具有延時(shí)讀取技術(shù)的自旋磁隨機(jī)存儲器自使能電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁隨機(jī)存儲器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲器(STT-MRAM:Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有延時(shí)讀取技術(shù)的自旋磁隨機(jī)存儲器自使能電路。
【背景技術(shù)】
[0002]存儲器是電子系統(tǒng)中用于記憶的部件，被用于存儲計(jì)算機(jī)程序和各種數(shù)據(jù)。隨機(jī)存儲器數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀取。自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲器具備低功耗、低操作電壓、高密度、高速度、讀寫操作次數(shù)理論不受限制的優(yōu)點(diǎn)，有望成為真正意義上的“通用存儲器”。
[0003]自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲器是目前研究最廣泛的新型隨機(jī)存儲器，其一般采用一個(gè)存儲陣列和相應(yīng)外圍電路組成。存儲陣列中具有多個(gè)存儲單元，如圖1所示，每個(gè)存儲單元包括一個(gè)磁隧道結(jié)(MTJ:Magnetic Tunnel Junct1n) Ml I和一個(gè)字線選擇晶體管M12。其中磁隧道結(jié)Mll包括磁矩方向可變的自由層M111、磁矩方向固定的參考層M113以及設(shè)置在自由層Ml 11和參考層Ml 13之間的絕緣層Ml 12，字線選擇晶體管的一端與參考層Ml 13相連接，自由層Mlll和參考層M113相對磁矩方向平行或反平行，磁隧道結(jié)的隧穿磁阻對應(yīng)為低電阻(Rp)或高電阻(Rap)，則可分別代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)“O”或“I”。
[0004]存儲器的外圍電路主要包括靈敏放大器、譯碼器、讀寫控制電路等。自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲器通過行列選擇可以簡單方便的操作每個(gè)存儲單元。自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲器通常采用電流寫入方式。如圖2所示，自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲器的寫入驅(qū)動(dòng)電路包括寫入控制邏輯電路M21、寫入驅(qū)動(dòng)電路M22、讀寫隔離開關(guān)M23和列選擇開關(guān)M24。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)Input和寫使能信號W-enable，產(chǎn)生流過磁隧道結(jié)的電流Iwite,改變磁隧道結(jié)的相對磁化方向。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的不同，寫入后自由層和參考層的相對磁化方向不同。
[0005]參見圖3，自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲器在讀工作模式下，預(yù)充電式靈敏放大器M320首先把存儲位單元位線BL-s和參考位單元位線BL-r充電至相同的電位，因?yàn)榇鎯ξ粏卧狹311的磁隧道結(jié)和參考位單元M312的磁隧道結(jié)的電阻不同，所以產(chǎn)生不同的讀取電流I?ad和Iref，利用電流型靈敏放大器M320，比較Iraad和I ref后輸出信號OlltpUt，進(jìn)而判讀磁隧道結(jié)所存儲的數(shù)據(jù)是O還是I。但為避免影響自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲器的存儲狀態(tài)，一般讀取電流小，因此位線上讀取電流為小擺幅信號，即高低電流差值很小，I…電流差值也很小，故要求讀取的存儲單元信息一定要經(jīng)過高靈敏度的放大器，經(jīng)放大后才能輸出。當(dāng)存儲位單元MTJ結(jié)的相對磁化方向?yàn)槠叫袝r(shí)，MTJ結(jié)表現(xiàn)為低電阻，與同為平行態(tài)低電阻的參考位單元MTJ結(jié)相比，因面積大，電阻小，所以IraadMref，通過電流型靈敏放大器Μ320的比較和放大，輸出Output為數(shù)字電平O。當(dāng)存儲用MTJ結(jié)的相對磁化方向?yàn)榉雌叫袝r(shí)，MTJ結(jié)表現(xiàn)為高電阻，與平行態(tài)參考用MTJ結(jié)相比，電阻大，所以Iraad〈I?f，通過電流型靈敏放大器M320的比較和放大，輸出Output為數(shù)字電平I。
[0006]自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲器傳統(tǒng)寫入電路參見圖2，輸入的數(shù)據(jù)無論和存儲位單元上一時(shí)刻的數(shù)據(jù)相同與否，都會輸出流過磁隧道結(jié)的電流Imta，造成寫入能耗的增加。寫入電路作為自旋磁隨機(jī)存儲器的核心電路，傳統(tǒng)的寫入電路結(jié)構(gòu)無法滿足自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲器越來越低的功耗要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種低能耗、高可靠性的具有延時(shí)讀取技術(shù)的自旋磁隨機(jī)存儲器自使能電路，該具有延時(shí)讀取技術(shù)的自旋磁隨機(jī)存儲器自使能電路能夠?qū)崿F(xiàn)寫入數(shù)據(jù)的自使能寫入，降低了存儲位單元的寫入能耗，從而降低了自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲器的功耗。
[0008]本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為:一種具有延時(shí)讀取技術(shù)的自旋磁隨機(jī)存儲器自使能電路，包括寫入控制邏輯電路、寫入驅(qū)動(dòng)電路、讀寫隔離開關(guān)、存儲位單元、讀使能開關(guān)、靈敏放大器，其特征在于:還包括能夠?qū)崿F(xiàn)讀寫隔離開關(guān)和讀使能開關(guān)自使能導(dǎo)通和截止的自使能控制邏輯電路，所述自使能控制邏輯電路中具有延時(shí)電路；
[0009]所述寫入驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與寫入控制邏輯電路的輸出端相連接，所述讀寫隔離開關(guān)連接于所述寫入驅(qū)動(dòng)電路的輸出端和存儲位單元之間，所述讀使能開關(guān)連接于所述存儲位單元和靈敏放大器的輸入端之間，所述自使能控制邏輯電路的輸入端與所述靈敏放大器的輸出端相連接，所述自使能控制邏輯電路的輸出端分別連接寫入控制邏輯電路、讀寫隔離開關(guān)和讀使能開關(guān)。
[0010]優(yōu)選地，所述自使能控制邏輯電路還包括有異或門、反相器、第一與門、第二與門和第三與門；
[0011]其中，異或門的一個(gè)輸入端與所述靈敏放大器的數(shù)據(jù)信號輸出端相連接，異或門的另一個(gè)輸入端與寫入信號線相連接，異或門的輸出端與第一與門的一個(gè)輸入端相連接；
[0012]第一與門的另一個(gè)輸入端與所述靈敏放大器的感測信號輸出端相連接，第一與門的輸出端與反相器的輸入端、第二與門的一個(gè)輸入端相連接；
[0013]反相器的輸出端與延時(shí)電路的輸入端相連接；
[0014]第二與門的另一個(gè)輸入端與寫使能信號線相連接，第二與門的輸出端與寫入控制邏輯電路、讀寫隔離開關(guān)相連接；
[0015]第三與門的一個(gè)輸入端與延時(shí)電路的輸出端相連接，第三與門的另一個(gè)輸入端與所述靈敏放大器的感測信號輸出端相連接，第三與門的輸出端與讀使能開關(guān)相連接。
[0016]可選擇地，所述延時(shí)電路為正偶數(shù)個(gè)串聯(lián)連接的反相器。
[0017]所述讀寫隔離開關(guān)包括第一讀寫隔離開關(guān)和第二讀寫隔離開關(guān)，所述讀使能開關(guān)包括第一讀使能開關(guān)和第二讀使能開關(guān)；
[0018]所述第一讀寫隔離開關(guān)、第二讀寫隔離開關(guān)、第一讀使能開關(guān)和第二讀使能開關(guān)均為MOSFET管；
[0019]所述第一讀寫隔離開關(guān)的漏極連接寫入驅(qū)動(dòng)電路，所述第一讀寫隔離開關(guān)的源極連接存儲位單元，所述第一讀寫隔離開關(guān)的柵極連接第二與門的輸出端；
[0020]所述第二讀寫隔離開關(guān)的漏極連接寫入驅(qū)動(dòng)電路，所述第二讀寫隔離開關(guān)的源極連接存儲位單元，所述第二讀寫隔離開關(guān)的柵極連接第二與門的輸出端；
[0021]所述第一讀使能開關(guān)的漏極連接存儲位單元，所述第一讀使能開關(guān)的源極連接靈敏放大器的輸入端，所述第一讀使能開關(guān)的柵極連接第三與門的輸出端；
[0022]所述第二讀使能開關(guān)的漏極連接存儲位單元，所述第二讀使能開關(guān)的源極接地線，所述第二讀使能開關(guān)的柵極連接第三與門的輸出端。
[0023]所述存儲位單元包括一磁隧道結(jié)以及與所述磁隧道結(jié)的參考層相連接的字線選擇晶體管；
[0024]所述第一讀寫隔離開關(guān)的源極與所述存儲位單元中磁隧道結(jié)的自由層相連接，所述第二讀寫隔離開關(guān)的源極與所述存儲位單元中字線選擇晶體管相連接；
[0025]所述第一讀使能開關(guān)的漏極與存儲位單元中磁隧道結(jié)的自由層相連接，所述第二讀使能開關(guān)的漏極與存儲位單元中字線選擇晶體管相連接。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明中具有延時(shí)讀取技術(shù)的自旋磁隨機(jī)存儲器自使能電路采用自使能控制邏輯電路，能夠?qū)崿F(xiàn)存儲數(shù)據(jù)自使能的寫入和讀取，此外配合自使能控制邏輯電路中的延時(shí)電路，使得存儲數(shù)據(jù)無論是I還是0，都能夠很好地完成自使能的寫入和讀取。從而有效較少了流過存儲位單元的寫入電流，降低了存儲位單元的寫入能耗。而且該自使能控制邏輯電路，減少了寫入電流流經(jīng)磁隧道結(jié)的時(shí)間，提高了磁隧道結(jié)的可靠性，進(jìn)而提高了自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲器的可靠性，降低了自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲器的功耗。
【附圖說明】
[0027]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲器位單元的示意圖。
[0028]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲器位單元的寫入電路圖。
[0029]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲器位單元的讀取短路圖。
[0030]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲器的自使能電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0032]如圖4所示，本實(shí)施例中的具有延時(shí)讀取技術(shù)的自旋磁隨機(jī)存儲器自使能電路，包括寫入控制邏輯電路M41、寫入驅(qū)動(dòng)電路M42、讀寫隔離開關(guān)M43、存儲位單元M44、讀使能開關(guān)M46、靈敏放大器M45以及實(shí)現(xiàn)讀寫隔離開關(guān)M43和讀使能開關(guān)M46自使能導(dǎo)通和截止的自使能控制邏輯電路M47。
[0033]其中寫入驅(qū)動(dòng)電路M42的輸入端與寫入控制邏輯電路M41的輸出端相連接，讀寫隔離開關(guān)M43連接于寫入驅(qū)動(dòng)電路M