Doutb。
[0016]工作時，外部讀操作控制信號RDEN控制是否允許可控數(shù)據(jù)電流源和可控參考電流源產(chǎn)生讀出電流通過數(shù)據(jù)線dl和參考線rl，同時也控制關(guān)閉第二預(yù)置器；外部限流控制信號CLMP通過所述位線限流器限制流入被選中磁性存儲單元的最大電流，限流控制信號CLMP通過所述參考限流器限制流入被選中參考存儲單元的最大電流；可控數(shù)據(jù)電流源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號和可控參考電流源產(chǎn)生的參考信號之間的信號差作為信號放大器的輸入信號；當(dāng)放大器的輸入信號穩(wěn)定后，外部放大器始能控制信號SAEN啟動信號放大器，第一預(yù)置電路關(guān)閉，多路開關(guān)和第一開關(guān)開啟，第一電流Il將從多路開關(guān)的c3端通過M3和Ml流入第一開關(guān)的Cl端，同時，第二電流12將從多路開關(guān)的c4端通過M4和M2流入第一開關(guān)的c2端，讀出信號放大器的前級放大部分被啟動。由于放大器的兩個輸入端IN和INB受到dl和rl線上產(chǎn)生的信號差的控制，在輸入晶體管M3和M4中的產(chǎn)生對應(yīng)的電壓差異；通過負(fù)載晶體管Ml和M2在輸出端Dout和Doutb上的電壓差，當(dāng)輸出電位差大于完成甄別器的甄別差值時，完成甄別器的輸出端DONE將從OV升到VDD，輸出信號DONE反饋到多路開關(guān)的k3輸入端，多路開關(guān)斷開電源連接，使得前級放大部分的晶體管M3和M4的電路失去放大作用；同時輸出信號DONE通過邏輯與門控制將第二開關(guān)開啟，只有在輸入始能控制信號EN和甄別信號DONE同時有效時第二開關(guān)才會開啟，鎖存電路功能啟動，由鎖存晶體管M5和M6組成的另一個正反饋信號放大鎖存電路進(jìn)一步加快Dout和Doutb上電壓差異而迅速變化為O和VDD電位的數(shù)字電壓差，當(dāng)數(shù)據(jù)鎖存在信號放大器SA的輸出端后，信號放大器的兩個輸出端Dout和Doutb —個是0V，另一個是VDD，晶體管Ml和M3，以及M2和M4組成的兩個電路中沒有正常工作電流；此時存儲模塊讀出數(shù)據(jù)鎖存在信號放大器的輸出端Dout和Doutb以供下一級電路使用；控制信號Done告訴存儲器有效讀出數(shù)據(jù)已經(jīng)在數(shù)據(jù)輸出端Dout和Doutb上；外部控制信號SAEN轉(zhuǎn)為O伏，鎖存數(shù)據(jù)清除，第一預(yù)置電路恢復(fù)放大器到預(yù)置狀態(tài)以便下一個讀寫操作。
[0017]作為本發(fā)明的一個實施例，當(dāng)?shù)谝痪w管Ml和所述第二晶體管M2均為PMOS管時；所述第三晶體管M3、所述第四晶體管M4、第五晶體管M5和所述第六晶體管M6均為NMOS管；當(dāng)所述第一晶體管Ml和所述第二晶體管M2均為NMOS管時；所述第三晶體管M3、所述第四晶體管M4、第五晶體管M5和所述第六晶體管M6均為PMOS管。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于減少讀取時間，簡化電路和減少功耗。信號放大器采用了一級放大和鎖存多功能電路，簡化了電路，所用面積減小，使得信號放大和讀取時間減少，由于增加了讀取完成甄別功能，當(dāng)信號放大功能完成后自動鎖存輸出數(shù)據(jù)，同時，產(chǎn)生完成信號Done，使得相應(yīng)的存儲模塊可以關(guān)閉節(jié)省功耗。
[0019]本發(fā)明還提供了一種磁存儲器的讀取電路的操作方法，包括下述步驟:
[0020]當(dāng)讀出操作開始時，通過控制第j個字地址譯碼控制信號WLN〈 j>為高電位VDD，使得與其對應(yīng)的字線wl〈j>電壓為高電平，且其余的字線電壓均為低電平；從而選擇所有連接在字線wl〈j>上的存儲單元；
[0021]通過控制第i個列地址譯碼控制信號CS〈i>為高電位VDD，使得與之對應(yīng)的第i個位線選擇開關(guān)導(dǎo)通，且其余的位線選擇開關(guān)均斷開，數(shù)據(jù)線dl上的電流Id通過第i個位線選擇開關(guān)流到第i個位線bl〈i>上，并流入被第j個字線wl〈j>選中的數(shù)據(jù)存儲單元中；
[0022]通過控制參考控制信號RFL為高電位，使得參考線選擇開關(guān)導(dǎo)通，參考電流Irf通過參考線選擇開關(guān)流入被第j個字線wl〈j>選中的參考存儲單元中；使得存儲模塊處于數(shù)據(jù)讀出狀態(tài)；
[0023]其中，第j個字地址譯碼控制信號WLN〈j>是字地址譯碼控制信號WLN〈1>到WLN<m>中被選中的任意一個，j = 1,2,……m ;第i個列地址譯碼控制信號CS〈i>是列地址譯碼控制信號CS〈1>到CS〈n>中被選中的任意一個，i = 1，2，……η。
[0024]其中，在讀出操作開始前，讀取啟動信號RDEN電壓為O伏，可控數(shù)據(jù)電流源和可控參考電流源斷開，沒有電流通過；同時輸入信號CS〈1>到CS〈n>，WLN〈l>到WLN〈n>以及參考控制輸入信號RFL為O伏，選擇器〈1>到<n>和參選器斷開，所有的STT-MRAM存儲單元和參考單元選擇裝置都是關(guān)閉狀態(tài)；第二預(yù)置器將數(shù)據(jù)線dl和參考線rl預(yù)置為預(yù)置電壓Vol。讀操作控制信號SAEN電壓為O伏，信號放大器處于預(yù)置狀態(tài)，放大器輸出端Dout/Doutb為VDD0
[0025]當(dāng)讀出操作開始時，讀取啟動信號RDEN電壓為VDD，第二預(yù)置器中的晶體管斷開；可控數(shù)據(jù)電流源在數(shù)據(jù)線dl上產(chǎn)生數(shù)據(jù)電流Id ;可控參考電流源在參考線rl上產(chǎn)生參考電流Irf ;數(shù)據(jù)線dl和參考線rl上分別產(chǎn)生相應(yīng)的電壓，穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)和參考電壓將是放大器的輸入信號。
[0026]其中，在讀出操作時，源線SL〈1>到SL〈n>均接地?？煽財?shù)據(jù)電流源在數(shù)據(jù)線dl上產(chǎn)生數(shù)據(jù)電流Id穩(wěn)定后，數(shù)據(jù)電流Id與被選中的數(shù)據(jù)存儲單元中的電流相等；可控參考電流源在參考線rl上產(chǎn)生參考電流Irf后，與被選中的參考存儲單元中的電流相等。其中，數(shù)據(jù)電流Id的大小取決于數(shù)據(jù)存儲單元I的磁阻值；參考電流Irf的大小取決于參考存儲單元RC2中的磁阻值。
[0027]作為本發(fā)明的一個實施例，當(dāng)讀出操作開始時，放大器啟動信號EN為VDD，第一預(yù)置器關(guān)閉，多路開關(guān)和第一開關(guān)開啟，第一電流Il將從多路開關(guān)的c3端通過晶體管M3和晶體管Ml流入第一開關(guān)的Cl端，同時，第二電流12將從多路開關(guān)的c4端通過晶體管M4和晶體管M2流入第一開關(guān)113的c2端，讀出信號放大器SA的前級放大部分被啟動。由于放大器的兩個輸入端IN和INB受到dl和rl線上產(chǎn)生的信號差的控制，在輸入晶體管M3和M4中的產(chǎn)生對應(yīng)的電壓差異；負(fù)載晶體管Ml和M2組成正反饋放大器負(fù)載將M3和M4漏極間的電壓差異迅速的轉(zhuǎn)變?yōu)樵谳敵龆薉out和Doutb上的電壓差，M3和M4中產(chǎn)生較小電位的對應(yīng)輸出端電壓將繼續(xù)降低，而對應(yīng)電位較大的一端電壓由于“正反饋負(fù)載“的作用將加速往上升，該電壓差異反應(yīng)到輸出端Dout和Doutb上加速它們之間的電壓差；當(dāng)輸出電位差小于等于門檻電壓時，甄別器的輸出為OV ;多路開關(guān)的K3為O且為通路；多路開關(guān)導(dǎo)通，第二開關(guān)116的K4為0，第二開關(guān)116斷開；當(dāng)輸出電位差大于門濫電壓時，觀別器的輸出端DONE為VDD，多路開關(guān)的K3為VDD，多路開關(guān)斷開；同時輸出信號DONE通過邏輯與門控制將第二開關(guān)116開啟，只有在輸入信號EN和甄別信號DONE同時有效時第二開關(guān)116才會開啟，第二開關(guān)116的K4為VDD，第二開關(guān)116導(dǎo)通；鎖存電路才能啟動，由鎖存晶體管M5和M6組成的另一個正反饋信號放大鎖存電路進(jìn)一步加快Dout和Doutb上電壓差異而迅速變化為O和VDD電位的數(shù)字電壓差，此時存儲模塊讀出數(shù)據(jù)鎖存在信號放大器SA的輸出端Dout和Doutb以供下一級電路使用；控制信號Done告訴存儲器有效讀出數(shù)據(jù)已經(jīng)在數(shù)據(jù)輸出端Dout和Doutb上。
[0028]當(dāng)信號放大器完成數(shù)據(jù)信號放大和并將讀出數(shù)據(jù)被鎖存，信號放大器讀出完成信號DONE有效；外部輸入控制信號RDEN將轉(zhuǎn)為O伏，可控參考電流源產(chǎn)生的參考信號和可控數(shù)據(jù)電流源關(guān)閉，同時輸入信號CS〈1>到CS〈n>，WLN<1>到WLN〈m>以及參考控制輸入信號RFL為O伏，存儲器模塊回到預(yù)置狀態(tài)以減少功耗。同時讀出信號放大器的輸入控制信號SAEN保持有效，被讀取的有效數(shù)據(jù)保持在放大器的鎖存器中不會被“丟失”，及時關(guān)閉磁存儲模塊以減少功耗。只有當(dāng)鎖存中的數(shù)據(jù)已用完不再需要時，讀出信號放大器的輸入控制信號SAEN變?yōu)镺伏，放大器的鎖存器中數(shù)據(jù)被清除，放大器回到預(yù)置狀態(tài)。
[0029]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于減少讀取時間，簡化電路和減少功耗。信號放大器的設(shè)計為一級放大和鎖存多功能電路，其簡化了電路使得所占用的電路面積減小，使得信號放大和讀取時間減少；由于增加了讀取完成甄別功能，當(dāng)信號放大功能完成后自動鎖存輸出數(shù)據(jù)，同時，產(chǎn)生放大完成信號Done，放大后的數(shù)據(jù)被鎖存在放大器輸出端，使得相應(yīng)的存儲模塊可以關(guān)閉節(jié)省功耗，被鎖存的數(shù)據(jù)鎖以供下一級電路使用，直到外部控制信號SEAN為O伏放大器才恢復(fù)預(yù)置狀態(tài)以便后面的讀寫操作。
【附圖說明】
[0030]圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的磁隨機(jī)存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為存儲器單元的結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為第一代磁隨機(jī)存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2為現(xiàn)有技術(shù)提供的一個典型的自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻式隨機(jī)存儲器單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖3是本發(fā)明實施例提供的磁存儲器的讀取電路的原理框圖。
[0033]圖4(a)是本發(fā)明一個實施例提供的預(yù)置器的具體電路圖。
[0034]圖4(b)是本發(fā)明另一個實施例提供的預(yù)置器的具體電路圖。
[0035]圖5(a)是本發(fā)明第一個實施例提供的信號放大器的結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖5(b)是本發(fā)明第二個實施例提供的信號放大器的結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖5(c)是本發(fā)明第三個實施例提供的信號放大器的結(jié)構(gòu)圖。
[0038]圖6是本發(fā)明實施例提供的磁存儲器的讀取電路的操作方法實現(xiàn)流程圖。
[0039]圖7是本發(fā)明實施例提供的通過模擬仿真作讀取數(shù)據(jù)O操作圖。
[0040]圖8是本發(fā)明實施例提供的通過模擬仿真作讀取數(shù)據(jù)I操作圖。
【具體實施方式】
[0041]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0042]現(xiàn)代理想的隨機(jī)存儲器具有高密度，快速讀寫，低能耗和非揮發(fā)性，無限存儲次數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，自旋力矩轉(zhuǎn)移磁阻式隨機(jī)存儲器(STT-MRAM)基本具備上述特性。
[0043]STT-MRAM最主要的技術(shù)特點(diǎn)就是使用磁性隧道結(jié)(Magnetic Tunnel Junct1n，MTJ)磁性體單元來存儲數(shù)據(jù)。在一個存儲單元中，下磁鐵電極層的磁化方向是固定的，上磁鐵電極層的磁化方向則是可變的。不同方向的電流通過磁性隧道結(jié)產(chǎn)生自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)使得上磁鐵電極層的磁化方向改變，不同磁極方向的磁性隧道結(jié)呈現(xiàn)不同電阻值。
[0044]STT-MRAM利用磁性隧道結(jié)磁化方向而變化的原理記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲以磁性的方向變化來實現(xiàn)“O”或“I”。當(dāng)STT-MRAM寫入時，會改變上磁性體層的磁化方向，進(jìn)而改變MTJ元體的電阻。當(dāng)寫入“O”時，產(chǎn)生與下層同向的磁場，上、下層磁化方向平行，電阻減小。寫入“I”時，產(chǎn)生與下層反向平行的磁場，電阻增大。由于STT-MRAM中讀出操作時將小電流通過磁元體，讀電流一般只有低端的幾十微安，如何將讀出小電流在納秒級時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號是本發(fā)明的討論的；在現(xiàn)有技術(shù)中針對STT-MRAM存儲器提出了讀取數(shù)據(jù)放大電路方案，它們都是用多級放大電路來完成信號放大，本發(fā)明是采用新的單級信號放大電路和相應(yīng)的存儲模塊結(jié)構(gòu)能在I納秒內(nèi)完成讀出操作。從而減少讀取時間。
[0045]圖2描述了一個典型的自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻式隨機(jī)存儲器單元(STT-MRAM)l，STT-MAM單元I包括一個磁性元件M和一個選擇裝置T，選擇裝置T 一般可以為晶體管，如NMOS或PM0S，晶體管一般有三極:源極(S)，漏極(D