【摘 要】
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随着集成电路技术的不断进步,静态随机存取存储器（Static Random Access Memory,SRAM）在片上系统（System on Chip,So C）中的作用越来越重要。灵敏放大器（Sense Amplifier,SA）具有检测小信号摆幅并实现快速放大的功能,使其成为了SRAM中不可或缺的组成部分之一,并且对SRAM的性能、功耗具有重要影响。低电压下,出现单端读出结构的存储单元,差
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随着集成电路技术的不断进步,静态随机存取存储器（Static Random Access Memory,SRAM）在片上系统（System on Chip,So C）中的作用越来越重要。灵敏放大器（Sense Amplifier,SA）具有检测小信号摆幅并实现快速放大的功能,使其成为了SRAM中不可或缺的组成部分之一,并且对SRAM的性能、功耗具有重要影响。低电压下,出现单端读出结构的存储单元,差分SA结构与之不兼容,因此需要一种新型单端SA。本文首先对常见的差分SA、单端SA进行了总结和对比。针对传统的伪差分型SA失调电压过大且需要参考电压产生电路的缺点,本文提出了一种消除参考电压的伪差分型SA,通过检测并存储SA失调电压极性,使得失调电压相比于传统的伪差分型SA降低了一半,且消除了参考电压产生电路带来的设计复杂性。随后,利用反相器翻转点附近的高增益特性,本文提出了一种半电压预充型SA。该方案仅需要几十毫伏的电压差即可完成检测,且消除了电容耦合型SA的耦合电容,有效降低了SA面积。最后,对灵敏放大器噪声进行了分析,并提出了一种提升阵列电压的BOOST电路,该电路不仅提升了存储单元的稳定性,而且加快了位线放电速度。本文基于TSMC 22nm CMOS工艺,以消除参考电压的伪差分型SA为核心,设计了一款容量为512×32的SRAM,并通过后仿真功能验证。后仿真结果表明:在0.6V和0.9V下,本文SRAM的读延时分别为2.12ns和430ps。和传统方案相比,本文SRAM的读延时在0.6V和0.9V下分别降低了42%和25%。在0.6V和0.9V下,本文SRAM的读能耗分别为1.62p J和3.45p J。和传统方案相比,本文SRAM的读能耗在0.6V和0.9V下分别降低了17%和13%。在同等复现条件下,本文SRAM相比于近年发表文献中的SRAM具有更优的读延时和读能耗指标。
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