阅读说明：本技术 提高低电源电压环境下sram稳定性的字线欠驱动的脉冲应用 (Word line underdrive pulse application for improving SRAM stability in low power supply voltage environment ) 是由 A·库玛 M·A·阿拉姆 于 2019-09-03 设计创作，主要内容包括：本公开的各实施例涉及提高低电源电压环境下SRAM稳定性的字线欠驱动的脉冲应用。耦合到存储器单元的字线与在存储器单元处执行读/写操作相关地被选择。在所选择的字线上断言字线信号。字线信号的断言具有前沿和后沿,并且在前沿和后沿之间具有一系列字线欠驱动脉冲。每个字线欠驱动脉冲使字线电压从第一电压水平下降到第二电压水平,然后从第二电压水平上升到第一电压水平。第一和第二电压水平都大于存储器单元的地电压。(Embodiments of the present disclosure relate to wordline underdrive pulse applications that improve SRAM stability in low supply voltage environments. The word line coupled to the memory cell is selected in relation to performing a read/write operation at the memory cell. A word line signal is asserted on the selected word line. Assertion of the word line signal has a leading edge and a trailing edge, and has a series of word line underdrive pulses between the leading edge and the trailing edge. Each wordline underdrive pulse causes the wordline voltage to drop from a first voltage level to a second voltage level and then rise from the second voltage level to the first voltage level. The first and second voltage levels are both greater than a ground voltage of the memory cell.)

提高低电源电压环境下SRAM稳定性的字线欠驱动的脉冲应用

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年9月4日提交的美国临时专利申请62/726,502的优先权，其内容以法律允许的最大程度通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及集成存储器电路，并且具体地涉及用于静态随机存取存储器(SRAM)的字线欠驱动辅助电路。

背景技术

参考图1，其示出了包括多个存储器单元12的标准存储器电路10的示意图，存储器单元12通常以包括多个列和行的阵列布置。这种实施方式中的每个存储器单元12例如是常规的六晶体管(6T)静态随机存取存储器(SRAM)单元12。存储器电路10还包括用于每行的字线驱动器14和地址解码器16，地址解码器16被配置为用于控制字线驱动器的操作。

每个存储器单元12包括两个交叉耦合的CMOS反相器22和24，每个反相器包括串联连接的p沟道和n沟道MOSFET晶体管对。反相器22和24的输入和输出被耦合以形成具有真实数据存储节点QT和互补数据存储节点QB的锁存电路。单元12还包括两个传输(传输门)晶体管26和28，其栅极端子由字线(WL)驱动，字线(WL)耦合到字线驱动器14的输出。晶体管26的源极-漏极连接在真实数据存储节点之间QT和与真实位线(BLT)相关联的节点之间。晶体管28的源极-漏极连接在互补数据存储节点QB和与互补位线(BLB)相关联的节点之间。每个反相器22和24中的p沟道晶体管30和32的源极端子被耦合成在高供电节点处接收高电源电压(例如，Vdd)，而每个反相器22和24中的n沟道晶体管34和36的源极端子被耦合成在低供电节点处接收低电源电压(例如，Gnd)。高供电节点处的高电源电压Vdd和低供电节点处的低电源电压Gnd构成用于单元12的电压的电源组。

字线驱动器电路14包括串联连接的p沟道和n沟道MOSFET晶体管对，从而形成逻辑反相器。字线驱动器电路14还被耦合成接收高供电节点处的高电源电压(Vdd)并且以低供电节点处的低电源电压(Gnd)为基准。字线驱动器电路14的输入耦合到地址解码器16的输出，并且用于单元12的一行的字线(WL)耦合到对应的字线驱动器电路14的输出。地址解码器16接收地址(Addr)，对所接收的地址进行解码，并且通过字线驱动器电路14选择性地致动字线，以断言逻辑高字线信号。

在许多应用(包括片上系统(SoC)应用)中，SRAM单元12是优选的存储器元件，因为其尺寸小且数据存取操作快。存储器电路10将包括许多SRAM单元12，并且因此每个SRAM单元的尺寸是重要的设计考虑因素。努力对SRAM单元12使用尽可能最小的晶体管器件，以便减小裸片面积和控制成本。然而，小晶体管器件的使用增加了对变化和稳定性的担忧。

以尽可能最低水平的高电源电压(Vdd)操作存储器电路10也是重要的。静态噪声容限(SNM)是在存取期间SRAM单元12的稳定性的度量，并且写入容限(WM)是将数据写入到单元中的容易度的度量。SNM和WM都随着高电源电压Vdd水平的降低而降低，并且因此随着电源电压的降低，稳定性也对应降低。实际上，本领域技术人员知晓SRAM单元12由于在较低电源电压下的低SNM而变得不稳定，因为在访问时，存储在单元中的数据可能翻转。

已经开发了许多技术来在使用降低的电源电压Vdd水平时辅助SRAM单元12的操作。一种技术被称为字线欠驱动(WLUD)，其中字线上的逻辑高电压被字线欠驱动辅助电路40下拉至低于电源电压的电压，以便为读取和写入操作提供足够的静态噪声容限(SNM)。当字线欠驱动有效时，应用到传输(传输门)晶体管26和28的栅极的字线信号的逻辑高电压水平小于电源电压Vdd水平。字线WL基本上由ΔV电压欠驱动，使得所断言的字线信号的逻辑高电压水平处于Vdd-ΔV的电压水平。字线欠驱动技术的效果是降低传输(传输门)晶体管26和28的强度。图2示出了不利用字线欠驱动技术的第一种情况42和利用了字线欠驱动技术的第二种情况44的字线信号电压的比较。

使用字线欠驱动技术的缺点是单元电流的减小和操作频率的对应降低。如图3中所示，降低的字线电压的应用增加了单元的翻转时间，其中第一种情况42具有翻转时间Tflip，而第二种情况具有翻转时间Tflip+ΔT。

发明内容

在一个实施例中，一种方法包括：解码地址以选择耦合到存储器单元的字线；在所选择的字线上断言字线信号以在存储器单元处执行读/写操作，所断言的字线信号具有前沿和后沿；并且在前沿和后沿之间，将多个字线欠驱动脉冲应用到所断言的字线信号，每个字线欠驱动脉冲使所断言的字线信号的电压从第一电压水平下降到第二电压水平然后从第二电压水平上升到第一电压水平；其中第一和第二电压水平都大于存储器单元的地电压。

在一个实施例中，一种方法包括：选择耦合到存储器单元的字线；并且在所选择的字线上作出字线信号的单个断言以在存储器单元处执行读/写操作，其中单个断言具有前沿和后沿，并且在前沿和后沿之间，单个断言还包括多个字线欠驱动脉冲，其中每个字线欠驱动脉冲使字线电压从第一电压水平下降到第二电压水平，然后从第二电压水平上升到第一电压水平；其中第一和第二电压水平都大于存储器单元的地电压。

在一个实施例中，一种电路包括：字线，被配置为耦合到由电源电压供电的存储器单元；上拉晶体管，具有连接在电源电压和字线之间的源极-漏极路径，其中响应于对字线的选择而致动上拉晶体管以在存储器单元处执行读/写操作；下拉晶体管，具有连接在字线和地节点之间的源极-漏极路径；以及控制电路，被配置为将控制信号应用到下拉晶体管的控制端子，以提供包括多个字线欠驱动脉冲的字线欠驱动；其中每个字线欠驱动脉冲使字线电压从第一电压水平下降到第二电压水平，然后从第二电压水平上升到第一电压水平；并且其中第一和第二电压水平都大于存储器单元的地电压。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在仅通过示例的方式参考附图，其中：

图1是具有字线欠驱动(WLUD)辅助的标准存储器电路的示意图；

图2是示出使用和不使用字线欠驱动时字线电压的比较的时序图；

图3是示出使用和不使用字线欠驱动时单元翻转时序的比较的时序图；

图4是具有脉冲字线欠驱动(WLUD)辅助的存储器电路的示意图；

图5是示出脉冲字线欠驱动的一个实施例的时序图；

图6是示出脉冲字线欠驱动的另一个实施例的时序图；

图7A-图7B是脉冲字线欠驱动辅助电路的框图；以及

图8图示了使用常规字线欠驱动(如图1)和脉冲字线欠驱动(如图4)的操作的比较。

具体实施方式

参考图4，其示出了包括多个存储器单元12的存储器电路110的示意图，这些存储器单元12通常以包括多个列和行的阵列布置。在这种实施方式中的每个存储器单元12例如是常规的六晶体管(6T)静态随机存取存储器(SRAM)单元12。存储器电路110还包括用于每行的字线驱动器14和地址解码器16，地址解码器16被配置为用于控制字线驱动器的操作。

每个存储器单元12包括两个交叉耦合的CMOS反相器22和24，每个反相器包括串联连接的p沟道和n沟道MOSFET晶体管对。反相器22和24的输入和输出被耦合以形成具有真实数据存储节点QT和互补数据存储节点QB的锁存电路。单元12还包括两个传输(传输门)晶体管26和28，其栅极端子由字线(WL)驱动，字线(WL)耦合到字线驱动器14的输出。晶体管26的源极-漏极连接在真实数据存储节点QT和与真实位线(BLT)相关联的节点之间。晶体管28的源极-漏极连接在互补数据存储节点QB和与互补位线(BLB)相关联的节点之间。每个反相器22和24中的p沟道晶体管30和32的源极端子被耦合成在高供电节点处接收高电源电压(例如，Vdd)，而每个反相器22和24中的n沟道晶体管34和36的源极端子被耦合成在低供电节点处接收低电源电压(例如，Gnd)。在高供电节点处的高电源电压Vdd和在低供电节点处的低电源电压Gnd构成用于单元12的电压的电源组。

字线驱动器电路14包括串联连接的p沟道和n沟道MOSFET晶体管对，从而形成逻辑反相器。字线驱动器电路14还被耦合成接收高供电节点处的高电源电压(Vdd)并且以低供电节点处的低电源电压(Gnd)为基准。字线驱动器电路14的输入耦合到地址解码器16的输出，并且用于单元12的一行的字线(WL)耦合到对应的字线驱动器电路14的输出。地址解码器16接收地址(Addr)，对所接收的地址进行解码，并通过字线驱动器电路14选择性地致动字线，以断言逻辑高字线信号。

存储器电路110使用脉冲字线欠驱动辅助电路140来支持改进形式的字线欠驱动(WLUD)。脉冲字线欠驱动辅助电路140耦合到字线WL并且可以由地址解码器16选择性地致动。

图5示出了根据脉冲字线欠驱动技术的一个实施例的字线的单个断言144(响应于选择字线的地址解码)为逻辑高的时序图。地址解码器16通过字线驱动器电路14对字线的断言144与读取或写入时段相对应，并包括前沿150和后沿152，在前沿150中，字线信号的电压从低电源电压(Gnd)上升到高电源电压(Vdd)，在后沿152中，字线信号的电压从高电源电压(Vdd)下降到低电源电压(Gnd)。在所断言的字线信号的前沿150和后沿152之间，脉冲字线欠驱动辅助电路140将多个欠驱动脉冲154应用到字线，这使字线信号的逻辑高电压下降ΔV(其中ΔV<VDD)。ΔV电压的值、每个欠驱动脉冲154的持续时间(Pd)以及连续的欠驱动脉冲154之间的间隔(Pi)的值可由脉冲字线欠驱动辅助电路140配置。

图6示出了根据脉冲字线欠驱动技术的另一个实施例的字线的单个断言244(响应于选择字线的地址解码)的时序图。地址解码器16通过字线驱动器电路14对字线的断言244与读取或写入时段相对应，并且包括前沿250和后沿252，在前沿250中，字线信号的电压从低电源电压(Gnd)上升到固定的欠驱动电压(Vdd-ΔV1；其中ΔV1<Vdd)，在后沿252中，字线信号的电压从固定的欠驱动电压(Vdd-ΔV1)下降到低电源电压(Gnd)。在所断言的字线信号的前沿250和后沿252之间，脉冲字线欠驱动辅助电路140将多个欠驱动脉冲254应用到字线，这使字线信号的逻辑高电压下降ΔV2(其中ΔV2<Vdd；并且ΔV1+ΔV2<Vdd)。ΔV1和ΔV2电压的值、每个欠驱动脉冲254的持续时间(Pd)以及连续的欠驱动脉冲254之间的间隔(Pi)的值可由脉冲字线欠驱动辅助电路140配置。

现在参考图7A，其示出了脉冲字线欠驱动辅助电路140的框图。下拉电路160耦合在字线WL和低电源电压(Gnd)节点之间。下拉电路160的导电性由第一控制信号CNTL1控制。第一控制信号CNTL1由脉冲电路170调制。脉冲电路170可以向下拉电路160应用脉冲，以选择用于脉冲字线欠驱动辅助的脉冲的电压水平ΔV或ΔV2。字线欠驱动电路162耦合在字线WL和低电源电压(Gnd)节点之间。字线欠驱动电路162的导电性由第二控制信号CNTL2控制。第二控制信号CNTL2由偏置电路172调制。偏置电路172可以向下拉电路160应用偏置，以选择用于固定的欠驱动电压的电压水平ΔV1。脉冲字线欠驱动辅助电路140被由地址解码器生成的字线欠驱动使能信号(WLUDen)使能以进行操作。脉冲电路170可配置以选择ΔV或ΔV2电压的值、持续时间(Pd)和间隔(Pi)的值。偏置电路172可配置以选择电压水平ΔV1的幅度。

在一个实施例中，下拉电路160可以包括n沟道下拉晶体管，其源极-漏极耦合在字线WL和低电源电压(Gnd)节点之间。第一控制信号CNTL1被应用到下拉晶体管的栅极。当下拉电路160的下拉晶体管和驱动器12的p沟道上拉晶体管168都有效时，这两个晶体管形成分压器电路，并且该分压设置字线处的电压水平以实施用于脉冲字线欠驱动辅助的脉冲。

在一个实施例中，字线欠驱动电路162可以包括n沟道下拉晶体管，其源极-漏极耦合在字线WL和低电源电压(Gnd)节点之间。第二控制信号CNTL2被应用到下拉晶体管的栅极。当下拉电路162的下拉晶体管和驱动器12的p沟道上拉晶体管168都有效时，这两个晶体管形成分压器电路，并且该分压设置字线处的电压水平以实施字线欠驱动。

应当理解，字线欠驱动电路162可以被省略，或备选地被选择性地禁用，使得脉冲字线欠驱动辅助仅应用脉冲。图7B中示出了这种实施方式的示例。

现在参考图8，其图示了使用常规的字线欠驱动(如图1)和脉冲字线欠驱动(如图4)的操作的比较。图8的上部示出了具有常规的字线欠驱动(附图标记400)的字线信号的断言、具有脉冲字线欠驱动(附图标记402)的字线信号的断言，以及没有任何形式的字线欠驱动(附图标记404)的字线的断言。在每种情况下，字线信号的断言具有前沿250和后沿252。在边沿250和252之间，没有任何形式的字线欠驱动(附图标记404)的字线信号处于Vdd的电压水平。在边沿250和252之间，具有常规的字线欠驱动(附图标记400)的字线信号处于Vwlud的电压水平，其中Vwlud<Vdd。在边沿250和252之间，具有脉冲字线欠驱动(附图标记402)的字线信号具有Vdd-ΔV1(固定的欠驱动电压，其中ΔV1<Vdd)的最大电压，其大于Vwlud，并且包括多个欠驱动脉冲254，其中对于每个脉冲，所断言的字线信号的电压下降到低于Vwlud的Vdd-ΔV2(其中ΔV2<Vdd；并且ΔV1+ΔV2<Vdd)的电压。

图8的下部示出了响应于具有常规的字线欠驱动(附图标记400)的字线信号的断言以及具有脉冲字线欠驱动(附图标记402)的字线信号的断言的位线电压。特别地，将注意到，与常规的字线欠驱动(附图标记400)相比，在使用脉冲字线欠驱动(附图标记402)的情况下，在真实位线(BLT)电压410和互补位线(BLB)电压412之间存在增加的差异(Vdiff)。

脉冲字线欠驱动(附图标记402)的使用在写入操作期间提供了益处。与常规的字线欠驱动(附图标记400)相比，较低字线欠驱动要求或较好字线电压水平提供改进的写入窗口420(在连续脉冲254之间)。

前面的描述已经通过示例性和非限制性示例提供了对本发明的示例性实施例的完整且信息丰富的描述。然而，当结合附图和所附权利要求阅读时，鉴于前面的描述，各种修改和调整对于本领域技术人员而言将变得显而易见。然而，对本发明的教导的所有这些和类似的修改仍将落入所附权利要求中限定的本发明的范围内。