一種相變存儲器的驅動(dòng)電路設計

引言

　　相變存儲器（PC2RAM）是一種新型半導體存儲器，在研發(fā)下一代高性能不揮發(fā)存儲技術(shù)的激烈競爭中，PC2RAM在讀寫(xiě)速度、讀寫(xiě)次數、數據保持時(shí)間、單元面積、功耗等方面的諸多優(yōu)勢顯示了極大的競爭力，得到了較快的發(fā)展。相變存儲器是利用加工到納米尺寸的相變材料在晶態(tài)與非晶態(tài)時(shí)不同的電阻狀態(tài)來(lái)實(shí)現數據存儲。讀、寫(xiě)操作是通過(guò)施加電壓或電流脈沖信號在相變存儲單元上進(jìn)行的。相變存儲單元對驅動(dòng)電路產(chǎn)生的驅動(dòng)電壓或電流十分敏感，因此，設計一個(gè)性能優(yōu)良的驅動(dòng)電路成為實(shí)現芯片功能的關(guān)鍵。本文介紹了一種新型的、結構簡(jiǎn)單的相變存儲器驅動(dòng)電路設計，該電路采用電流驅動(dòng)方式，主要包括基準電壓電路、偏置電流電路、電流鏡電路及控制電路。

　　1　電路設計與分析

　　1.1　相變存儲器芯片

　　圖1為相變存儲器內部結構框圖，主要包括相變存儲單元陣列（1r1tarray）、地址解碼器（rowdec和columndec）、讀寫(xiě)驅動(dòng)電路（drv8）、驅動(dòng)控制電路（drvcon）和讀出放大電路（sa8）。

　　相變存儲單元陣列包括字線(xiàn)、位線(xiàn)和處在字線(xiàn)與位線(xiàn)的交叉區的相變存儲單元，每一個(gè)存儲單元包括一條字線(xiàn)、一個(gè)選通管及一個(gè)相變電阻，并且每一個(gè)相變電阻均可在非晶態(tài)與晶態(tài)之間進(jìn)行編程；地址解碼器解碼輸入行地址，以選擇每個(gè)存儲單元的字線(xiàn)，位選擇電路根據輸入的列地址，選擇一條位線(xiàn)；驅動(dòng)電路生成將所選存儲單元編程為非晶態(tài)或晶態(tài)的寫(xiě)電流，以及讀出被編程后的存儲單元狀態(tài)的讀電流；驅動(dòng)控制電路由控制邏輯與脈沖信號發(fā)生器組成，用于產(chǎn)生一定脈沖寬度的讀/寫(xiě)脈沖，其中，寫(xiě)過(guò)程包括寫(xiě)“0”、寫(xiě)“1”兩種情況（Set和Reset），對應相變單元在晶態(tài)（低阻）及非晶態(tài)（高阻）之間的轉換。

　　1.2　驅動(dòng)電路

　　本文所設計的相變存儲器驅動(dòng)電路主要結構如圖2所示。首先，由帶隙基準電壓電路bgn生成高精度的基準電壓Vref,接著(zhù)，該基準電壓通過(guò)一級偏置電流產(chǎn)生電路偏置產(chǎn)生高精度的偏置電流Ibias,偏置電流輸出給后級用于最終驅動(dòng)的電路drv。drv由兩級電流鏡電路組成，每一級有三個(gè)電流鏡結構，可分別用于產(chǎn)生大小不同的Read、Set、Reset電流，drvcon用于控制產(chǎn)生所需的電流脈沖。