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溫度自適應性DRAM刷新時(shí)鐘電路

作者: 時(shí)間:2009-10-10 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏
0 引 言
動(dòng)態(tài)存儲器中的數據以電荷形式存儲在電容中,因為MOS晶體管漏電,電荷會(huì )逐漸漏失,最終造成數據丟失。所以,動(dòng)態(tài)存儲器就需要不斷對數據進(jìn)行刷新,補充電荷。由于漏電流的大小受影響較大,導致電荷在存儲器電容中的保持時(shí)間隨著(zhù)改變而改變。傳統的刷新電路產(chǎn)生刷新信號的時(shí)鐘周期是預先設計好的,固定不變,無(wú)法根據的變化自己調節周期,因此,傳統的刷新電路設計的刷新時(shí)鐘是基于高溫的情況,刷新頻率很快,這樣就使得常溫的時(shí)候刷新比較頻繁,消耗大量功耗。
本文提出一種具有溫度自適應的刷新,其頻率隨著(zhù)溫度上升而上升。電路由基本的MOS管構成,利用了Diodes方式(二極管方式)連接的MOS管電流隨溫度變化的特點(diǎn)。電路不僅具有溫度特性,降低了功耗,而且占面積小,與一般的CMOS工藝完全兼容,不需要工藝上的特殊處理。

1 電路結構
圖1給出刷新示意圖。電路左邊是一條反相器反饋鏈,反相器鏈輸出和使能信號EN共同控制一個(gè)兩輸入端的與非門(mén),與非門(mén)的輸出連接上拉管MP1的柵極,下拉管MN1柵極和刷新電路的時(shí)鐘輸出;反相器鏈輸入端連接的是電容C1,而且反相器鏈的輸入端的第一個(gè)反相器是施密特反相器。電路的右邊是時(shí)鐘調整單元。時(shí)鐘調整單元主要由一條充放電的通路構成,通路由3個(gè)基本的MOS管組成,其中上拉管MP1受與非門(mén)輸出控制,用于對電容C1進(jìn)行充電;下拉管MN0也受與非門(mén)輸出控制,其狀態(tài)正好與MP1管相反,用于開(kāi)啟放電通路,對電容C1進(jìn)行放電;放電管MP0主要用于對電容C1放電,以Diodes方式連接。

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/188577.htm

2 電路工作原理
電路上電后,EN信號使能,電容C1沒(méi)有儲存電荷,Vcap點(diǎn)電壓為低電壓“0”,通過(guò)反相器鏈的反饋作用,N0點(diǎn)電壓是低電壓“0”,上拉管MP1開(kāi)啟,下拉管MN1關(guān)閉,電源對電容C1充電,MP1的尺寸比較大,所以充電速度比較快,電容C1迅速被充到高電平。當電容C1電壓超過(guò)了施密特反相器的上翻轉點(diǎn)(假設為VM+,VM+>Vdd/2),反相器鏈開(kāi)始轉變狀態(tài),通過(guò)反相器鏈的傳播,在N0點(diǎn)處,電壓變?yōu)楦唠娖健?”,迫使上拉管MP1關(guān)閉,下拉管MN1開(kāi)啟,電容C1停止充電,開(kāi)始通過(guò)放電通路泄放電荷,電容電壓Vcap開(kāi)始下降。當電容電壓低于施密特反相器的下翻轉點(diǎn)(假設為VM-,VM-Vdd/2),反相器狀態(tài)改變,經(jīng)過(guò)反相器鏈,N0點(diǎn)電壓處重新變?yōu)榈碗娖健?”,上拉管MP1開(kāi)啟,下拉管MN1關(guān)閉,電容又重新開(kāi)始充電過(guò)程。在反復的充放電過(guò)程中,電路在OUT點(diǎn)產(chǎn)生了振蕩時(shí)鐘。

對于MOS電容C1,可以近似認為是平板電容:
C*U=Q
式中:C為電容大小,U為電容電壓(即Vcap點(diǎn)電壓)。隨著(zhù)放電通路開(kāi)啟,電容C1中的電荷Q逐漸漏失,電容的大小C不變,電容電壓U開(kāi)始下降。同時(shí),對于放電通路,MP0管以DIODES方式連接,MP0一直處于飽和狀態(tài),對于飽和電流公式:


式中:Vth是閾值電壓,Vgs是柵源電壓。Ugs對應于電路上就是MP0管兩端電壓,又由于MN1是下拉管,尺寸大,所以放電通路開(kāi)啟后,MP1管的柵端和漏端電壓基本等于地電壓,而且MP1管的源端又連接在電容上,所以,可以認為Vgs就是電容電壓。因為電容電壓隨著(zhù)漏電下降,即Vgs隨漏電下降。所以根據飽和電流公式,電流Ids呈平方關(guān)系減小。隨著(zhù)Ids減小,電容電荷漏失的速度變慢,電容電壓下降的速度也隨之變慢。
圖2說(shuō)明的是以Diodes方式連接的晶體管,不同溫度下的電流和柵源電壓之間的關(guān)系。當柵源電壓比較高的時(shí)候,高溫時(shí)的飽和漏電流比低溫時(shí)的電流要低;相反地,當柵源電壓下降到閾值電壓附近,高溫時(shí)的飽和漏電流就比低溫時(shí)的電流要高。利用低柵源電壓的電流的溫度特性,高溫時(shí),飽和漏電流Ids比低溫時(shí)大,電容C1的電壓下降得快,更快到達施密特反相器翻轉點(diǎn)VM-,電路振蕩時(shí)鐘周期就會(huì )比較短,相應地,其頻率就更快,就能夠體現出時(shí)鐘溫度的特性。


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關(guān)鍵詞: DRAM 溫度 時(shí)鐘電路

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