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SRAM存内计算学习
存储单元 6T SRAM:读写保持操作
写:设存储单元初始数据为“1”,写入 数据为“0”。首先根据外部输入的写入地址找到需要写入数据“0”的存储单元 位置,将需要写入的数据传导到位线上。BL被置为“0”,BLB被置为“1”。字 线wL置为高电平,将传输管NTl和NT2开启,内部存储节点与位线发生数据 交换,节点Q通过传输管NTl向位线放电,当节点Q电压下降到交叉耦合结构 的数据翻转点时,PT2开启,节点QB充电后电位升高,同时PTl关断NT3导 通,这种正反馈作用会迅速使数据发生翻转,最终存储单元写入“0”。
读:读操作和写操作相似,首先 根据地址找到待读取的存储单元的位置,两者区别于写操作把位线置“0”或者 置“1”,读操作则把位线充电到高电平。接下来将对应存储单元的字线电压置为 高电平,传输管NT2和NTl打开。存储节点QB存储的是“0”,所以位线BLB 会通过NT2和NT4放电,电位开始下降。存储节点Q保存的是“1”,位线BL 上的电位不会发生变化。
写操作可以简述为内部存储节点通过位线放电到反相器 阈值翻转节点,读操作可以简述为位线通过内部存储节点放电,由于位线上挂载 很多存储单元导致位线寄生电容远大于内部存储节点的寄生电容,因此读操作需要很多的时间。SRAM读写操作工作在同一时钟下,但是读操作耗时远大于写操 作,所以读操作直接决定了SRAM的工作频率。
保持:WL输入低电平即可
灵敏放大器(电压型、电流型):电压型SA
工作原理:在SA未工作时,使能信号SAE和预充信号PRE均为低电平, 此时传输管Pl和P2以及预充管P3和P4均为开启状态,位线和SA进行预充。 预充信号PRE电位升高预充结束,选中的存储单元字线打开,位线通过开启的 存储单元放电。由于晶体管Pl和P2处于导通状态,SA内部节点会与位线保持 一致放电。当放电电压差达到一定量后,使能信号SAE升高, Pl和P2关断,N3开启,内部存储节点Q和QB通过晶体管N1和N2放电。假设BL的电位大 于BLB电位,同时不考虑失调电压的存在,则节点QB将先于节点Q下降到反 相器翻转电位,节点Q将通过P5充电,电位升高,节点QB继续通过N2放电, 最终输出结果Q为“1”,QB为“0”。
电流型SA
工作原理:当SA未工作时,使能信号SAE为低电平,控制晶体管Pl和P2 对SA进行预充,同时切断正反馈电路的放电途径。当位线电压差达到一定程度 后,SAE信号升高,晶体管N5开启,由于位线之间存在着电压差,晶体管N3 和N4的放电电流也会产生相应的差别。以BL电压大于BLB电压为例,通过 N4的电流大于N3的电流,在正反馈的结构中节点QB放电速度大于Q点,则 节点QB将率先下降到P3和N1构成的反相器翻转电位以下,导致节点Q停止 放电,电位将不断上升,同时节点QB继续放电到地,最终节点Q输出“1”, 节点QB输出“0”。
外围电路:预充电路(PRE)
加入预充电路的作用:如果上电之前电容处于零状态,即电容内没有能量,那么在电路闭合瞬间,相当于直接短路,电流非常之大,这么大的电流如不加以限制将对电池、继电器造成巨大冲击而损伤。译码电路:与非结构(ROW decoder/Column decoder)从 CPU 发出的地址会被输入进 行解码器(Row Decoder) 和 列解码器(Col Decoder);行解码器会根据指令的读和写来选择 写字线(Write Word Line, WWL) 或者 读字线(Read Word Line, RWL),列解码器也会根据地址来选择 写位线(Write Bit Line) 和 读位线(Read Bit Line)。好比坐标系,我们知道了Y-轴坐标和X-轴坐标,我们就能定位到对应的 Bit-Cell,从而来近些读写操作。
行译码器(ROW):与门逻辑
列译码器(COL):传输们结构多路器/逆多路器,双向导通数据和地址缓冲器