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标题: 采用两级电路实现的地址变化探测器 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-13 12:46
标题: 采用两级电路实现的地址变化探测器
引言

静态随机存取存储器（SRAM）由于其优越的性能（速度高、功耗低），被广泛应用于作为高速缓存的最大量的挥发性存储器。近年来随着便携式数字电子产品的日益普及，SRAM速度高、功耗低的要求也越来越强烈，这亦成为SRAM未来发展的主要趋势。

提高速度、降低功耗是SRAM设计的主要目标。提高其性能的关键是设计好单元和读出灵敏放大器，此外在总体结构设计上也采取了许多措施改善SRAM的性能。本文提出一种新型地址变化探测电路来降低SRAM的维持功耗和提高工作速度，更提高了SRAM的抗噪声、抗干扰能力。

1 传统地址变化探测器电路

SRAM有异步和同步之分，它们的结构和速度各异。对于异步SRAM为了降低SRAM的维持功耗和提高工作速度，设计了一种自定时方式，增加了一个地址变化探测器。当地址变化出现时，电路自动检测该地址总线上的任何变化。不需要任何外部的时序信号，可产生一个ATD信号，所有内部的时序操作（如启动译码器和灵敏放大器等）都来自内部产生的翻转信号，而不必等待同步时钟信号控制，从而提高了工作速度。这一方法的优点是使SRAM的存取时间接近或等于它的周期时间。另外，译码器受ATD信号控制，在维持状态下使所有的字线都为低电平，这将消除维持状态下的列电流，进一步降低芯片的功耗。

图1为一个传统地址变化探测器电路。A0到An-1任何一个端口输入信号上的翻转都会引起ATi下降到低电平并持续一个时间，由此产生的脉冲作为存储器其余部分主要的时序参考。

传统地址变化探测电路在提高速度和降低功耗的优点是显而易见的，但是在大容量的SRAM的制造中，由于集成密度的增加，提高了因信号间的耦合而造成的噪声电平，同时对速度的更高要求也使得存储器的切换噪声也相应增加。尤其当PAD上有外部干扰信号影响时，将会改变ATD的脉宽，从而导致SRAM的读写错误。

2 新型地址变化探测器电路

传统地址变化探测电路在提高速度和降低功耗的优点是显而易见的，但是在大容量的SRAM的制造中，由于集成密度的增加，提高了因信号间的耦合而造成的噪声电平，同时对速度的更高要求也使得存储器的切换噪声也相应增加。尤其当PAD上有外部干扰信号影响时，将会改变ATD的脉宽，从而导致SRAM的读写错误。
本文在传统地址变化探测电路的基础上，增加一级新型地址变化探测器电路，构成有两级电路组成的地址变化探测器电路，来提高SRAM的抗噪性。

图2为新型地址变化探测器电路

图3为两级电路组成的地址变化探测器电路，第一级为传统地址变化探测器电路，第二级为新型地址变化探测器电路。

在图2中的ATD电路过滤了任何由ATi带来在ATG引入的不需要的噪声和干扰信号。这个电路主要有一个RS触发器和一个延时缓冲器组成。反馈环将稳定CS信号。延时缓冲器决定CS的宽度，使得在此时间段内任何的干扰都会被忽略，即干扰不会起作用。

新型地址变化探测器电路（图2）的工作原理如下：

1 ) 电路初始化

没有任何地址变化时，由上拉管MP将ATi 置为高电平，由反相器INV1，ATG置为低电平；通过三输入与门，C为低电平。
当C为低电平，B为高电平时，则由RS触发器，D为低电平，E为高电平；由延时链和反相器INV2，A为高电平，B为低电平；A、B、C、D、E处的电位将保持稳定状态。

当C为低电平，B为低电平时，若当RS触发器原状态D为低电平，E为高电平；由延时链和反相器INV2，A为高电平，B为低电平；A、B、C、D、E处的电位将保持稳定状态。

当C为低电平，B为低电平时，若当RS触发器原状态D为高电平，E为低电平；由延时链和反相器INV2，A为低电平，B为高电平；由RS触发器，E为高电平，D为低电平；再由由延时链和反相器INV2，A为高电平，B为低电平；A、B、C、D、E处的电位将保持稳定状态。

因此，当电路初始化后，A和E被置为高电平，B、C和D（ATD）被置为低电平。

2) 当任一地址ADDi有变化时，第一级电路将ATi置为低电平。在第二级电路中，当任一ATi为低电平时，则ATG将为高电平，C也将为高电平。当C为高电平时，即将RS触发器S端置为高电平，所以Q端为高电平，即D（ATD）为高电平。同时E为低电平，通过反馈环使C翻转为低电平,此时B为初态低电平，因此触发器保持状态。当D点高电平经过延时反相器链将B置为高电平，D翻转为低电平，从而产生一个完整的ATD信号。

3) 延时反相器链中反相器宽长比尺寸的调整将决定B点的瞬态电压，这也是决定ATD信号脉宽的关键。

3 仿真结果

图4是用HSPICE对采用两级电路实现的地址变化探测器进行仿真的波形。由此波形图可以看出，当地址端ADD0有地址信号输入时，经过第一级ATD电路（传统地址变化探测器电路），ATG将会产生需要的脉冲信号；而当地址端ADD1有不期望的干扰信号输入时，经过第一级ATD电路（传统地址变化探测器电路），ATG则会产生不需要的脉冲信号。然而经过第二级新型地址变化探测器电路，不期望的干扰信号被拒绝，输出需要的ATD信号。
由ATG和ATD的波形可以看出，两级电路实现的地址变化探测器虽然提高了抗干扰能力，但是，产生了一定的时间延迟。所以，本电路抗干扰能力的提高，导致了SRAM的存取速度降低。

4 结束语

地址变化探测器电路对于SRAM采用异步工作方式时非常重要，ATD信号是大多数时序信号的来源，并且还是关键路径的一部分。ATD技术降低了SRAM的功耗同时提高了它的工作速度。在大容量、高密度、高速度的SRAM设计中，传统地址变化探测器电路的抗噪声、抗干扰能力不足。本文作者创新点是提出了含有两级电路的地址变化探测器电路，虽然由于加入第二级的新型地址变化探测器电路降低了SRAM的速度，但是其大大提高了SRAM的抗噪声、抗干扰能力。

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