一种高稳定性的低功耗SRAM电路

本发明涉及集成电路设计和存储，具体地，涉及一种高稳定性的低功耗sram电路。

背景技术：

1、静态随机存储器(static?random?access?memory,sram)是一种常见的半导体存储器类型，用于集成电路中存储和读取数据。如图1，sram的基本存储单元通常由六个晶体管构成，每个存储单元可以存储一个比特(0或1)，sram的读写操作是通过控制各个晶体管的通断状态来实现的，相比其他存储器，sram具有较快的访问速度与较高的稳定性，且无需刷新操作。

2、近年来，便携式设备的热度急速增长，导致对系统级芯片(system?on?a?chip,soc)的需求显著增加。soc具有功耗低、体积小的特点，可以延长便携式设备的使用时间和电池的使用寿命，这对于户外设备和可植入的生物医学仪器等应用至关重要。sram具有读写速度快、功耗低等优点，已成为soc的重要组成部分。目前，传统的六个晶体管的存储单元结构中，读取和写入操作会引起位线的充电和放电，消耗较多的功耗，通过降低供电电压，可以减少充放电过程中的能量消耗，然而，降低供电电压也会引入一些挑战，如：稳定性问题和读写性能下降。因此，如何在降低功耗的同时保证sram的性能与稳定性是目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高稳定性的低功耗sram电路，弥补sram电路在低功耗应用场景下性能与稳定性较差的情况。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种高稳定性的低功耗sram电路，由第一nmos晶体管m1、第二nmos晶体管m4、第三nmos晶体管m7、第一pmos晶体管m2、第二pmos晶体管m5、功率门控结构、辅助放电nmos晶体管m8、读解耦电路、写字线wwl、读字线rwl、写位线wbl、读位线rbl、第一写辅助线wala和第二写辅助线walb组成，所述功率门控结构分别与第一写辅助线wala、第二写辅助线walb、第一nmos晶体管m1、第一pmos晶体管m2、第二pmos晶体管m5、第二nmos晶体管m4、第三nmos晶体管m7、辅助放电nmos晶体管m8、读解耦电路连接，所述辅助放电nmos晶体管m8还分别与第二写辅助线walb、读解耦电路连接，所述读解耦电路还与读位线rbl连接；所述第一nmos晶体管m1还分别与写字线wwl、写位线wbl连接。

3、进一步地，所述功率门控结构由第三pmos晶体管m3和第四nmos晶体管m6组成，所述第三pmos晶体管m3的栅极与第一写辅助线wala连接，所述第三pmos晶体管m3的源极与第一pmos晶体管m2的漏极连接，所述第三pmos晶体管m3的漏极分别与第二nmos晶体管m4漏极、第一nmos晶体管m1的源极、第二pmos晶体管m5的栅极、第三nmos晶体管m7的栅极连接；所述第四nmos晶体管m6的栅极与第二辅助线walb连接，所述第四nmos晶体管m6的源极与第二pmos晶体管m5的漏极连接，所述第四nmos晶体管m6的漏极分别与第三nmos晶体管m7的漏极、第一pmos晶体管m2的栅极、第二nmos晶体管m4的栅极、辅助放电nmos晶体管m8的漏极、读解耦电路连接。

4、进一步地，所述第一pmos晶体管m2的源极、第二pmos晶体管m5的源极均与供电电压vdd连接。

5、进一步地，所述供电电压vdd设置为近阈值。

6、进一步地，所述第二nmos晶体管m4的源极、第三nmos晶体管m7的源极、辅助放电nmos晶体管m8的源极均接地。

7、进一步地，所述第一nmos晶体管m1的栅极与写字线wwl连接，所述第一nmos晶体管m1的漏极与写位线wbl连接。

8、进一步地，所述读解耦电路由第五nmos晶体管m9和第六nmos晶体管m10组成，所述第五nmos晶体管m9的栅极分别与第一pmos晶体管m2的栅极、第二nmos晶体管m4的栅极、第四nmos晶体管m6的漏极、第三nmos晶体管m7的漏极、辅助放电nmos晶体管m8的漏极连接，所述第五nmos晶体管m9的源极接地，所述第五nmos晶体管m9的漏极与第六nmos晶体管m10的源极连接，所述第五nmos晶体管m9的栅极与读字线rwl连接，所述第五nmos晶体管m9的源极与读位线rbl连接。

9、进一步地，当低功耗sram电路的控制信号为写“0”时，将写字线wwl的信号、读位线rbl的信号、第一写辅助线wala的信号均置于高电平，读字线rwl的信号、写位线wbl的信号、第二写辅助线walb的信号均置于低电平；当低功耗sram电路的控制信号为写“1”时，将写字线wwl的信号、写位线wbl的信号、读位线rbl的信号、第二写辅助线walb的信号均置于高电平，读字线rwl的信号、第一写辅助线wala的信号均置于低电平。

10、进一步地，当低功耗sram电路的控制信号为读时，对读位线rbl的信号进行预充电至高电平，将读字线rwl的信号、写位线wbl的信号置于高电平，将写字线wwl的信号、第一写辅助线wala的信号、第二写辅助线walb的信号置于低电平。

11、进一步地，当低功耗sram电路的控制信号为保持时，将写位线wbl的信号置于高电平，将写字线wwl的信号、读字线rwl的信号、第一写辅助线wala的信号、第二写辅助线walb的信号置于低电平。

12、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明高稳定性的低功耗sram电路在功率门控结构与放电nmos晶体管m8的帮助下优化了存储单元的综合性能与稳定性，解决了性能与稳定性不可兼得的问题，同时降低了sram电路的复杂度，避免晶体管数量过多的问题；此外，本发明还通过将供电电压vdd设置为近阈值以及单端读/写电路，有效降低了读/写过程中的能源损耗；此外，本发明的控制信号简单、功耗低，避免信号延时对读、写速率产生不必要的影响，且无需额外的外围电路辅助读/写操作。

技术特征：

1.一种高稳定性的低功耗sram电路，其特征在于，由第一nmos晶体管m1、第二nmos晶体管m4、第三nmos晶体管m7、第一pmos晶体管m2、第二pmos晶体管m5、功率门控结构、辅助放电nmos晶体管m8、读解耦电路、写字线wwl、读字线rwl、写位线wbl、读位线rbl、第一写辅助线wala和第二写辅助线walb组成，所述功率门控结构分别与第一写辅助线wala、第二写辅助线walb、第一nmos晶体管m1、第一pmos晶体管m2、第二pmos晶体管m5、第二nmos晶体管m4、第三nmos晶体管m7、辅助放电nmos晶体管m8、读解耦电路连接，所述辅助放电nmos晶体管m8还分别与第二写辅助线walb、读解耦电路连接，所述读解耦电路还与读位线rbl连接；所述第一nmos晶体管m1还分别与写字线wwl、写位线wbl连接。

2.根据权利要求1所述的一种高稳定性的低功耗sram电路，其特征在于，所述功率门控结构由第三pmos晶体管m3和第四nmos晶体管m6组成，所述第三pmos晶体管m3的栅极与第一写辅助线wala连接，所述第三pmos晶体管m3的源极与第一pmos晶体管m2的漏极连接，所述第三pmos晶体管m3的漏极分别与第二nmos晶体管m4漏极、第一nmos晶体管m1的源极、第二pmos晶体管m5的栅极、第三nmos晶体管m7的栅极连接；所述第四nmos晶体管m6的栅极与第二辅助线walb连接，所述第四nmos晶体管m6的源极与第二pmos晶体管m5的漏极连接，所述第四nmos晶体管m6的漏极分别与第三nmos晶体管m7的漏极、第一pmos晶体管m2的栅极、第二nmos晶体管m4的栅极、辅助放电nmos晶体管m8的漏极、读解耦电路连接。

3.根据权利要求2所述的一种高稳定性的低功耗sram电路，其特征在于，所述第一pmos晶体管m2的源极、第二pmos晶体管m5的源极均与供电电压vdd连接。

4.根据权利要求3所述的一种高稳定性的低功耗sram电路，其特征在于，所述供电电压vdd设置为近阈值。

5.根据权利要求2所述的一种高稳定性的低功耗sram电路，其特征在于，所述第二nmos晶体管m4的源极、第三nmos晶体管m7的源极、辅助放电nmos晶体管m8的源极均接地。

6.根据权利要求2所述的一种高稳定性的低功耗sram电路，其特征在于，所述第一nmos晶体管m1的栅极与写字线wwl连接，所述第一nmos晶体管m1的漏极与写位线wbl连接。

7.根据权利要求2所述的一种高稳定性的低功耗sram电路，其特征在于，所述读解耦电路由第五nmos晶体管m9和第六nmos晶体管m10组成，所述第五nmos晶体管m9的栅极分别与第一pmos晶体管m2的栅极、第二nmos晶体管m4的栅极、第四nmos晶体管m6的漏极、第三nmos晶体管m7的漏极、辅助放电nmos晶体管m8的漏极连接，所述第五nmos晶体管m9的源极接地，所述第五nmos晶体管m9的漏极与第六nmos晶体管m10的源极连接，所述第五nmos晶体管m9的栅极与读字线rwl连接，所述第五nmos晶体管m9的源极与读位线rbl连接。

8.根据权利要求1所述的一种高稳定性的低功耗sram电路，其特征在于，当低功耗sram电路的控制信号为写“0”时，将写字线wwl的信号、读位线rbl的信号、第一写辅助线wala的信号均置于高电平，读字线rwl的信号、写位线wbl的信号、第二写辅助线walb的信号均置于低电平；当低功耗sram电路的控制信号为写“1”时，将写字线wwl的信号、写位线wbl的信号、读位线rbl的信号、第二写辅助线walb的信号均置于高电平，读字线rwl的信号、第一写辅助线wala的信号均置于低电平。

9.根据权利要求1所述的一种高稳定性的低功耗sram电路，其特征在于，当低功耗sram电路的控制信号为读时，对读位线rbl的信号进行预充电至高电平，将读字线rwl的信号、写位线wbl的信号置于高电平，将写字线wwl的信号、第一写辅助线wala的信号、第二写辅助线walb的信号置于低电平。

10.根据权利要求1所述的一种高稳定性的低功耗sram电路，其特征在于，当低功耗sram电路的控制信号为保持时，将写位线wbl的信号置于高电平，将写字线wwl的信号、读字线rwl的信号、第一写辅助线wala的信号、第二写辅助线walb的信号置于低电平。

技术总结
本发明公开了一种高稳定性的低功耗SRAM电路，由第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管、功率门控结构、辅助放电NMOS晶体管、读解耦电路、写字线、读字线、写位线、读位线、第一写辅助线和第二写辅助线组成，功率门控结构分别与第一写辅助线、第二写辅助线、第一NMOS晶体管、第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、辅助放电NMOS晶体管、读解耦电路连接，辅助放电NMOS晶体管还分别与第二写辅助线、读解耦电路连接，读解耦电路还与读位线连接；第一NMOS晶体管还分别与写字线、写位线连接。本发明弥补SRAM电路在低功耗应用场景下性能与稳定性较差的情况。

技术研发人员：王佑,徐叶帆,刘伟强
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24