由第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管四個開關(guān)管組成，第三開關(guān)管和第四開關(guān)管組成一個反相器，第五開關(guān)管和第六開關(guān)管組成另一個反相器；其中第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的柵極相連，第三開關(guān)管的源極接大于零的第一固定電位，其漏極與第四開關(guān)管的源極相連，第四開關(guān)管的漏記接第二固定電位地；第五開關(guān)管和第六開關(guān)管的柵極相連，第五開關(guān)管的源極接大于零的第一固定電位，其漏極與第六開關(guān)管的源極相連，第六開關(guān)管的漏記接第二固定電位地；第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的柵極與第五開關(guān)管的漏極或第六開關(guān)管的源極相連，并引出為雙穩(wěn)態(tài)電路單元的第一端，第五開關(guān)管和第六開關(guān)管的柵極與第三開關(guān)管的漏極或第四開關(guān)管的源極相連，并引出為雙穩(wěn)態(tài)電路單元的第二端。本發(fā)明提出了一種自旋力矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存儲器的寫電路結(jié)構(gòu)，通過雙穩(wěn)態(tài)電路單元來指示MTJ的狀態(tài)，從而表示存儲的內(nèi)容。并通過控制單元判斷寫入的數(shù)據(jù)與存儲的內(nèi)容是否相同，在相同時屏蔽寫操作，在不同時允許寫操作，從而避免重復(fù)的寫入動作，達(dá)到降低MRAM寫功耗和芯片動態(tài)功耗的目的。附圖說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)磁性隧道結(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)寫電路結(jié)構(gòu)的電路圖；圖3為本發(fā)明寫電路結(jié)構(gòu)的一種電路圖；圖4為本發(fā)明寫電路結(jié)構(gòu)的另一種電路圖；圖5為本發(fā)明雙穩(wěn)態(tài)電路單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明控制單元實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明控制單元實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明，以下實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。如圖3、圖4所示，一種自旋力矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存儲器的寫電路結(jié)構(gòu)，包括磁性隧道結(jié)MTJ、第一開關(guān)管MOS1、第二開關(guān)管MOS2、控制單元和雙穩(wěn)態(tài)電路單元。其中，磁性隧道結(jié)MTJ的自由層與第一開關(guān)管MOS1的漏級相連，磁性隧道結(jié)MTJ的參考層與第二開關(guān)管MOS2的源級相連；第一開關(guān)管MOS1的源級接源線，第二開關(guān)管MOS2的漏級接位線。雙穩(wěn)態(tài)電路單元包括兩個反相器，兩個反相器方向相反并聯(lián)，雙穩(wěn)態(tài)電路單元的第一端接磁性隧道結(jié)自由層，并連接控制單元的輸入，第二端連接MTJ的參考層。雙穩(wěn)態(tài)電路的特點(diǎn)是：在沒有外來觸發(fā)信號的作用下，電路始終處于原來的穩(wěn)定狀態(tài)。在外加輸入觸發(fā)信號作用下，雙穩(wěn)態(tài)電路從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。每個反相器的輸出端通過耦合到另一個反相器的輸入端。由于反相器的輸入和輸出信號是反相的，根據(jù)輸入的狀態(tài)“0”或“1”形成兩個穩(wěn)定狀態(tài)，故稱為雙穩(wěn)態(tài)電路。正因?yàn)殡p穩(wěn)態(tài)有保持?jǐn)?shù)據(jù)和狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的功能，在本發(fā)明中，雙穩(wěn)態(tài)電路被用來做數(shù)據(jù)的寫入和保持，可以指示MTJ的狀態(tài)，從而表示存儲的內(nèi)容。控制單元的輸入端分別連接字線、源線或位線，以及雙穩(wěn)態(tài)電路單元的第一端，控制單元輸出端接第一開關(guān)管MOS1和第二開關(guān)管MOS2的柵極。為便于后續(xù)說明，在本實(shí)施例中將雙穩(wěn)態(tài)電路單元與第一開關(guān)管MOS1的漏級或磁性隧道結(jié)MTJ的自由層的連接點(diǎn)稱為A點(diǎn)(即第一端)，將控制單元的輸出端稱為B點(diǎn)。本實(shí)施例雙穩(wěn)態(tài)電路單元如圖5所示，由MOS3、MOS4、MOS5、MOS6四個MOS管組成，MOS3和MOS4組成一個反相器，MOS5和MOS6組成另一個反相器。其中MOS3和MOS4的柵極相連，MOS3的源極接大于零的第一固定電位，其漏極與MOS4的源極相連，MOS4的漏記接第二固定電位地。MOS5和MOS6的柵極相連，MOS5的源極接大于零的第一固定電位，其漏極與MOS6的源極相連，MOS6的漏記接第二固定電位地。MOS3和MOS4的柵極與MOS5的漏極或MOS6的源極相連，并引出為雙穩(wěn)態(tài)電路單元的第一端，MOS5和MOS6的柵極與MOS3的漏極或MOS4的源極相連，并引出為雙穩(wěn)態(tài)電路單元的第二端。需要說明的是，本實(shí)施例的源線或位線相當(dāng)于連接的數(shù)據(jù)線，用于接入需要寫入的數(shù)據(jù)，而位線與源線對應(yīng)的電位相反，字線表示進(jìn)行寫操作的控制信號。A點(diǎn)電位反應(yīng)了存取器存儲單元中存儲的內(nèi)容，即為磁性隧道結(jié)MTJ的狀態(tài)。寫數(shù)據(jù)“0”的時候，電流從參考層流經(jīng)自由層使MTJ(磁性隧道結(jié))翻轉(zhuǎn)至反平行態(tài)；寫數(shù)據(jù)“1”的時候，電流從自由層流經(jīng)參考層使MTJ(磁性隧道結(jié))翻轉(zhuǎn)至平行態(tài)。由于位線與源線對應(yīng)的電位相反，本發(fā)明的控制單元具有兩個實(shí)施方案，以下分別進(jìn)行說明。實(shí)施方案一，如圖6所示，控制單元包括一個同或門和一個與門。如圖3、6所示，本實(shí)施例控制單元包括一個同或門和一個與門，該同或門的兩個輸入分別連接位線和A點(diǎn)，該與門的一個輸入端連接同或門的輸出，另一個輸入端連接字線，與門的輸出連接B點(diǎn)，也就是控制單元的輸出?？刂茊卧谧志€的控制下，當(dāng)字線上輸入寫操作的控制信號時，先判斷存儲單元里存儲的內(nèi)容(即雙穩(wěn)態(tài)電路單元第一端的電位)與位線是否相等，如果相等，B點(diǎn)電位為“1”，則打開MOS1和MOS2，允許數(shù)據(jù)寫入更新；如果存儲的內(nèi)容與位線寫入的數(shù)據(jù)不同，B點(diǎn)電位為0，MOS1和MOS2關(guān)斷，屏蔽本次寫操作。本實(shí)施例控制單元的輸入和輸出真值表如下表所示：字線/位線，A000110110000011001表1本實(shí)施例寫電路的具體原理是：在進(jìn)行寫入的時候，電流流經(jīng)磁性隧道結(jié)同時對雙穩(wěn)態(tài)電路單元進(jìn)行作用。寫“0”時，源線電位為“0”，位線為“1”，MOS1、MOS2打開，雙穩(wěn)態(tài)電路單元第一端A點(diǎn)存儲電位為0；寫“1”時，源線電位為“1”，位線為“0”，MOS1、MOS2打開，雙穩(wěn)態(tài)電路單元的A點(diǎn)存儲電位為1。假設(shè)當(dāng)前存儲的內(nèi)容是“0”，如果即將寫入的數(shù)據(jù)是“0”，源線電位是“0”，位線電位是“1”，雙穩(wěn)態(tài)電路單元的A點(diǎn)存儲電位“0”會與位線、字線進(jìn)行控制邏輯的運(yùn)算，根據(jù)表1的真值表得出，MOS1、MOS2的柵級被關(guān)掉，不能被打開，重復(fù)的數(shù)據(jù)“0”不能被寫入；如果寫入的數(shù)據(jù)是“1”，源線是“1”，位線是“0”，位線與字線、控制邏輯運(yùn)算，根據(jù)真值表結(jié)果，這時候兩個MOS管的柵極位“1”，MOS1、MOS2被打開，允許數(shù)據(jù)寫入。假設(shè)當(dāng)前存儲的內(nèi)容是“1”，如果即將寫入的數(shù)據(jù)是“1”，源線電位是“1”，位線電位是“0”，雙穩(wěn)態(tài)電路單元的A點(diǎn)存儲電位“1”會與位線、字線進(jìn)行控制邏輯的運(yùn)算，根據(jù)表1的真值表得出，MOS管的柵級被關(guān)掉，不能被打開，重復(fù)的數(shù)據(jù)“1”不能被寫入；如果寫入的數(shù)據(jù)是“0”，源線是“0”，位線是“1”，位線與字線、控制邏輯運(yùn)算，根據(jù)真值表結(jié)果，這時候兩個MOS管的柵極為“1”，MOS1、MOS2被打開，允許數(shù)據(jù)寫入。實(shí)施方案二，如圖7所示，控制單元包括一個異或門和一個與門。如圖4、圖7所示，本實(shí)施例控制單元包括一個異或門和一個與門，該異或門的兩個輸入分別連接源線和A點(diǎn)，該與門的一個輸入端連接異或門的輸出，另一個輸入端連接字線，與門的輸出連接B點(diǎn)，也就是控制單元的輸出。控制單元在字線的控制下，當(dāng)字線上輸入寫操作的控制信號時，先判斷存儲單元里存儲的內(nèi)容與即將寫入的數(shù)據(jù)(源線)是否相等，如果相等，B點(diǎn)電位為“0”，則不打開MOS1和MOS2，屏蔽本次寫操作；如果存儲的內(nèi)容與即將寫入的數(shù)據(jù)不同，B點(diǎn)電位為“1”，MOS1和MOS2打開，允許數(shù)據(jù)寫入更新。本實(shí)施例控制單元的輸入和輸出真值表如下表所示：字線/源線，A000110110000010110表2本實(shí)施例寫電路的具體原理是：在進(jìn)行寫入的時候，電流流經(jīng)磁性隧道結(jié)同時對雙穩(wěn)態(tài)電路單元進(jìn)行作用。寫“0”時，源線電位為“0”，位線為“1”，MOS1、MOS2打開，雙穩(wěn)態(tài)電路單元的A點(diǎn)存儲電位為0；寫“1”時，源線電位為“1”，位線為“0”，MOS1、MOS2打開，雙穩(wěn)態(tài)電路單元的A點(diǎn)存儲電位為1。假設(shè)當(dāng)前存儲的內(nèi)容是“0”，如果即將寫入的數(shù)據(jù)是“0”，源線電位是“0”，位線電位是“1”，雙穩(wěn)態(tài)電路單元的A點(diǎn)存儲電位“0”會與源線、字線進(jìn)行控制邏輯的運(yùn)算，根據(jù)表1的真值表得出，MOS1、MOS2的柵級被關(guān)掉，不能被打開，重復(fù)的數(shù)據(jù)“0”不能被寫入；如果寫入的數(shù)據(jù)是“1”，源線是“1”，位線是“0”，源線與字線、控制邏輯運(yùn)算，根據(jù)真值表結(jié)果，這時候兩個MOS管的柵極位“1”，被打開，允許數(shù)據(jù)寫入。假設(shè)當(dāng)前存儲的內(nèi)容是“1”，如果即將寫入的數(shù)據(jù)是“1”，源線電位是“1”，位線電位是“0”，雙穩(wěn)態(tài)電路單元的A點(diǎn)存儲電位“1”會與源線、字線進(jìn)行控制邏輯的運(yùn)算，根據(jù)表1的真值表得出，MOS管的柵級被關(guān)掉，不能被打開，重復(fù)的數(shù)據(jù)“1”不能被寫入；如果寫入的數(shù)據(jù)是“0”，源線是“0”，位線是“1”，源線與字線、控制邏輯運(yùn)算，根據(jù)真值表結(jié)果，這時候兩個MOS管的柵極位“1”，被打開，允許數(shù)據(jù)寫入。可見，由于位線與源線電位相反，所以在判斷寫入數(shù)據(jù)是否與雙穩(wěn)態(tài)電路單元存儲的電位是否相同時，可以采用同或門或者異或門，從而決定是否執(zhí)行寫入操作，這種方法有效的屏蔽了重復(fù)數(shù)據(jù)的寫入。例如，存儲器芯片復(fù)位后初始化STT-MRAM，保證芯片內(nèi)部有存儲的默認(rèn)值；行列譯碼完成后，寫使能為1，寫入數(shù)據(jù)的時候，將字線、位線，源線置為穩(wěn)定的電位；寫“0”時，將源線置為“0”，位線置為“1”，字線置為“1”,如果存儲內(nèi)容為“0”，MTJ的狀態(tài)為反平行態(tài)，兩個MOS管均不開啟，寫操作被屏蔽，如果存儲內(nèi)容為“1”，MTJ的狀態(tài)為平行態(tài)，控制邏輯將兩個MOS管打開，電流從位線流向源線，MTJ(磁性隧道結(jié))由平行態(tài)翻轉(zhuǎn)為反平行態(tài)，數(shù)據(jù)“0”被寫入；寫“1”時，將源線置為“1”，位線置為“0”，字線置為“1”,如果存儲內(nèi)容為“1”，MTJ的狀態(tài)為平行態(tài)，兩個MOS管均不開啟，寫操作被屏蔽，如果存儲內(nèi)容為“0”，MTJ的狀態(tài)為反平行態(tài)，控制邏輯將兩個MOS管打開，電流從源線流向位線，MTJ(磁性隧道結(jié))由反平行態(tài)翻轉(zhuǎn)為平行態(tài)，數(shù)據(jù)“1”被寫入。以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進(jìn)行限制，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3