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低功耗6管SRAM單元設計方案(2)
2011年11月22日 14:50 來源:現代電子技術 作者:李少君,王子歐, 我要評論(0)
噪聲容限是在沒有引起單元翻轉前提下引入存儲節點的最大噪聲電壓值。在讀操作的時候,噪聲容限對于單元的穩定性更加重要,因為在傳統的SRAM中讀噪聲容限和讀的電流是沖突的,提高讀電流速度的同時會降低讀噪聲容限為代價,所以在傳統SRAM結構中,讀電流和讀噪聲容限不可以分開獨立調節,兩者是相互影響制約的。而新結構采用獨立的讀電流路徑,不包括存儲節點,因而在讀操作的時候,位線上的電壓波動和外部噪聲幾乎不會對存儲節點造成影響,從而大大的增加了讀噪聲容限。
2.2 漏電流
從以上分析可知,當數據存0的時候,新型6T-SRAM是通過M1管的亞閾值電流來保持數據的;當數據存1的時候,由于M2,M4的正反饋作用,并且在空閑狀態下M1處于亞閾值導通狀態,所以存在從電源電壓到地的通路,這些都會導致漏電流的增加圖3顯示了這條路徑。在大部分數據和指令緩存器中,所存的值為0居多,分別占到75%和64%。基于這些考慮,在標準0.18μm CMOS工藝下,對普通6T-SRAM和新型6T-SRAM進行了平均漏電流仿真。傳統6T-SRAM漏電流為164 nA,新型6T-SRAM漏電流為179 nA,新型SRAM比傳統的大9%,這是可以接受的范圍因為新型SRAM采用漏電流保持技術,從而不需要數據的刷新來維持數據,另外漏電泄露不會在Q點產生過高的浮空電壓,因而數據更加穩定。
2.3 功耗
一般而言,位線是產生動態功耗的主要部分,所以說往往在讀/寫操作轉換過程中位線的變化會消耗主要的功耗,本文對傳統6T-SRAM和新型6T-SRAM單元結構進行了功耗仿真,如表1所示。
表1中可以看出,在傳統的6T-sRAM讀/寫過程中,對稱結構的兩個位線電壓的變化是一致的,因而功耗是相同的。新型6T-SRAM單元功耗比傳統單元低了很多,這是因為在讀/寫操作的時候,參與工作的管子數量少,并且只有一個位線參與工作,并且在寫0的時候,由于位線是0,所以功耗很低。
2.4 讀/寫仿真
為了進一步驗證新型6T-SRAM讀/寫功能的正確性,以及與傳統6T-SRAM單元的比較,采用HSpice對兩種管子進行了讀/寫仿真。如圖4-圖7所示。
新型6T-SRAM存儲單元的讀/寫仿真表明,單個存儲單元的讀/寫時間在0.2 ns內,符合存儲器在高速狀態下運行的需要。
3 結語
該SRAM單元是在0.18μm工藝下仿真的,新型SRAM采用漏電流保持技術,從而不需要刷新來維持數據,并且仿真顯示功耗比較傳統SRAM低了很多,讀/寫速度方面比傳統SRAM慢了一點,但是這是在可以接受的范圍內。
本文導航
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