【摘 要】
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MRAM磁存储器是一种新型的、基于自旋电子器件的存储器,可以通过外加电压使磁化薄膜中磁矩发生转换,从宏观表现出高阻和低阻这两种相差较大的电阻状态来保存数据“1”和“0”。MRAM的优点是非易失性存储器,掉电后数据仍能保持,同时磁存储器的读写工作时间非常短暂,可到达CPU中缓存的数据存取速度。MRAM的存储密度性能也非常优良,由于器件尺寸较小,它可以达到Flash的存储密度,这些特性有望使MRAM成
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MRAM磁存储器是一种新型的、基于自旋电子器件的存储器,可以通过外加电压使磁化薄膜中磁矩发生转换,从宏观表现出高阻和低阻这两种相差较大的电阻状态来保存数据“1”和“0”。MRAM的优点是非易失性存储器,掉电后数据仍能保持,同时磁存储器的读写工作时间非常短暂,可到达CPU中缓存的数据存取速度。MRAM的存储密度性能也非常优良,由于器件尺寸较小,它可以达到Flash的存储密度,这些特性有望使MRAM成为一种新型的主流存储器。而低功耗技术是如今集成电路设计中非常热门的一项技术。常见的集成电路低功耗设计方法主要有多阈值电压技术、多电源电压技术、门控时钟技术、门控电源技术等,这些方法基本都是通过降低芯片的工作电压、工作频率或是减少泄漏电流来降低芯片总功耗。本论文源于教研室与企业合作项目中一款LPDDR MRAM芯片的开发。设计基于28nm制程工艺,完成了芯片中控制器模块及接口电路从综合到物理验证的过程。论文主要研究工作如下:首先从磁存储器的研究背景和研究意义入手,分析了它的应用场景和工作原理,然后进一步延伸到了它在国内外的研究现状。LPDDR控制器架构及前端设计部分主要介绍了芯片整体的设计框架以及各主要模块的功能,并详细介绍了DC综合生成网表的过程。芯片物理设计部分详细描述了各阶段的完成过程,对设计结果进行了分析和优化。随后的低功耗设计部分介绍了一些芯片常用的低功耗设计方法并结合本项目重点介绍了两种低功耗技术,分别是改进型多阈值电压技术和门控时钟技术。其中改进型多阈值电压技术在传统低功耗技术的基础上加以改善,得到了更加优化的结果。门控时钟技术通过分析对比不同参数对于时钟结构及功耗的影响来确定最终设计方案。文章最后是对芯片的验证部分,包括了形式验证、物理验证、时序分析等,其中重点是采用AOCV的方法对时序进行了更加准确的分析。
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