Быстродействующие многопортовые статические КМОП ОЗУ

• Автор: Кириченко, Павел Григорьевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 161 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. Основные элементы многопортовых статических КМОП ОЗУ

1.1. Многопортовые ячейки памяти

1.2. Выбор методов приема и передачи данных в критических цепях

1.3. Сравнительный анализ схем выборки и хранения данных

1.4. Адресный тракт.

2. Переключательные и динамические характеристики ячеек памяти статических многопортовых КМОП ОЗУ.

2.1. Статические характеристики ячеек памяти

Однофазная запись определение уо и Дую

Однофазная запись определение ьо и иыо

Дифференциальные схемы
Основные результаты анализа переключательных характеристик ячеек памяти
2.2. Динамические характеристики ячеек памяти.
Динамические характеристики однофазных схем в режиме чтения
Динамические характеристики дифференциальных схем в режиме
ф Динамические характеристики ячеек памяти в режиме записи
Основные результаты анализа динамических характеристик
3. Линии связи в быстродействующих многопортовых ОЗУ.
3.1. Битовые шины.
Секционирование.
Предзаряд битовых шин.
Обработка приоритетности портов
Методика учета перекрестных помех в парафазных шинах при моделировании.
3.2. Шины питания.
Рекомендации по трассировке шин питания.
Методика моделирования импульсных помех по шинам земли и питания .
3.3. Влияние электромиграции на трассировку шин
3.4. Методика проектирования многопортовых статических ОЗУ с учетом влияния проводников.
Выводы.
4. Практические результаты разработки многопортовых регистровых файлов
4.1. Архитектурные решения.
Временная диаграмма регистрового файла.
Варианты реализации регистрового файла.
4.2. Некоторые схемотехнические решения
Усилитель чтения.
Усилитель записи.
4.3. Результаты проектирования.
Быстродействие.
Потребляемая мощность .
Площадь
4.4 Система параметров, характиризующих качество многопортовых ОЗУ
Выводы.
Заключение.
Приложение 1. Список сокращений и условных обозначений
Список литературы


Во второй главе проведен анализ статических и динамических характеристик ЯП с целью уточнения существующих соотношений для оценки помехоустойчивости, быстродействия, площади и потребляемой мощности и получения новых, пригодных для схем, использующих малый логический перепад на битовых шинах. В третьей главе предложены методики учета влияния линий связи на передачу различных сигналов и способы, позволяющие уменьшить негативное влияние их паразитных параметров. Четвертая глава посвящена результатам проектирования различных вариантов многопортового регистрового файла. Производительность и работоспособность ЗУ любого типа во многом зависит от схемы ячейки памяти - основного элемента, которым будет определяться структура и состав всего устройства. Например, статическая помехоустойчивость накладывает ограничения на трассировку линий связи через массив ячеек и предъявляет требования к мощности усилителей записи. Необходимость разбиения массива памяти на блоки и размеры таких блоков определяются как статическими, так и динамическими параметрами ячеек: помехоустойчивостью и задержками переключения. Непрерывный процесс увеличения информационных емкостей ЗУ приводит к необходимости уменьшать размеры ячеек, а значит, транзисторов в ячейке. Это приводит к уменьшению тока считывания и, следовательно, к необходимости применять высокочувствительные усилители чтения. По этим и другим причинам выбор схемы ячейки памяти должен осуществляться на начальных этапах схемотехнического проектирования ЗУ. Любая ячейка статической памяти состоит из хранящего триггера и цепей, обеспечивающих доступ к нему во время циклов записи и чтения. Наиболее простым и распространенным примером подобной структуры является шеститранзисторная ячейка, представленная на рис. Статические и динамические характеристики данной схемы подробно изучены в работе []. Здесь триггер построен на инверторах, соединенных обратной связью (транзисторы Пр1, УТр2, УТп1 и УТп2), а доступ к нему с парафазных битовых шин ВЬ и ВЬп во время циклов чтения/записи осуществляется через проходные транзисторы УТа1 и ГГа2 при переходе сигнала словарной шины УЬ в высокий уровень. На основе такой базовой структуры созданы разнообразные варианты схем, часть которых рассмотрена в данной работе. Также приводятся и другие типы ячеек. Детальный анализ с учетом этих критериев дан во второй части работы. В работе [] приведена ячейка памяти с четырьмя портами записи и десятью портами чтения, которую обозначим ЯП1. Она приведена на рис. Видно, что в отличие от шеститранзисторной ячейки запись и чтение осуществляются через один проходной транзистор, а не через два, подключенных симметрично. Порты чтения устроены так, что ячейка не отдает ток в битовые шины ЯВЬ, а управляет усилительными транзисторами УТгаО и УТгаї, которые подключаются к битовым шинам через проходные транзисторы УТгО и УТг1. Рис. Шеститранзисторная ячейка статической памяти. Рис. В отличие от схемы, изображенной на рис. ЯП1 требуется полный перепад напряжения. Но при этом предзаряженные до напряжения питания битовые шины чтения этой схемы разряжаются только в том случае, если в ячейке хранится низкий уровень. В случае, когда в ячейке хранится высокий уровень напряжения, усилительные транзисторы закрыты, и при обращении по словарным шинам к проходным транзисторам ток через последние не течет. В статье [] рассмотрена схема ячейки памяти с двумя портами записи и шестью портами чтения, обозначенная здесь ЯП2. Ее схема, на которой также показано по два порта каждого типа, приведена на рис. Отличие от ЯП1 состоит в том, что вместо проходных п-канальных транзисторов в портах записи использованы двунаправленные ключи на транзисторах обоих типов. Такое решение позволяет улучшить передаточные характеристики схемы при записи высокого логического уровня. Но за счет введения во входные цепи р-канальных транзисторов и удвоения соответствующих словарных шин уменьшается быстродействие ячейки и существенно увеличивается площадь, особенно при большом количестве портов записи. Поэтому такое решение можно использовать только при небольшой емкости ОЗУ. Рис.