SRAM工作原理

david 2021-12-11 15:15:30 2721

1.1 SRAM工作原理

静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)是随机存取存储器的一种,所谓“静态”,是指只要保持通电,储存的数据就可以恒常保持。而动态随机存取存储器(DRAM)所储存的数据就需要周期性地刷新。本文先简述SRAM的工作原理。

如下图所示,6T SRAM由M1、M2组成一个inverter,由M3、M4组成另一个inverter,这两个inverter的output分别接到另一个inverter的input,构成一个latch,从而可以将数据锁住。

连接到M5、M6的gate信号是word line(缩写成WL),是用来控制SRAM bit-cell的开关信号,M5、M6一起打开或关闭。M5、M6的Drain端是读出或写入的bit line(缩写成BL)。若要写入1,则BL驱动电压为VDD;若要写入0,则BL驱动电压为0。

1. SRAM写操作

当bit-cell存储的内容为1而要写入0,即Q的电压值为VDD,此时只需要将WL电压值提高到VDD且BL为0,那么Q电压值将通过M6被拉低,Q’的电压值将通过M5被拉高,再由M1/M2,M3/M4两个反相器推挽,bit-cell存储的内容就从1变成0了。此时WL电压拉低即可完成数据锁存。

2. SRAM读操作

读出bit-cell存储单元时,先将BL和BL’拉到等电位,这个电位通常为pre-charge voltage电压,一般为VDD(或VDD-Vth),当BL及BL’两端电位相等之后可以将之浮接(floating)或通过阻抗接至pre-charge voltage电压源,然后将WL打开,利用Q及Q’的寄生电容通过M6、M5与BL、BL’产生charge sharing及分压的效果从而让BL与BL’产生电压差,最后利用外部的sense amplifier将差异信号放大从而读出0或1。

简言之,6T SRAM的写是利用外部电压改变bit-cell的锁存电荷值,而读是bit-cell的内部锁存电荷值去驱动外部相同电位的BL、BL’,bit-cell的驱动能力有限,因此需要sense amplifier来放大。

发散一下:

动态DRAM的每个单元可以看作是一个MOS管和一个电容组合,电容充电后是1,没充电是0,WL被选中后,MOS管导通,BL就和电容导通,可以进行读写操作。相比SRAM而言,DRAM容易漏电,因此需要刷新,但其结构简单、集成度高、成本低,因此被大规模使用。

转载:全栈芯片工程师

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