低功耗6管SRAM單元設計方案(2)

2011年11月22日 14:50 來源:現(xiàn)代電子技術 作者:李少君,王子歐, 我要評論(0)

2.1 噪聲容限

  噪聲容限是在沒有引起單元翻轉前提下引入存儲節(jié)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(wěn)定性更加重要,因為在傳統(tǒng)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(tǒng)SRAM結構中,讀電流和讀噪聲容限不可以分開獨立調節(jié),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(jié)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(jié)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(shù)據(jù)存0的時候,新型6T-SRAM是通過M1管的亞閾值電流來保持數(shù)據(jù)的;當數(shù)據(jù)存1的時候,由于M2,M4的正反饋作用,并且在空閑狀態(tài)下M1處于亞閾值導通狀態(tài),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(shù)據(jù)和指令緩存器中,所存的值為0居多,分別占到75%和64%?;谶@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(tǒng)6T-SRAM漏電流為164 nA,新型6T-SRAM漏電流為179 nA,新型SRAM比傳統(tǒng)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(shù)據(jù)的刷新來維持數(shù)據(jù),另外漏電泄露不會在Q點產生過高的浮空電壓,因而數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。

  

 

  2.3 功耗

  一般而言,位線是產生動態(tài)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)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(tǒng)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(tài)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(shù)據(jù),并且仿真顯示功耗比較傳統(tǒng)SRAM低了很多,讀/寫速度方面比傳統(tǒng)SRAM慢了一點,但是這是在可以接受的范圍內。

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