一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路與方法
【專利摘要】一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路，它是由參考單元、位線選擇晶體管、鉗位晶體管、負載晶體管、參考校準電阻和參考校準開關(guān)組成；一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路的校準方法，該方法有七大步驟。本發(fā)明解決非揮發(fā)存儲器由于工藝參數(shù)偏差導致的參考失配問題，從而提高非揮發(fā)存儲器的讀取判決裕量，以提高其數(shù)據(jù)存儲可靠性。它在非揮發(fā)性存儲器【技術(shù)領(lǐng)域】里具有較好的實用價值和廣闊地應用前景。
【專利說明】一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路與方法，用于提高非揮發(fā)存儲器的讀取可靠性，屬于非揮發(fā)性存儲器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著制造工藝尺寸的不斷縮減，基于場效應晶體管(MOS)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)的傳統(tǒng)揮發(fā)型存儲器，如靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)與動態(tài)隨機存儲器(DRAM)等的功耗(包括靜態(tài)功耗與動態(tài)功耗)越來越大，限制了其進一步的小型化與大規(guī)模集成。近年來新型非揮發(fā)存儲器技術(shù)，如自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機存儲器(Spin Transfer TorqueMagnetic Random Access Memory, STT-MRAM),阻變式隨機存儲器(Resistive RandomAccess Memory, RRAM),與相變隨機存儲器(Phase Change Random Access Memory, PCRAM)等不斷發(fā)展，其已變得越來越成熟。在學術(shù)界與工業(yè)界的共同推動下，這些存儲器已經(jīng)逐步開始用于實工業(yè)設計與生產(chǎn)。這些非揮發(fā)存儲器技術(shù)的基本存儲原理是通過改變其存儲單元的電阻狀態(tài)，使其可以在高電阻態(tài)Rh和低電阻態(tài)&之間進行切換，從而利用這種性質(zhì)儲存數(shù)據(jù)信息，如Rh對應數(shù)據(jù)比特“1”，&對應數(shù)據(jù)比特“0”，或者反之亦可。典型的存儲單元由數(shù)據(jù)存儲部分(具有&與Rh兩種電阻態(tài)，可表示為一個可變電阻Rx)與訪問控制部分(NM0S字線選擇晶體管)組成，稱為IRlT結(jié)構(gòu)，如附圖1所示。一般而言，一個存儲器包含兩種存儲單元，一種是數(shù)據(jù)單元，其電阻狀態(tài)可變，用于存儲二進制數(shù)據(jù)；另一種是參考單元，其電阻狀態(tài)已知，記為RMf，用于讀取數(shù)據(jù)時，給數(shù)據(jù)單元提供判決參考，如附圖2所示。讀取數(shù)據(jù)時，通過給數(shù)據(jù)單元和參考單元同時施加相同的電流(或電壓)來檢測它們相應的電壓(或電流)，然后進行對比，即可判斷出存儲的數(shù)據(jù)信息，如附圖3所示。更具體地，如果數(shù)據(jù)單元為低電阻態(tài)Rli,則可檢測到數(shù)據(jù)單元的電壓Vdata=Vlj (或電流Vdata=Ilj)小于參考單元的電壓(或電流IMf)，則判決為數(shù)據(jù)比特為“O”;如果數(shù)據(jù)單元為低電阻態(tài)Rh，則檢測到數(shù)據(jù)單元的電壓Vdata=V11 (或電流Vdata=I11)大于參考單元的電壓Vref (或電流IMf)，則判決為數(shù)據(jù)比特為“ 1”，或者反之亦可。
[0003]理想情況下，同一個存儲器中的所有存儲單元在高電阻態(tài)時都具有相同的電阻值RH—idMl，而在低電阻態(tài)時都具有相同的電阻值Rudeal，此時為了得到最佳的讀取判決裕量(定義為參考單元電壓(或電流)與數(shù)據(jù)單元電壓(或電流)的差值的絕對值的最小值)，參考單元的電阻值艮―必須滿足RMf—ideal=(RH—ideal+l^—ideal)/2,如附圖4所示。但是，在實際情況中，由于工藝參數(shù)偏差的存在，尤其是深亞微米工藝下(如28納米)，存儲單元之間會出現(xiàn)參數(shù)失配，因此同一個存儲器中的數(shù)據(jù)單元即使在相同的電阻狀態(tài)(高電阻態(tài)或低電阻態(tài))下，也具有不同的電阻值，分別記為RH—ac;tual與Rycmal，此時RH—ac；tual與Ryrtual的值呈現(xiàn)出一個概率分布，如附圖4所示。同時參考單元的電阻值RMf也有可能偏離原來的預設值。因此為了獲得最佳的讀取判決裕量，實際參考單元的電阻值RMf—ac;tual可能不再等于原來的(Rh—ideal+RL_ideal)/2o實際參考單元電阻值RMf—ac;tual與理想?yún)⒖紗卧娮柚礡ref—ideal之間的差異定義為參考失配。參考失配直接導致數(shù)據(jù)單元讀取判決裕量的減小，當讀取判決裕量不能克服讀取電路本身的輸入失配，則可能產(chǎn)生讀取錯誤，嚴重影響存儲器的數(shù)據(jù)可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一、發(fā)明目的:
[0005]針對上述背景中提到的非揮發(fā)存儲器面臨的參考失配問題，本發(fā)明提供了一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路與方法。它克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決非揮發(fā)存儲器存在的參考失配問題，來提高非揮發(fā)存儲器的讀取判決裕量，從而提高其存儲可靠性。
[0006]二、技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0008](I)本發(fā)明一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路，如附圖5所示，其特征是該參考校準電路由參考單元，位線選擇晶體管，鉗位晶體管，負載晶體管，參考校準電阻以及參考校準開關(guān)組成。它們之間的位置連接關(guān)系及信號走向是:參考單元的一端接地(即Vss)，另一端通過位線與位線選擇晶體管的源極相連，位線選擇晶體管的柵極由Ve sel信號進行控制，其漏極與鉗位晶體管的源極相連，鉗位晶體管的柵極由Ve damp信號進行控制，其漏極與負載晶體管的源極相連，負載晶體管的柵極由Ve ltjad信號進行控制，其漏極接供電電壓源Vdd，參考校準電阻同時與鉗位晶體管的漏極以及負載晶體管的源極相連，參考校準開關(guān)的各個子開關(guān)輸入端分別連接在參考校準電阻的各個子電阻的兩端，其共享輸出端與參考單元電壓輸出端Vref相連。當各個晶體管在控制信號的作用下同時導通后，電流從Vdd經(jīng)過負載晶體管，鉗位晶體管，位線選擇晶體管，以及參考單元，最終流向地電位。由于參考單元中Rl支路與Rh支路的電阻不同，因此會產(chǎn)生不同的電流，分別記為Imc1與Irefl，從而在負載晶體管的作用下，兩個支路會在負載晶體管與鉗位晶體管之間產(chǎn)生不同的電壓，分別記為\與VH，參考校準開關(guān)動態(tài)選擇接通的子開關(guān)輸入端的位置，即調(diào)整參考單元電壓輸出端Vref與\以及Vh之間的參考校準子電阻的個數(shù)，從而對參考單元電壓進行校準，使其可以在\與Vh之間進行浮動。
[0009]所述參考單元由一個配置成低電阻態(tài)&和一個配置成高電阻態(tài)Rh的數(shù)據(jù)單元組成，其中，每一個數(shù)據(jù)單元由數(shù)據(jù)存儲部分(可變電阻Rx)與NMOS字線選擇晶體管(NAR0與NAR1)串聯(lián)組成，它們之間的關(guān)系是:數(shù)據(jù)存儲部分的底端電極跟NMOS字線選擇晶體管的漏極相連，NMOS字線選擇晶體管的源極接地，柵極接字線(WL)。數(shù)據(jù)存儲部分用于存儲數(shù)據(jù)信息，字線選擇晶體管由字線控制，用于對數(shù)據(jù)單元進行訪問控制；
[0010]所述位線選擇晶體管是NSRO與NSR1，由Ve sel信號進行控制，用于讀取數(shù)據(jù)單元時，選取合適的參考單元；
[0011]所述鉗位晶體管是NCRO與NCRl，由Ve elamp信號進行控制，用于鉗制參考單元位線(BLR0與BLRl)的電壓；防止參考單元被擊穿；
[0012]所述負載晶體管是PLRO與PLR1，由Ve lMd信號進行控制，用于提供參考單元電流到電壓的轉(zhuǎn)換；
[0013]所述參考校準電阻與參考校準開關(guān)是本發(fā)明的核心器件，其中參考校準電阻由N個子電阻Λ R串聯(lián)組成，而參考校準開關(guān)由Ν+1個子開關(guān)組成，其中Ν+1個子開關(guān)各有一個輸入端，但共享同一個輸出端(Ssel),每個子電阻兩端都連接一個子開關(guān)輸入端。同一時刻，有且只有一個子開關(guān)為閉合狀態(tài)，即該子開關(guān)輸入端與共享輸出端(Ssel)相連(閉合)，其他的子開關(guān)均為斷開狀態(tài)。根據(jù)存儲器中低電阻態(tài)&和高電阻態(tài)Rh的分布情況，參考校準開關(guān)動態(tài)選擇接通的子開關(guān)輸入端的位置，從而對參考單元電壓Vref進行校準，使其可以在\與Vh之間進行浮動，以獲得最佳的讀取判決裕量，從而使整個存儲器獲得最佳的讀取可靠性性能；
[0014]其中，子電阻AR的取值范圍是:0-10千歐；
[0015]其中，子開關(guān)可以是晶體管，也可以是門電路，其【具體實施方式】不做限定，各個子開關(guān)輸入端連接在參考校準電阻中各個子電阻的兩端，共享輸出端(Ssel)與參考單元電壓輸出端Vref相連，通過控制子開關(guān)輸入端與共享輸出端的連接狀態(tài)，來動態(tài)選擇參考單元電壓輸出端在參考校準電阻中的位置，從而對參考單元電壓進行校準；
[0016](2)本發(fā)明一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路的校準方法，參照附圖5和6，該方法具體步驟如下:
[0017]步驟一:選取初始參考單元電壓為\與Vh的中間值，此時參考校準開關(guān)接通參考校準電阻最中間的子開關(guān)，即Ssel=SN/2 ；
[0018]步驟二:對數(shù)據(jù)單元塊中的所有數(shù)據(jù)單元寫入數(shù)據(jù)比特“0”，然后進行讀??；
[0019]步驟三:根據(jù)是否產(chǎn)生讀取錯誤對參考單元電壓進行調(diào)整，確定讀取數(shù)據(jù)比特“O”所需的最小參考電壓Vmintl,同時確定此時參考校準開關(guān)的位置Smintl ;更具體地，如果采用當前參考單元電壓進行讀取且未產(chǎn)生讀取錯誤，則減小參考單元電壓，即參考校準開關(guān)向\方向移動；反之如果采用當前參考單元電壓進行讀取且產(chǎn)生讀取錯誤，則增大參考單元電壓，即參考校準開關(guān)向Vh方向移動。 [0020]步驟四:對數(shù)據(jù)單元塊中的所有數(shù)據(jù)單元寫入數(shù)據(jù)比特“1”，然后進行讀??；
[0021]步驟五:根據(jù)是否產(chǎn)生讀取錯誤對參考單元電壓進行調(diào)整，確定讀取數(shù)據(jù)比特“I”所需的最大參考電壓Vmaxl,同時確定此時參考校準開關(guān)的位置Smaxl ;更具體地，如果采用當前參考單元電壓進行讀取且未產(chǎn)生讀取錯誤，則增大參考單元電壓，即參考校準開關(guān)向Vh方向移動；反之如果采用當前參考單元電壓進行讀取且產(chǎn)生讀取錯誤，則減小參考單元電壓，即參考校準開關(guān)向 '方向移動。
[0022]步驟六:確定最佳的參考單元電壓VMf ac;tual= (Vmaxl+Vmin0) /2，同時確定參考校準開關(guān)的位置Ssel artual，更具體地，若(maxl+minO)為偶數(shù)，則





Ssel_actual ^ (maxl+minO) /2 ;若(maxl+HlinO)為 r] ，貝丨J Ssei—actuai S (masi+min0+l)/2 寫定 ^selactual ^ (maxl+minO-Ι) /2 ;
[0023]步驟七:存儲得到的參考校準開關(guān)最佳的子開關(guān)接通位置Ssel ac;tual，供數(shù)據(jù)單元塊讀取操作時使用。
[0024]每個存儲器可以分為很多子存儲塊，每個子存儲塊包括數(shù)據(jù)單元塊(MCB)與參考單元塊(RCB)，如圖2所示。在存儲器芯片出廠之后，根據(jù)本發(fā)明提出的參考校準電路與方法對每個參考單元塊進行校準，并把校準信息保存起來，以后對數(shù)據(jù)單元塊進行讀取操作時，只需調(diào)取相應參考單元塊的校準信息即可。此參考校準過程只在存儲器出廠之后進行一次。
[0025]三、優(yōu)點及功效:
[0026]本發(fā)明提供一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路與方法，解決非揮發(fā)存儲器由于工藝參數(shù)偏差導致的參考失配問題，從而提高非揮發(fā)存儲器的讀取判決裕量，以提高其數(shù)據(jù)存儲可靠性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0027]圖1為非揮發(fā)存儲器IRlT存儲單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為非揮發(fā)存儲器芯片基本整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為非揮發(fā)存儲器讀取放大器電路示意圖；
[0030]圖4為非揮發(fā)存儲器由于工藝參數(shù)偏差所導致的參考失配示意圖；
[0031]圖5為本發(fā)明提出的非揮發(fā)存儲器參考校準電路示意圖；
[0032]圖6為本發(fā)明提出的非揮發(fā)存儲器參考校準方法基本流程圖.[0033]其中，圖1到圖6中的參數(shù)定義為:
[0034]BL:表示位線，為Bit-Line的簡稱；
[0035]WL:表示字線，為Word-Line的簡稱；
[0036]SL:表示源極線,為Source-Line的簡稱；
[0037]Rx:表示存儲單元數(shù)據(jù)存儲部分，表示為一個可變電阻； [0038]Rh:表示存儲 單元數(shù)據(jù)存儲部分處于高電阻態(tài)是的電阻值；
[0039]Rl:表示存儲單元數(shù)據(jù)存儲部分處于低電阻態(tài)是的電阻值；
[0040]NMOS:表不N型金屬氧化物半導體，為N-Mental-Oxide-Semiconductor的簡稱；
[0041]MCB:表示數(shù)據(jù)單元塊；
[0042]RCB:表示參考單元塊；
[0043]BLD:表示數(shù)據(jù)單元位線；
[0044]BLR:表示參考單元位線；
[0045]I/O:表示輸入/輸出接口；
[0046]A:表示讀取放大器；
[0047]Vdd:表示供電電壓；
[0048]Vss:表示源極線電壓，一般接地；
[0049]Rdata:表示數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)存儲部分的電阻態(tài)，可以為&或Rh ;
[0050]Rref:表示虛擬參考單元數(shù)據(jù)存儲部分的電阻態(tài)，Rref= (Rh+Rl) /2 ；
[0051]Idata:表示流過數(shù)據(jù)單元的電流；
[0052]Vdata:表示差分放大器輸入端數(shù)據(jù)單元對應的電壓；
[0053]Vref:表示差分放大器輸入端參考單元對應的電壓；
[0054]Iref0:表示流過參考單元中處于&狀態(tài)支路的電流；
[0055]Irefl:表示流過參考單元中處于Rh狀態(tài)支路的電流；
[0056]NAD:表示數(shù)據(jù)單元的NMOS字線選擇晶體管；
[0057]NSD:表示數(shù)據(jù)單元的NMOS位線選擇晶體管；
[0058]NCD:表示數(shù)據(jù)單元的NMOS鉗位晶體管；
[0059]PLD:表不數(shù)據(jù)單兀的 PMOS (P-Mental-Oxide-Semiconductor)負載晶體管；
[0060]BLR0-BLR1:分別表示參考單元中處于&狀態(tài)和Rh狀態(tài)支路的位線；
[0061]NAR0-NAR1:分別表示參考單元中處于&狀態(tài)和Rh狀態(tài)支路的NMOS字線選擇晶體管；
[0062]NSR0-NSR1:分別表示參考單元中處于&狀態(tài)和Rh狀態(tài)支路的NMOS位線選擇晶體管；
[0063]NCR0-NCR1:分別表示參考單元中處于&狀態(tài)和Rh狀態(tài)支路的NMOS鉗位晶體管；
[0064]PLR0-PLR1:分別表示參考單元中處于&狀態(tài)和Rh狀態(tài)支路的PMOS負載晶體管；
[0065]Vl-Vh:分別表示參考單元中處于&狀態(tài)和Rh狀態(tài)支路的電壓值；
[0066]Vc clamp:表不鉗位晶體管柵極控制信號；
[0067]Vc sel:表示位線選擇晶體管柵極控制信號；
[0068]Vc load:表示負載選擇晶體管柵極控制信號；
[0069]Rudeal-Riudeal:表示理想情況下，數(shù)據(jù)單元中數(shù)據(jù)存儲部分分別處于低電阻態(tài)和高電阻態(tài)的電阻； [0070]Rref idel:表示理想情況下，參考單元數(shù)據(jù)存儲部分的電阻；
[0071]RL_actual-RH_actual:表示實際情況中，數(shù)據(jù)單元中數(shù)據(jù)存儲部分分別處于低電阻態(tài)和高電阻態(tài)的電阻；
[0072]Rref actual:表示實際情況中，參考單元數(shù)據(jù)存儲部分的電阻；
[0073]AR:表示參考校準電阻中子電阻的電阻值；
[0074]S1, S1,…，Sn:分別表示參考校準開關(guān)中的子開關(guān)輸入端，數(shù)字代表順序；
[0075]Ssel:表示參考校準開關(guān)中的子開關(guān)共享輸出端，或者表示當前處于接通狀態(tài)的子開關(guān);
[0076]Ssel actual:表示實際情況中，參考校準開關(guān)最佳的子開關(guān)接通位置；
[0077]Vfflin0, Sfflin0:分別表示讀取數(shù)據(jù)“O”時最小的參考電壓以及相應的參考校準開關(guān)處于接通狀態(tài)的子開關(guān)；
[0078]Vfflaxl, Sfflaxl:分別表示讀取數(shù)據(jù)“I”時最大的參考電壓以及相應的參考校準開關(guān)處于接通狀態(tài)的子開關(guān)；
【具體實施方式】
[0079]參照附圖，進一步說明本發(fā)明的實質(zhì)性特點。在此公開了詳細的示例性實施例，其特定的結(jié)構(gòu)細節(jié)和功能細節(jié)僅是表示描述示例實施例的目的，因此，可以以許多可選擇的形式來實施本發(fā)明，且本發(fā)明不應該被理解為僅僅局限于在此提出的示例實施例，而是應該覆蓋落入本發(fā)明范圍內(nèi)的所有變化、等價物和可替換物。另外，將不會詳細描述或?qū)⑹÷员景l(fā)明的眾所周知的元件，器件與子電路，以免混淆本發(fā)明的實施例的相關(guān)細節(jié)。
[0080]圖1為非揮發(fā)存儲器IRlT存儲單元結(jié)構(gòu)示意圖；非揮發(fā)存儲器IRlT存儲單元由數(shù)據(jù)存儲部分(具有&與Rh兩種電阻態(tài)，可表示為一個可變電阻Rx)與訪問控制部分(NM0S字線選擇晶體管)組成，數(shù)據(jù)存儲部分的底端電極跟NMOS字線選擇晶體管的漏極相連，NMOS字線選擇晶體管的源極接地，柵極接字線(WL)。數(shù)據(jù)存儲部分用于存儲數(shù)據(jù)信息，字線選擇晶體管由字線控制，用于對數(shù)據(jù)單元進行訪問控制；
[0081]圖2為使用本發(fā)明的非揮發(fā)存儲器整體結(jié)構(gòu)示意圖，其主要由讀取放大器，寫入電路(與本發(fā)明無關(guān)，圖中未標出)，輸入輸出(I/o)接口，列譯碼器，行譯碼器，存儲控制器，數(shù)據(jù)單元塊與參考單元塊組成。其中存儲控制器負責整個存儲器的訪問控制操作。行譯碼器根據(jù)存儲控制器的地址信息選擇相應的字線(WL)，列譯碼器根據(jù)存儲控制器的地址信息選擇相應的數(shù)據(jù)單元位線(BLD)與參考單元位線(BLR)，從而唯一確定讀取操作時的數(shù)據(jù)單元與參考單元。讀取放大器根據(jù)選擇的參考單元，對待讀取的數(shù)據(jù)單元，進行讀取放大操作，并通過輸入輸出(I/o)接口輸出存儲在數(shù)據(jù)單元中的二進制數(shù)據(jù)信息。
[0082]圖3為使用本發(fā)明的非揮發(fā)存儲器讀取放大器電路示意圖，其由電壓比較器(A)，PMOS負載晶體管(PLD，PLRO與PLRl )，NMOS鉗位晶體管(NCD，NCRO,與NCRl )，NMOS位線選擇晶體管(NSD，NSRO與NSRl)組成。進行讀取操作時，存儲控制器通過字線(WL)與位線晶體管柵極控制信號(Ve sel)選擇待讀取的數(shù)據(jù)單元(其電阻狀態(tài)Rdata未知，為Rh或&中的一種)與相應的參考單元(參考單元由兩個配置成相反電阻狀態(tài)Rh與&的數(shù)據(jù)單元組成，整個參考單元可以看作數(shù)據(jù)存儲部分電阻狀態(tài)Rm= (RH+RJ/2的虛擬參考單元)，同時通過鉗位晶體管柵極控制信號Ve damp控制位線電壓，防止數(shù)據(jù)單元與參考單元因為位線電壓過大而擊穿。在位線電壓的作用下，會產(chǎn)生流過數(shù)據(jù)單元的電流(Idata)與流過參考單元的電流(1_與IMfl，其中表示流過參考單元中處于&狀態(tài)支路的電流；而Irefl表示流過參考單元中處于Rh狀態(tài)支路的電流)，在電流均衡線的作用下，對Imki與IMfl進行均衡，產(chǎn)生均衡后的參考電流IMf=IMf(l+IMfl)/2。然后在PMOS負載晶體管(記其負載電阻值為Rltjad)的作用下，Idata與IMf被轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)據(jù)單元的電壓Vdata=IdataXRlt5ad與參考單元的電壓Vref=IrefXRload^由于數(shù)據(jù)單元與參考單元具有不同的電阻值，因此Idata幸IMf，從而Vdata=IdataX Rioad幸Vref=Iref X Rloado最后Vdata與Vref被同時接入電壓比較器的兩個輸入端，進行比較并放大，輸出最終的二進制數(shù)據(jù)信號。更具體地，如果數(shù)據(jù)單元為低電阻態(tài)&，則Vdata='< vMf，輸出數(shù)據(jù)比特為“O” ；反之如果數(shù)據(jù)單元為低電阻態(tài)rh，則Vdata=V11 > VMf，輸出數(shù)據(jù)比特為“ I ”。為了得到最佳的讀取判決裕量，理想情況下必須滿足Vm= (VJVh) /2，但是在實際情況中，由于工藝參數(shù)偏差的影響，數(shù)據(jù)單元與參考單元會存在參數(shù)偏差，導致不同數(shù)據(jù)單元的&與Rh不再一致，呈現(xiàn)出一個概率分布，如附圖4所示。同時讀取電路本身的晶體管也會存在參數(shù)偏差(例如數(shù)據(jù)單元支路與參考單元支路的負載晶體管的電阻不相等)。這些因素導致讀取放大器存在參考失配，從而影響讀取判決裕量，降低存儲器的數(shù)據(jù)可靠性。
[0083]圖4為非揮發(fā)存儲器由于工藝參數(shù)偏差所導致的參考失配示意圖；理想情況下，同一個存儲器中的所有存儲單元在高電阻態(tài)時都具有相同的電阻值Riudeal，而在低電阻態(tài)時都具有相同的電阻值RudMl，此時為了得到最佳的讀取判決裕量，參考單元的電阻值ideal必須滿足RMf—ideal= (R^ideal+RL^deal) /2。但是，在實際情況中，由于工藝參數(shù)偏差的存在，存儲單元之間會出現(xiàn)參數(shù)失配，因此同一個存儲器中的數(shù)據(jù)單元即使在相同的電阻狀態(tài)(高電阻態(tài)或低電阻態(tài))下，也具有不同的電阻值，分別記為Rh ac;tual與&—ac;tual，此時RH—ac;tual與RL_actual呈現(xiàn)出一個概率分布。因此為了獲得最佳的讀取判決裕量，實際參考單元的電阻值IWartual可能不再等于原來的(RH—ideal+Rudeal)/2。實際參考單元電阻值IWartual與理想?yún)⒖紗卧娮柚礡Mf—ideal之間的差異定義為參考失配。參考失配直接導致數(shù)據(jù)單元讀取判決裕量的減小，當讀取判決裕量不能克服讀取電路本身的輸入失配，則可能產(chǎn)生讀取錯誤，嚴重影響存儲器的數(shù)據(jù)可靠性。 [0084]下面結(jié)合附圖3，附圖5與附圖6，詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0085](I)本發(fā)明一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路，如附圖5所示，其特征是該參考校準電路由參考單元，位線選擇晶體管，鉗位晶體管，負載晶體管，參考校準電阻以及參考校準開關(guān)組成。它們之間的位置連接關(guān)系及信號走向是:參考單元的一端接地(即Vss)，另一端通過位線與位線選擇晶體管的源極相連，位線選擇晶體管的柵極由Ve sel信號進行控制，其漏極與鉗位晶體管的源極相連，鉗位晶體管的柵極由Ve damp信號進行控制，其漏極與負載晶體管的源極相連，負載晶體管的柵極由Ve ltjad信號進行控制，其漏極接供電電壓源Vdd，參考校準電阻同時與鉗位晶體管的漏極以及負載晶體管的源極相連，參考校準開關(guān)的各個子開關(guān)輸入端分別連接在參考校準電阻的各個子電阻的兩端，其共享輸出端與參考單元電壓輸出端Vref相連。當各個晶體管在控制信號的作用下同時導通后，電流從Vdd經(jīng)過負載晶體管，鉗位晶體管，位線選擇晶體管，以及參考單元，最終流向地電位，由于參考單元中Rl支路與Rh支路的電阻不同，因此會產(chǎn)生不同的電流，分別記為Imc1與Irefl，從而在負載晶體管的作用下，兩個支路會在負載晶體管與鉗位晶體管之間產(chǎn)生不同的電壓，分別記為\與νΗ。參考校準開關(guān)動態(tài)選擇接通的子開關(guān)輸入端的位置，即調(diào)整參考單元電壓輸出端Vref與\以及Vh之間參考校準子電阻的個數(shù)，從而對參考單元電壓進行校準，使其可以在\與Vh間進行浮動。
[0086]所述參考單元由一個配置成低電阻態(tài)&和一個配置成高電阻態(tài)Rh的數(shù)據(jù)單元組成，其中，每一個數(shù)據(jù)單元由數(shù)據(jù)存儲部分(可變電阻Rx)與NMOS字線選擇晶體管(NAR0與NAR1)串聯(lián)組成，它們之間的關(guān)系是:數(shù)據(jù)存儲部分的底端電極跟NMOS字線選擇晶體管的漏極相連，NMOS字線選擇晶體管的源極接地，柵極接字線(WL)。數(shù)據(jù)存儲部分用于存儲數(shù)據(jù)信息，字線選擇晶體管由字線控制，用于對數(shù)據(jù)單元進行訪問控制；
[0087]所述位線選擇晶體管是NSRO與NSR1，由Ve sel信號進行控制，用于讀取數(shù)據(jù)單元時，選取合適的參考單元；
[0088]所述鉗位晶體管是NCRO與NCR1，由Ve elamp信號進行控制，用于鉗制參考單元位線(BLR0與BLRl)的電壓；防止參考單元被擊穿；
[0089]所述負載晶體管是PLRO與PLR1，由Ve lMd信號進行控制，用于提供參考單元電流到電壓的轉(zhuǎn)換；
[0090]所述參考校準電阻與參考校準開關(guān)是本發(fā)明的核心器件，其中參考校準電阻由N個子電阻Λ R串聯(lián)組成，而參考校準開關(guān)由Ν+1個子開關(guān)組成，其中Ν+1個子開關(guān)各有一個輸入端，但共享同一個輸出端(Ssel),每個子電阻兩端都連接一個子開關(guān)輸入端。同一時刻，有且只有一個子開關(guān)為閉合狀態(tài)，即該子開關(guān)輸入端與共享輸出端(Ssel)相連(閉合)，其他的子開關(guān)均為斷開狀態(tài)。根據(jù)存儲器中低電阻態(tài)&和高電阻態(tài)Rh的分布情況，參考校準開關(guān)動態(tài)選擇接通的子開關(guān)輸入端的位置，從而對參考單元電壓Vref進行校準，使其可以在\與Vh之間進行浮動，以獲得最佳的讀取判決裕量，從而使整個存儲器獲得最佳的讀取可靠性性能；
[0091]其中，子電阻AR的取值范圍是:0-10千歐；
[0092]其中，子開關(guān)可以是晶體管，也可以是門電路，其【具體實施方式】不做限定，各個子開關(guān)輸入端連接在參考校準電阻中各個子電阻的兩端，共享輸出端(Ssel)與參考單元電壓輸出端Vref相連，通過控制子開關(guān)輸入端與共享輸出端的連接狀態(tài)，來動態(tài)選擇參考單元電壓輸出端在參考校準電阻中的位置，從而對參考單元電壓進行校準；
[0093](2)本發(fā)明一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路的校準方法，該方法具體步驟如下:
[0094]步驟一:選取初始參考單元電壓為\與Vh的中間值，此時參考校準開關(guān)接通參考校準電阻最中間的子開關(guān)，即Ssel=SN/2 ；
[0095]步驟二:對數(shù)據(jù)單元塊中的所有數(shù)據(jù)單元寫入數(shù)據(jù)比特“0”，然后用如附圖3所示的讀取放大器對數(shù)據(jù)單元塊中的數(shù)據(jù)單元依次進行讀取；
[0096]步驟三:根據(jù)是否產(chǎn)生讀取錯誤對參考單元電壓進行調(diào)整，確定讀取數(shù)據(jù)比特“O”所需的最小參考電壓Vmintl,同時確定此時參考校準開關(guān)的位置Smintl,并把Vmintl與Smintl的信息存入緩存中。更具體地，
[0097](3.1)如果采用當前參考單元電壓進行讀取且未產(chǎn)生讀取錯誤，則減小參考單元電壓，此時參考校準開關(guān)向'方向移動一格，即Ssel=Ss^1 ;然后重新對數(shù)據(jù)單元塊中的所有數(shù)據(jù)單元寫入數(shù)據(jù)比特“0”，并進行讀??；(3.1.A)如果存在讀取錯誤，則調(diào)整參考校準開關(guān)向Vh方向移動一格，即Ssel=Ssel+1，并確定當前參考單元電壓為讀取數(shù)據(jù)“O”時所需的最小參考電壓Vmintl,同時確定當前參考校準開關(guān)的位置為Smintl ; (3.1.B)如果不存在讀取錯誤，則判斷參考校準開關(guān)是否是最小子開關(guān)，即Ssel=Stl是否成立；(3.1.B.a)如果成立，即Ssel=Stl，則確定當前參考單元電壓為讀取數(shù)據(jù)“O”時所需的最小參考電壓Smintl，同時確定當前參考校準開關(guān)的位置為Smintl ; (3.1.B.b)如果不成立，即Ssel Φ Stl，則繼續(xù)(3.1)過程，直至_定 Vmin0 與 Smin。。
[0098](3.2)如果采用當前參考單元電壓進行讀取且產(chǎn)生讀取錯誤，則增大參考單元電壓，此時參考校準開關(guān)向Vh方向移動一格，即Ssel=Ssel+1;然后重新對數(shù)據(jù)單元塊中的所有數(shù)據(jù)單元寫入數(shù)據(jù)比特“0”，并進行讀??；(3.2.A)如果不存在讀取錯誤，則確定當前參考單元電壓為讀取數(shù)據(jù)“O”時所需的最小參考電壓Vmintl，同時確定當前參考校準開關(guān)的位置為Sfflin0 ;(3.2.B)如果存在讀取錯誤，則判斷參考校準開關(guān)是否是最大子開關(guān)，即Ssel=SN是否成立；(3.2.B.a)如果成立，即Ssel=SN，則確定當前參考單元電壓為讀取數(shù)據(jù)“O”時所需的最小參考電壓Smintl,同時確定當前參考校準開關(guān)的位置為Smintl ; (3.2.B.b)如果不成立，即Ssel幸Sn，則繼續(xù)(3.2)過程，直到確定Vmin0與Smin0o
[0099]步驟四:對數(shù)據(jù)單元 塊中的所有數(shù)據(jù)單元寫入數(shù)據(jù)比特“1”，然后用如附圖3所示的讀取放大器對數(shù)據(jù)單元塊中的數(shù)據(jù)單元依次進行讀取；
[0100]步驟五:根據(jù)是否產(chǎn)生讀取錯誤對參考單元電壓進行調(diào)整，確定讀取數(shù)據(jù)比特“I”所需的最大參考電壓Vmaxl,同時確定此時參考校準開關(guān)的位置Smaxl，并把Vmaxl和Smaxl的信息存入緩存中。更具體地，
[0101](5.1)如果采用當前參考單元電壓進行讀取且產(chǎn)生讀取錯誤，則判斷當前參考校準開關(guān)的位置Ssel是否等于Sniintl ; (5.1.A)如果成立，即Ssel=Sniintl,則確定當前參考單元電壓為讀取數(shù)據(jù)“I”時所需的最大參考電壓Vmaxl,同時確定當前參考校準開關(guān)的位置為Smaxl ；(5.1.B)如果不成立，即Ssel Φ Smintl，則減小參考單元電壓，此時參考校準開關(guān)向 '方向移動一格，即Ssel=Ssel+并確定當前參考單元電壓為讀取數(shù)據(jù)“I”時所需的最大參考電壓Vmaxl,同時確定當前參考校準開關(guān)的位置為Sniaxl。
[0102](5.2)如果采用當前參考單元電壓進行讀取且未產(chǎn)生讀取錯誤，則判斷參考校準開關(guān)是否是最大子開關(guān)，即3%1=51<是否成立；(5.2.A)如果成立，即Ssel=SN,則確定當前參考單元電壓為讀取數(shù)據(jù)“I”時所需的最大參考電SVmaxl，同時確定當前參考校準開關(guān)的位置為Smaxl ; (5.2.B)如果不成立，即Ssel Φ Sn，則增大參考單元電壓，此時參考校準開關(guān)向\方向移動一格，即Ssel=Ssel+1。然后對數(shù)據(jù)單元塊中的所有數(shù)據(jù)單元寫入數(shù)據(jù)比特“1”，并進行讀取，判斷是否產(chǎn)生讀取錯誤，繼續(xù)(5.1)或者(5.2)過程，直到確定Vmaxl和Smaxl。
[0103]步驟六:根據(jù)存儲的Vmintl與Vmaxl,則可確定最佳的參考單元電壓，即Vref_actual= ( Vfflaxl+Vfflin0) /2，來獲得最佳的讀取判決裕量。根據(jù)存儲的Smintl與Smaxl，則可確定參考校準開關(guān)最佳的子開關(guān)接通位置Ssel arfual ;更具體地，如果(maxl+minO)為偶
數(shù)，則 Ssel—aetual-S(maxl+minC))//2 ；如果(maxl+minO)為奇數(shù)，則 Ssel—aetual-S(maxl+minC)+1)//2 或 Ssel—actual °(maxl+minO—1)/2°
[0104]步驟七:存儲得到的參考校準開關(guān)最佳的子開關(guān)接通位置Ssel ac;tual，供數(shù)據(jù)單元塊讀取操作時使用。
[0105]在存儲控制器的控制下，依次對每個欲校準的參考單元塊進行如上參考校準過程。此參考校準過程只在非揮發(fā)存儲器出廠時執(zhí)行一次。
【權(quán)利要求】
1.一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路，其特征在于:它是由參考單元、位線選擇晶體管、鉗位晶體管、負載晶體管、參考校準電阻和參考校準開關(guān)組成；參考單元的一端接地即Vss，另一端通過位線與位線選擇晶體管的源極相連，位線選擇晶體管的柵極由Ve sel信號進行控制，其漏極與鉗位晶體管的源極相連，鉗位晶體管的柵極由Ve damp信號進行控制，其漏極與負載晶體管的源極相連，負載晶體管的柵極由Ve ltjad信號進行控制，其漏極接供電電壓源Vdd，參考校準電阻同時與鉗位晶體管的漏極以及負載晶體管的源極相連，參考校準開關(guān)的各個子開關(guān)輸入端分別連接在參考校準電阻的各個子電阻的兩端，其共享輸出端與參考單元電壓輸出端相連；當各個晶體管在控制信號的作用下同時導通后，電流從Vdd經(jīng)過負載晶體管，鉗位晶體管，位線選擇晶體管，以及參考單元，最終流向地電位；由于參考單元中&支路與Rh支路的電阻不同，因此會產(chǎn)生不同的電流，分別記為Ireftl與Irefl，從而在負載晶體管的作用下，兩個支路會在負載晶體管與鉗位晶體管之間產(chǎn)生不同的電壓，分別記為\與Vh，參考校準開關(guān)動態(tài)選擇接通的子開關(guān)輸入端的位置，即調(diào)整參考單元電壓輸出端與\以及Vh之間的參考校準子電阻的個數(shù)，從而對參考單元電壓進行校準，使其在八與Vh之間進行浮動； 所述參考單元由一個配置成低電阻態(tài)&和一個配置成高電阻態(tài)Rh的數(shù)據(jù)單元組成，其中，每一個數(shù)據(jù)單元由數(shù)據(jù)存儲部分可變電阻Rx與NMOS字線選擇晶體管NARO與NARl串聯(lián)組成；數(shù)據(jù)存儲部分的底端電極跟NMOS字線選擇晶體管的漏極相連，NMOS字線選擇晶體管的源極接地，柵極接字線WL;數(shù)據(jù)存儲部分用于存儲數(shù)據(jù)信息，字線選擇晶體管由字線控制，用于對數(shù)據(jù)單元進行訪問控制； 所述位線選擇晶體管是NSRO與NSR1，由Ve sel信號進行控制，用于讀取數(shù)據(jù)單元時，選取合適的參考單元； 所述鉗位晶體管是NCRO與NCRl，由Ve elamp信號進行控制，用于鉗制參考單元位線BLRO與BLRl的電壓； 防止參考單元被擊穿； 所述負載晶體管是PLRO與PLR1，由Ve lMd信號進行控制，用于提供參考單元電流到電壓的轉(zhuǎn)換； 所述參考校準電阻與參考校準開關(guān)是本發(fā)明的核心器件，其中參考校準電阻由N個子電阻AR串聯(lián)組成，而參考校準開關(guān)由N+1個子開關(guān)組成，其中N+1個子開關(guān)各有一個輸入端，但共享同一個輸出端Ssel，每個子電阻兩端都連接一個子開關(guān)輸入端；同一時刻，只有一個子開關(guān)為閉合狀態(tài)，即該子開關(guān)輸入端與共享輸出端Ssel相連，其他的子開關(guān)均為斷開狀態(tài)；根據(jù)存儲器中低電阻態(tài)&和高電阻態(tài)Rh的分布情況，參考校準開關(guān)動態(tài)選擇接通的子開關(guān)輸入端的位置，從而對參考單元電壓Vref進行校準，使其在\與Vh之間進行浮動，以獲得最佳的讀取判決裕量，從而使整個存儲器獲得最佳的讀取可靠性性能。
2.一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路的校準方法，該方法具體步驟如下: 步驟一:選取初始參考單元電壓為\與Vh的中間值，此時參考校準開關(guān)接通參考校準電阻最中間的子開關(guān)，即Ssel=SN/2 ； 步驟二:對數(shù)據(jù)單元塊中的所有數(shù)據(jù)單元寫入數(shù)據(jù)比特“0”，然后進行讀?。? 步驟三:根據(jù)是否產(chǎn)生讀取錯誤對參考單元電壓進行調(diào)整，確定讀取數(shù)據(jù)比特“O”所需的最小參考電壓Vmintl,同時確定此時參考校準開關(guān)的位置Smintl ;更具體地，如果采用當前參考單元電壓進行讀取且未產(chǎn)生讀取錯誤，則減小參考單元電壓，即參考校準開關(guān)向\方向移動；反之如果采用當前參考單元電壓進行讀取且產(chǎn)生讀取錯誤，則增大參考單元電壓，即參考校準開關(guān)向Vh方向移動； 步驟四:對數(shù)據(jù)單元塊中的所有數(shù)據(jù)單元寫入數(shù)據(jù)比特“1”，然后進行讀取； 步驟五:根據(jù)是否產(chǎn)生讀取錯誤對參考單元電壓進行調(diào)整，確定讀取數(shù)據(jù)比特“ I ”所需的最大參考電壓Vmaxl,同時確定此時參考校準開關(guān)的位置Smaxl ;更具體地，如果采用當前參考單元電壓進行讀取且未產(chǎn)生讀取錯誤，則增大參考單元電壓，即參考校準開關(guān)向Vh方向移動；反之如果采用當前參考單元電壓進行讀取且產(chǎn)生讀取錯誤，則減小參考單元電壓，即參考校準開關(guān)向 '方向移動； 步驟TK:確定最佳的參考單兀電壓Vrrf-artual=(Vmaxl+VminCI)/2,同時確定參考校準開關(guān)的位置 Ssel aetual，更具體地，若(maxl+minO)為偶數(shù)，則 Ssel actual=S(niaxl+niin0)/2 ;若(maxl+minO)為奇數(shù)，則
^sel actual ^ (maxl+minO+1)/2 ^sel actual ^ (maxl+minO-Ι) /2 ? 步驟七:存儲得到的參考校準開關(guān)最佳的子開關(guān)接通位置Ssel ac;tual，供數(shù)據(jù)單元塊讀取操作時使用；每個存儲器能分為很多子存儲塊，每個子存儲塊包括數(shù)據(jù)單元塊MCB與參考單元塊RCB，在存儲器芯片出廠之后，根據(jù)提出的參考校準電路與方法對每個參考單元塊進行校準，并把校準信息保存起來，以后對數(shù)據(jù)單元塊進行讀取操作時，只需調(diào)取相應參考單元塊的校準信息即可，此參考校準過程只在存儲器出廠之后進行一次。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路，其特征在于:該子電阻AR的取值范圍是:0_10千歐。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非揮發(fā)存儲器參考校準電路，其特征在于:該子開關(guān)是晶體管，也可以是門電路，其【具體實施方式】不做限定，各個子開關(guān)輸入端連接在參考校準電阻中各個子電阻的兩端，共享輸出端Ssel與參考單元電壓輸出端VMf相連，通過控制子開關(guān)輸入端與共享輸出端的連接狀態(tài)，來動態(tài)選擇參考單元電壓輸出端在參考校準電阻中的位置，從而對參考單元電壓進行校準。
【文檔編號】G11C16/06GK103811059SQ201410072147
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】康旺, 郭瑋, 趙巍勝, 張有光 申請人:北京航空航天大學