SRAM的工作原理——6个MOS来讲述原理-醍醐灌顶!

SRAM的工作原理_超简单2020/9/14•SRAM六管结构的工作原理•6T：指的是由六个晶体管组成，如图中的M1、M2、M3、M4、M5、M6.•SRAM中的每一bit存储在由4个场效应管（M1,M2,M3,M4）构成两个交叉耦合的反相器中。另外两个场效应管（M5,M6）是存储基本单元到用于读写的位线(BitLine)的控制开关。2020/9/143•SRAM六管结构的工作原理CMOS静态反相器SRAMcell6TSR锁存器2020/9/144•简单的阐释其实CMOS静态反相器等价于一个非门！SRAMcell6T等价于SR锁存器（也就是RS触发器）SR锁存器真值表SRQQnext解释0000维持0011维持0100重设0110重设1001设定1011设定110-不允许111-不允许writing2020/9/145是不是突然茅塞顿开，醍醐灌顶？请继续后面的学习相信你会更了解2020/9/146•反相器•反相器，是一种电路器件，其输出是输入的逻辑非。如图所示的CMOS静态反相器，由两个互补的金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)组成，源极连接在高电平的是P沟道场效应管，源极连接在低电平的是N沟道场效应管。输入电路接在两个场效应管的栅极上，输出电路从两个场效应管的连接处接出。当输入低电平，则P沟道场效应管开通，N沟道场效应管关闭，输出高电平。当输入高电平，则N沟道场效应管开通，P沟道场效应管关闭，输出低电平。这就实现了“反相”输出。2020/9/14•SRAM的设计•一个SRAM基本单元有0and1两个电平稳定状态。•SRAM基本单元由两个CMOS反相器组成。两个反相器的输入、输出交叉连接，即第一个反相器的输出连接第二个反相器的输入，第二个反相器的输出连接第一个反相器的输入。这实现了两个反相器的输出状态的锁定、保存，即存储了1个位元的状态。•除了6管的SRAM，其他SRAM还有8管、10管甚至每个位元使用更多的晶体管的实现。这可用于实现多端口（port）的读写访问，如显存或者寄存器堆的多口SRAM电路的实现。2020/9/14•SRAM的设计•一般说来，每个基本单元用的晶体管数量越少，其占用面积就越小。由于硅芯片（siliconwafer）的生产成本是相对固定的，因此SRAM基本单元的面积越小，在硅芯片上就可以制造更多的位元存储，每位元存储的成本就越低。•内存基本单元使用少于6个晶体管是可能的—如3管[5][6]甚至单管，但单管存储单元是DRAM，不是SRAM。2020/9/14•SRAM的设计•访问SRAM时，字线（WordLine）加高电平，使得每个基本单元的两个控制开关用的晶体管M5与M6开通，把基本单元与位线（BitLine）连通。位线用于读或写基本单元的保存的状态。虽然不是必须两条取反的位线，但是这种取反的位线有助于改善噪声容限.2020/9/1410•SRAM的操作•SRAM的基本单元有3种状态：standby(电路处于空闲),reading(读)与writing(修改内容).•SRAM的读或写模式必须分别具有readability（可读）与writestability（写稳定）.•Standby•如果字线（WordLine）没有被选为高电平,那么作为控制用的M5与M6两个晶体管处于断路，把基本单元与位线隔离。由M1–M4组成的两个反相器继续保持其状态，只要保持与高、低电平的连接。2020/9/1411•SRAM的操作•Reading•假定存储的内容为1,即在Q处的电平为高.读周期之初，两根位线预充值为逻辑1,随后字线WL充高电平，使得两个访问控制晶体管M5与M6通路。第二步是保存在Q的值传递给位线BL在它预充的电位，而泻掉（BL非）预充的值，这是通过M1与M5的通路直接连到低电平使其值为逻辑0(即Q的高电平使得晶体管M1通路).在位线BL一侧，晶体管M4与M6通路，把位线连接到VDD所代表的逻辑1(M4作为P沟道场效应管，由于栅极加了（Q非）的低电平而M4通路).如果存储的内容为0,相反的电路状态将会使（BL非）为1而BL为0.只需要（BL非）与BL有一个很小的电位差，读取的放大电路将会辨识出哪根位线是1哪根是0.敏感度越高，读取速度越快。2020/9/1412•SRAM的操作•Writing•写周期之初，把要写入的状态加载到位线。如果要写入0，则设置（BL非）为1且BL为0。随后字线WL加载为高电平，位线的状态被载入SRAM的基本单元。这是通过位线输入驱动（的晶体管）被设计为比基本单元（的晶体管）更为强壮，使得位线状态可以覆盖基本单元交叉耦合的反相器的以前的状态！