SRAM儲存原理

2021-09-29 18:38:49 字數 2384 閱讀 6338

靜態隨機訪問儲存器(static random-access memory,sram)是隨機訪問儲存器的一種。所謂的「靜態」,是指這種儲存器只要保持通電,裡面儲存的資料就可以恆常保持。相對之下,動態隨機訪問儲存器(dram)裡面所儲存的資料就需要周期性地更新。然而,當電力**停止時,sram儲存的資料還是會消失(被稱為volatile memory),這與在斷電後還能儲存資料的rom或快閃儲存器是不同的。

6t:指的是由六個電晶體組成,如圖中的m1、m2、 m3、m4、m5、m6. sram中的每一bit儲存在由4個場效電晶體(m1, m2, m3, m4)構成兩個交叉耦合的反相器中。另外兩個場效電晶體(m5, m6)是儲存基本單元到用於讀寫的位線(bitline)的控制開關。

由mos反相器基本單元構成

6t電路等價於sr鎖存器

-----》 bl(非) 和m5 ,q(非),m4,m3組成與非門, bl,m6,q,m2,m1組成另乙個與非門

sram的設計 乙個sram基本單元有0 and 1兩個電平穩定狀態。sram基本單元由兩個cmos反相器組成。兩個反相器的輸入、輸出交叉連線,即第乙個反相器的輸出連線第二個反相器的輸入,第 二個反相器的輸出連線第乙個反相器的輸入。這就能實現兩個反相器的輸出狀態的鎖定、 儲存,即儲存了1個位元的狀態。 除了6管的sram,其他sram還有8管、10管甚至每個位元使用更多的電晶體的實現。 這可用於實現多埠(port)的讀寫訪問,如視訊記憶體或者暫存器堆的多口sram電路的實現。 一般說來,每個基本單元用的電晶體數量越少,其占用面積就越小。由於矽晶元(silicon wafer)的生產成本是相對固定的,因此sram基本單元的面積越小,在矽晶元上就可以制 造更多的位元儲存,每位元儲存的成本就越低。

記憶體基本單元使用少於6個電晶體是可能的— 如3管甚至單管,但單管儲存單元是dram,不是sram。

訪問sram時,字線(word line)加高電平,使得每個基本單元的兩個控制開關用的晶體 管m5與m6開通,把基本單元與位線(bit line)連通。位線用於讀或寫基本單元的儲存的狀態。雖然不是必須兩條取反的位線,但是這種取反的位線有助於改善雜訊容限.

sram的基本單元有3種狀態:standby (電路處於空閒), reading (讀)與writing (修改內容).

sram的讀 或寫模式必須分別具有"readability"(可讀)與"write stability"(寫穩定).

standby

如果字線沒有被選為高電平, 那麼作為控制用的m5與m6兩個電晶體處於斷路,把基本單元與位線隔 離。由m1 – m4組成的兩個反相器繼續保持其狀態,只要保持與高、低電平的連線。

reading

假設cell中儲存的資料是1(q點是高電平),當進行讀操作的時候,首先把兩根bit line(bl和bl)設定為高電平。之後assert wl,以便導通m5和m6。m5和m6導通之後,我們分成兩個部分來看。右邊的bl和q都是高電平,因此狀態不變。對於左邊,bl是高電平,而q是低電平,這時候,bl就會通過m5、m1進行放電,如果時間足夠長,bl最終會變成低電平。cell儲存資料0的情況是類似的,只不過這時候最終bl會保持高電平,而bl最終會被放電成低電平,具體的過程這裡不再詳述。bl和bl會接到sense amplifier上,sense amplifier可以感知bl和bl之間的電壓差從而判斷cell中儲存的是0還是1。

writing

寫週期之初,把要寫入的狀態載入到位線。如果要寫入0,則設定(bl非)為1且bl為0。隨後字線wl載入為高電平,位線的狀態被載入sram的基本單元。這是通過位線輸入驅動被設計為比基本 單元相對較弱的電晶體更為強壯,使得位線狀態可以覆蓋基本單元交叉耦合的反相器的以前的狀態。

假設要向cell中寫入1,首先將bl設定為高電平,bl非設定為低電平。之後assert wl,以便導通m5和m6。m5和m6導通之後,如果原來cell儲存1,那麼狀態不會變化。如果原來cell儲存0,這時候q是低電平,m1截止,m2導通,q是高電平,m4截止,m3導通。一旦assert wl使得m5和m6導通後,q變成高電平(跟隨bl點的電平),從而導致m1導通,m2截止。一旦m1導通,原來q點的高電平會通過m1進行放電,使q點變成低電平。而q點的低電平又導致m4導通,m3截止,使得q點鎖定在高電平上。將cell的內容從1變成0也是相似的過程,這裡不再詳述。

參考:

SRAM電路工作原理

近年來,片上儲存器發展迅速,根據國際半導體技術路線圖 itrs 隨著超深亞微公尺製造工藝的成熟和奈米工藝的發展,電晶體特徵尺寸進一步縮小,半導體儲存器在片上儲存器上所佔的面積比例也越來越高。接下來宇芯電子介紹sram的工作原理以及工作過程。sram 寫操作。寫操作就是把資料寫入指定的sram 儲存單...

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SRAM的基本原理

sram不存在重新整理的問題。乙個sram基本儲存單元融個電晶體和兩個電阻器構成,它並不利用電容器來儲存資料,而是通過切換電晶體的狀態來實現的,如同cpu中的電晶體通過切換不同的狀態也能夠分別代表0和這兩個狀態正是因為這種結構,所以sram的讀取過程並不會造成sram內儲存的的資訊的丟失,當然也就不...