一種電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器及非易失存儲(chǔ)芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及存儲(chǔ)領(lǐng)域，具體涉及一種電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器及非易失存儲(chǔ)芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]關(guān)于MRAM:
[0003]本發(fā)明的背景是MRAM技術(shù)的成熟。MRAM是一種新的內(nèi)存和存儲(chǔ)技術(shù)，可以像SRAM/DRAM 一樣快速隨機(jī)讀寫，還可以像Flash閃存一樣在斷電后永久保留數(shù)據(jù)。
[0004]它的經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)好，單位容量占用的硅片面積比SRAM有很大的優(yōu)勢(shì)，比在此類芯片中經(jīng)常使用的NOR Flash也有優(yōu)勢(shì)，比嵌入式NOR Flash的優(yōu)勢(shì)更大。它的性能也相當(dāng)好，讀寫時(shí)延接近最好的SRAM，功耗則在各種內(nèi)存和存儲(chǔ)技術(shù)最好。而且MRAM不像DRAM以及Flash那樣與標(biāo)準(zhǔn)CMOS半導(dǎo)體工藝不兼容。MRAM可以和邏輯電路集成到一個(gè)芯片中。
[0005]MRAM 的原理:
[0006]MRAM的原理，是基于一個(gè)叫做磁性隧道結(jié)(Magnetic Tunnel Junct1n，MTJ)的結(jié)構(gòu)。它是由兩層鐵磁性材料夾著一層非常薄的非鐵磁絕緣材料組成的。如圖:
[0007]下面的一層鐵磁材料是具有固定磁化方向的參考層，上面的鐵磁材料是可變磁化方向的記憶層，它的磁化方向可以和固定磁化層同向或反向。由于量子物理的效應(yīng)，電流可以穿過(guò)中間的隧道勢(shì)皇層，但是MTJ的電阻和可變磁化層的磁化方向有關(guān)。磁化方向可以和固定磁化層同向?yàn)榈碗娮钁B(tài)，如圖1所示；磁化方向可以和固定磁化層反向?yàn)楦唠娮钁B(tài)，如圖2所示。
[0008]讀取MRAM的過(guò)程就是對(duì)MTJ的電阻進(jìn)行測(cè)量。使用比較新的STT-MRAM技術(shù)，寫MRAM也比較簡(jiǎn)單:使用比讀更強(qiáng)的電流穿過(guò)MTJ進(jìn)行寫操作。一個(gè)自下而上的電流把可變磁化層置成與固定層同向，自上而下的電路把它置成反向。
[0009]MRAM 的架構(gòu)
[0010]每個(gè)MRAM的記憶單元由一個(gè)MTJ和一個(gè)MOS管組成，MOS管的柵極(gate)連接到芯片的字線(Word Line)負(fù)責(zé)接通或切斷這個(gè)單元，MTJ和MOS管串接在芯片的位線(BitLine)上，讀寫操作在位線上進(jìn)行，如圖3所示。
[0011]一個(gè)MRAM芯片由一個(gè)或多個(gè)MRAM存儲(chǔ)單元的陣列組成，每個(gè)陣列有若干外部電路，如:
[0012]?行地址解碼器:把收到的地址變成字線的選擇
[0013]?列地址解碼器:把收到的地址變成位線的選擇
[0014]?讀寫控制器:控制位線上的讀(測(cè)量)寫(加電流)操作
[0015]?輸入輸出控制:和外部交換數(shù)據(jù)
[0016]MRAM芯片內(nèi)部的直流供電
[0017]除了上面幾個(gè)主要功能子系統(tǒng)外，MRAM還需要一個(gè)輔助子系統(tǒng):供電子系統(tǒng)，與閃存芯片一樣，MRAM讀寫過(guò)程中都需要對(duì)MTJ施加特殊的電壓值，因此需要進(jìn)行直流電壓的轉(zhuǎn)換。
[0018]直流電壓的轉(zhuǎn)換通常采用以下幾種成熟的技術(shù):
[0019](I)線性直流電壓轉(zhuǎn)換(通常稱為L(zhǎng)D0)，這是一種最簡(jiǎn)單直接的電壓轉(zhuǎn)換方式，基本原理是通過(guò)一個(gè)控制一個(gè)開(kāi)關(guān)MOS管的電阻，實(shí)現(xiàn)特定的、穩(wěn)定的輸出電壓，缺點(diǎn)是效率低，例如如果從1.5V轉(zhuǎn)換為0.5V，至少會(huì)損失2/3的功率；
[0020](2)開(kāi)關(guān)式電壓轉(zhuǎn)換，通過(guò)高速開(kāi)關(guān)與儲(chǔ)能器件，進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，可以分為兩類:
[0021](a)電容儲(chǔ)能式(通常稱為Charge Pump)，開(kāi)關(guān)式電壓轉(zhuǎn)換的效率高于線性轉(zhuǎn)換，電容儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換通常對(duì)于某些特定的電壓比例可以有很好的轉(zhuǎn)換效率，但一般情況下，效率不算太理想；
[0022](b)電感儲(chǔ)能式(通常稱為DC/DC Converter)，這是效率最理想的電壓轉(zhuǎn)換形式。
[0023]存儲(chǔ)芯片的耗電，大量地消耗在存儲(chǔ)單元陣列讀寫過(guò)程網(wǎng)絡(luò)寄生電容的充放電上面，功耗和操作電壓的平方成正比，DRAM, SRAM使用1.0_1.5V的電壓，閃存芯片使用高電壓；而MRAM讀寫時(shí)的操作電壓很小，通常讀電壓為0.1V，寫電壓為0.5V左右，這是非常大的優(yōu)勢(shì)。如果電壓轉(zhuǎn)換的效率太低，這個(gè)功耗的優(yōu)勢(shì)很大程度就被抵消了。
[0024]目前MRAM芯片內(nèi)的電壓轉(zhuǎn)換模式，都是效率不理想的線性直流電壓轉(zhuǎn)換或電容儲(chǔ)能式模式，而電感儲(chǔ)能式的DC/DC轉(zhuǎn)換，因?yàn)樾枰饨与姼?，?yīng)用起來(lái)麻煩，成本也高，因而也沒(méi)有采用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器，采用集成在芯片中的電感，使得電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器能夠集成于芯片中，無(wú)需外接電感，應(yīng)用方便。
[0026]本發(fā)明還提供一種非易失存儲(chǔ)芯片，集成電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器，提高了芯片中直流電壓的轉(zhuǎn)換效率，降低非易失存儲(chǔ)芯片的功耗，且降低非易失存儲(chǔ)芯片的成本，更適用于對(duì)待機(jī)功耗要求很嚴(yán)格的物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域。
[0027]本發(fā)明提供一種電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器，包括集成在芯片中的電感，電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器能夠集成于芯片中。
[0028]本發(fā)明提供的電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器，采用集成在芯片中的電感，使得電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器能夠集成于芯片中，無(wú)需外接電感，應(yīng)用方便。
[0029]進(jìn)一步地，電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)占空比，輸出不同的電壓。
[0030]進(jìn)一步地，電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器還包括電容，電容的一端與電感的輸出端連接，另一端接地。當(dāng)需要輸出電流更大或?qū)﹄妷杭y波要求更嚴(yán)時(shí)需要使用電容。
[0031]進(jìn)一步地，芯片為存儲(chǔ)芯片。
[0032]進(jìn)一步地，非易失存儲(chǔ)芯片包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)模塊，以及一個(gè)或多個(gè)上述電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器，電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器用于向存儲(chǔ)模塊供電。
[0033]進(jìn)一步地，電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器通過(guò)存儲(chǔ)模塊的讀寫控制信號(hào)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)占空比，輸出不同的電壓，分別用于向存儲(chǔ)模塊的讀電路與寫電路供電，因而使用一個(gè)電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器就可以向存儲(chǔ)模塊的讀電路與寫電路供電，而現(xiàn)有技術(shù)中的線性直流電壓轉(zhuǎn)換或電容儲(chǔ)能式模式，必須使用兩個(gè)轉(zhuǎn)換器分別向存儲(chǔ)模塊的讀電路與寫電路供電，因此本發(fā)明提供的電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器能夠降低了非易失存儲(chǔ)芯片的成本。
[0034]進(jìn)一步地，存儲(chǔ)模塊為MRAM模塊。
[0035]進(jìn)一步地，多個(gè)MRAM模塊不需要同時(shí)進(jìn)行讀寫操作，使用一個(gè)電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器提供不同的電壓。
[0036]本發(fā)明還提供一種芯片，包括一個(gè)或多個(gè)上述電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器。
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器及非易失存儲(chǔ)芯片，具有以下有益效果:
[0038](I)將電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器集成到芯片中，提高了芯片中直流電壓的轉(zhuǎn)換效率，降低了芯片功耗，適用于對(duì)待機(jī)功耗要求很嚴(yán)格的物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域；
[0039](2)電感儲(chǔ)能式直流電壓轉(zhuǎn)換器包括集成在芯片