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單端口SRAM與雙端口SRAM電路結構

來源: 日期:2020-07-08 10:09:19

SRAM是隨機存取存儲器的一種。所謂的靜態是指這種存儲器只要保持通電,里面儲存的數據就可以恒常保持。SRAM不需要刷新電路即能保存它內部存儲的數據,因此SRAM具有較高的性能.宇芯電子專注提供SRAM芯片,國產SRAM,進口SRAM(ISSI、VTI、JSC、)
 
SRAM的速度快但價格相對昂貴,一般用小容量的SRAM作為更高速CPU和較低速DRAM 之間的緩存(cache).SRAM也有許多種,如Async SRAM (異步SRAM)、Sync SRAM (同步高速SRAM)、PBSRAM (流水式突發SRAM),還有INTEL沒有公布細節的CSRAM等。
 
不管是哪種 SRAM,其基本的原理大都是通過兩個首尾相接的反相器來鎖存數據的,如圖 2-2 所示。其中反相器Ⅰ和Ⅱ形成正反饋,使電路總能恢復到穩定狀態;N1 和 N2 叫做存取管,用來讀取或者寫入數據;字線( WL)控制存取管的開啟,從而將存儲的數據從位線( BL 和 BLB)傳送至外圍電路。反相器Ⅰ、Ⅱ和存取電路組成了一個 SRAM 單元(SRAM Cell)(由于該單元只能存儲一位的數據,有時也叫做 bit-cell)。根據存取電路的不同,目前大 致可以將 SRAM 單元分為上述三種端口的類型,下面分別介紹這些單元的結構。

 
圖 1 SRAM單元基本結構
 
單端口 SRAM

根據圖1中反相器的不同,單端口SRAM單元有電阻負載型、無負載型和六管 CMOS 單元等。電阻負載型存儲單元由于電其壓傳輸特性曲線(VTC)不陡并且功耗大已遠離了主流設計;無負載型存儲單元雖然可以實現較高的密度[16],但其穩定性差;六管 CMOS SRAM 單元是目前主流的設計,其結構如圖2 所示。它由 6 個晶體管(N1~N4、P1~P2)組成,N1、N2 叫做下拉(PD)管,P1、P2 叫做上拉(PU)管,N3、N4 是存取管,有時也叫傳輸管(PG)。這種六管存儲單元具有很好的健壯性、低功耗和低電壓工作特性,所以非常受歡迎;下文中的兩端口和雙端口存儲單元以及在分析SRAM 單元的操作、特性時都將采用這種結構,并簡稱為六管單元。

 
圖 2 單端口六管CMOS SRAM單元
 
兩端口 SRAM

隨著工藝尺寸的不斷降低,參數波動變得越來越嚴重,六管SRAM存儲單元固有的缺點(見下文)導致其在低電壓情況下難以提供足夠的穩定性,于是出現了一種 8 管 SRAM 單元[17],如圖 3 所示。這種結構具有獨立的讀寫字線(RWL, WWL)和讀寫位線(RBL, WBL 和 WBLB),從而有分開的讀端口和寫端口;數據從讀端口讀出,從寫端口寫入。這樣不僅提高了穩定性,而且可以進行同時讀寫,從而有更高的性能。但是由于讀端口是單端的,外圍放大電路需要更大的讀位線擺幅(較之差分)才能得到滿幅的邏輯電平,所以導致存取時間變長。

 
圖 3 兩端口SRAM單元
 
雙端口 SRAM

雙端口注sram芯片存儲單元是在單端口六管 CMOS 單元的基礎上復制增加了一套讀寫端口,如圖4 所示;與兩端口 SRAM 中的某一端口只能完成讀或寫功能不同,在雙端口 SRAM 中,每一個端口都可以進行讀和寫操作;因此也把這種結構叫做兩讀寫(2RW)單元,把 2P-SRAM 的存儲單元叫做一讀一寫(1R1W)單元,而把六管 CMOS 存儲單元叫做一讀寫(1RW)單元。
 
 
圖 4雙端口SRAM單元
 

關鍵詞:SRAM 
 
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