專利名稱：基于自參考反相器的itir型阻變存儲器及其讀寫方法
技術領域：
本發明涉及一種存儲單元技術領域，具體涉及一種基于自參考反相器的IIlR型阻變存儲器及其讀寫方法。
背景技術：
阻變存儲器是一種具有希望成為下一代主流存儲設備的新型非揮發存儲器件，它利用阻變材料的電阻值可在高阻態和低阻態之間實現可逆轉換作為基本原理并作為記憶的方式，其ITlR型單元結構代表了高密度阻變存儲器的設計方向。目前，在阻變存儲器的研究及電路設計中，參考信號產生單元的設計是一較大問題，主要考慮的是阻變參考單元的疲勞性，以及器件工作的可靠性、單元面積、功耗等性能會降低。若是能從電路設計上及工作原理上省略掉參考信號產生電路，則阻變參考單元易疲勞導致的問題將全部忽略，且器件可靠性、單元面積及功耗等性能指標會得到很好的優化，但是目前還沒有這樣的技術可以省略掉參考信號產生電路來實現數據分辨。
發明內容
為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種基于自參考反相器的IIlR型阻變存儲器及其讀寫方法，通過設計此自參考讀出反相器的一系列性能指標使得其能夠正確實現數據分辨，從而完成讀操作，大大優化了器件的可靠性、面積及功耗等性能。為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是一種基于自參考反相器的IIlR型阻變存儲器，該自參考讀出反相器的ITlR型阻變存儲器包括η行m列ITlR型阻變存儲陣列，該η行m列ITlR型阻變存儲陣列由η Xm個第i行第j列ITlR型阻變存儲單元ITltLcellij構成，ITlR型阻變存儲陣列的第i行ITlR 型阻變存儲單元lTlR_celli((l.。。m_D同第i行字線WLi及第i行源線SLi相連接，ITlR型阻變存儲陣列的第j列阻變存儲單元lTlR_cell((l...n_⑴通過第j列位線B、連接至第j列讀出電路，所述的所有讀出電路都同讀出電路使能信號Read_en及自參考讀出反相器使能信號SEL相連接，其中i = 0···.η-1，j = 0-.m-l, i和j分別表示ITlR型阻變存儲單元的行號和列號，η為ITlR型阻變存儲陣列的行數，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。所述的第i行第j列ITlR型阻變存儲單元lTlR_cellu包括第i行第j列阻變元件Ru，該第i行第j列阻變元件Ru的一端和對應的第i行第j列NMOS管Mu的漏極相連接，而第i行第j列阻變元件Ru的另一端和對應的第j列位線BI^.連接，第i行第j列阻變元件Ru的兩端、第i行第j列NMOS管Mu的柵極和第i行字線WLi相連接，第i行第j列 NMOS管Mij的源極和第i行源線SLi相連接，其中i = 0···.η-1，j = O-.m-l, i和j分別表示ITlR型阻變存儲單元的行號和列號，η為ITlR型阻變存儲陣列的行數，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。所述的第j列讀出電路包括通過對應的第j列位線BLj相連接的傳輸門Tjtl、恒定電流源Ijtl以及第j列自參考讀出反相器invj(l，讀出電路使能信號Read_en連接至傳輸門 Tjo的控制端，傳輸門、的輸入端和輸出端分別同第j列位線BI^.和第j列恒流源、相連接，其中j = 0-.m-l,j表示ITlR型阻變存儲單元的列號，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。所述的第j列自參考讀出反相器irwj(1包括源極接至電源Vdd inv的j列第二 PMOS 管 3，j列第二 PMOS管 3的柵極和反相的反相器使能信號連接，j列第二 PMOS管 Nj3的漏極和j列第一 PMOS管~的源極相連接構成輸出信號OUTPUT，j列第一 PMOS管Njl 的漏極和j列第一 NMOS管的漏極相連接，j列第一 PMOS管的柵極、j列第一 NMOS管 Njo的柵極以及第j列位線Β、相連接，j列第一 NMOS管的源極和j列第二 NMOS管^ 的漏極相連接，j列第二 NMOS管^的柵極和反相器使能信號SEL相連接，j列第二 NMOS管 Nj2的源極接地，其中j = 0-.m-l, j表示ITlR型阻變存儲單元的列號，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。所述的基于自參考反相器的IIlR型阻變存儲器的寫實現方法為首先將預設的連續時間段順序分為第一寫時間段τω、第二寫時間段Ttll以及第三寫時間段Ttl2，然后在預設的第一寫時間段Ttltl階段設置所有的第i行字線WL”讀出電路使能信號Read_en及自參考讀出反相器使能信號SEL為低電平；而在第二寫時間段Ttll階段，將進行寫操作單元對應的第i行字線WLi升高至高電平，當需要寫入數據“ 1”時，將進行寫操作單元對應的第j列位線 BLj接高電平和相應的第i行源線SLi接低電平則寫入該數據“1”，當需要寫入數據“0”時， 將進行寫操作單元對應的第j列位線B、接低電平和相應的第i行源線SLi接高電平則寫入該數據“0” ；最后在第三寫時間段Ttl2階段設置字線WLi、位線BLi、源線SLi讀出電路使能信號Read_en及自參考讀出反相器使能信號SEL為低電平，結束寫操作，其中i = 0···. n-1， j = 0-.m-l, i和j分別表示ITlR型阻變存儲單元的行號和列號，η為ITlR型阻變存儲陣列的行數，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。所述的基于自參考反相器的IIlR型阻變存儲器的讀實現方法為三值型讀操作， 先將預設的連續時間段順序分為第一讀時間段Tltl、第二讀時間段T11以及第三讀時間段 T12，然后在第一讀時間段Tltl將進行讀操作單元對應的第i行字線WLi、讀出電路使能信號 Read_en及自參考讀出反相器使能信號SEL設置為低電平；而在第二讀時間段T11,將進行讀操作單元對應的第i行字線ffLi和讀出電路使能信號ReacLen升高至高電平，隨即啟動對應的第j列恒流源、，并將自參考讀出反相器使能信號SEL設置為高電平，讓對應的第 j列自參考讀出反相器invj(l進行使能操作，這樣就在輸出信號OUTPUT處執行讀操作；最后在第三寫時間段Ttl2階段設置進行讀操作單元對應的第i行字線ffL”源線SL”位線BL”讀出電路使能信號ReacLen及自參考讀出反相器使能信號SEL為低電平，結束讀操作，其中i =0-. n-1, j = 0-.m-l, i和j分別表示ITlR型阻變存儲單元的行號和列號，η為ITlR 型阻變存儲陣列的行數，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。通過設計此自參考讀出反相器的一系列性能指標使得其能夠正確實現數據分辨， 從而完成讀操作，大大優化了器件的可靠性、面積及功耗等性能。
圖1為本發明的基于自參考讀出反相器的ITlR型阻變存儲器的原理架構圖。
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圖2為本發明的第i行第j列ITlR型阻變存儲單元ITltLcellij和讀出電路的具體實現圖。圖3為本發明的基于自參考讀出反相器的ITlR型阻變存儲器的寫操作時序圖。圖4為本發明的基于自參考讀出反相器的ITlR型阻變存儲器的讀操作時序圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作更詳細的說明。如圖1所示，基于自參考讀出反相器的ITlR型阻變存儲器，該自參考讀出反相器的ITlR型阻變存儲器包括η行m列ITlR型阻變存儲陣列，該η行m列ITlR型阻變存儲陣列由nXm個第i行第j列ITlR型阻變存儲單元lTlR_Cel、構成，ITlR型阻變存儲陣列的第i行ITlR型阻變存儲單元lTlR_celli(a。。^1)同第i行字線WLi及第i行源線SLi相連接，ITlR型阻變存儲陣列的第j列阻變存儲單元lTlR_cell((l...n_w通過第j列位線BLj連接至第j列讀出電路，所述的所有讀出電路都同讀出電路使能信號Read_en及自參考讀出反相器使能信號SEL相連接，其中i = 0-.n-l, j = 0-.m-l, i和j分別表示ITlR型阻變存儲單元的行號和列號，η為ITlR型阻變存儲陣列的行數，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。如圖2所示，所述的第i行第j列ITlR型阻變存儲單元ITltLcellij包括第i行第j列阻變元件I u，該第i行第j列阻變元件Ru的一端和對應的第i行第j列NMOS管Mij 的漏極相連接，而第i行第j列阻變元件Ru的另一端和對應的第j列位線BI^.連接，第i行第j列阻變元件Ru的兩端、第i行第j列NMOS管Mu的柵極和第i行字線WLi相連接，第i 行第j列NMOS管Mij的源極和第i行源線SLi相連接，其中i = O···. n-1, j = O···. m_l，i 和j分別表示ITlR型阻變存儲單元的行號和列號，η為ITlR型阻變存儲陣列的行數，m為 ITlR型阻變存儲陣列的列數。所述的第j列讀出電路包括通過對應的第j列位線BLj相連接的傳輸門Tjtl、恒定電流源Ijtl以及第j列自參考讀出反相器irwj(l，讀出電路使能信號Read_ en連接至傳輸門T^1的控制端，傳輸門T^1的輸入端和輸出端分別同第j列位線Β。和第j 列恒流源Ijtl相連接，其中j = O-.m-l, j表示ITlR型阻變存儲單元的列號，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。所述的第j列自參考讀出反相器in、包括源極接至電源Vdd inv的j 列第二 PMOS管 3，j列第二 PMOS管^的柵極和反相的反相器使能信號SEL相連接，j列第二 PMOS管Nj3的漏極和j列第一 PMOS管~的源極相連接構成輸出信號OUTPUT，j列第一 PMOS管Njl的漏極和j列第一 NMOS管的漏極相連接，j列第一 PMOS管~的柵極、j 列第一 NMOS管的柵極以及第j列位線B、相連接，j列第一 NMOS管的源極和j列第二 NMOS管^的漏極相連接，j列第二 NMOS管^的柵極和反相器使能信號SEL相連接， j列第二 NMOS管^的源極接地，其中j = 0···. m-1, j表示ITlR型阻變存儲單元的列號， m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。如圖3所示，所述的基于自參考讀出反相器的ITlR型阻變存儲器的寫實現方法為首先將預設的連續時間段順序分為第一寫時間段τω、第二寫時間段Ttll以及第三寫時間段Ttl2，然后在預設的第一寫時間段Ttltl階段設置所有的第i行字線WLi、讀出電路使能信號 Read_en及自參考讀出反相器使能信號SEL為低電平；而在第二寫時間段Ttll階段，將進行寫操作單元對應的第i行字線WLi升高至高電平，當需要寫入數據“1”時，將進行寫操作單
6元對應的第j列位線B、接高電平和相應的第i行源線SLi接低電平則寫入該數據“1”，當需要寫入數據“0”時，將進行寫操作單元對應的第j列位線B、接低電平和相應的第i行源線SLi接高電平則寫入該數據“0” ；最后在第三寫時間段Ttl2階段設置字線ffL”位線BL”源線SL”讀出電路使能信號Read_en及自參考讀出反相器使能信號SEL為低電平，結束寫操作，其中i = 0···.η-1，j = 0···.πι-1， 和j分別表示ITlR型阻變存儲單元的行號和列號， η為ITlR型阻變存儲陣列的行數，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。如圖4所示，所述的基于自參考讀出反相器的ITlR型阻變存儲器的讀實現方法為三值型讀操作，先將預設的連續時間段順序分為第一讀時間段Tltl、第二讀時間段T11以及第三讀時間段T12，然后在第一讀時間段Tltl將進行讀操作單元對應的第i行字線WLi、讀出電路使能信號ReacLen及自參考讀出反相器使能信號SEL設置為低電平；而在第二讀時間段 T11,將所有的第i行字線WLi和讀出電路使能信號Read_en升高至高電平，隨即啟動進行讀操作單元所對應的第j列恒流源I,并將自參考讀出反相器使能信號SEL設置為高電平， 讓相應的第j列自參考讀出反相器invj(l進行使能操作，這樣就在輸出信號OUTPUT處執行讀操作；最后在第三寫時間段Ttl2階段設置字線ffL”位線BL”源線SL”讀出電路使能信號 Read_en及自參考讀出反相器使能信號SEL為低電平，結束讀操作，其中i = 0···.η_1，j = 0-.m-l, i和j分別表示ITlR型阻變存儲單元的行號和列號，η為ITlR型阻變存儲陣列的行數，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。通過設計此自參考讀出反相器的一系列性能指標使得其能夠正確實現數據分辨， 從而完成讀操作，大大優化了器件的可靠性、面積及功耗等性能。
權利要求
1.一種基于自參考反相器的IIlR型阻變存儲器，該自參考讀出反相器的ITlR型阻變存儲器包括η行m列ITlR型阻變存儲陣列，該η行m列ITlR型阻變存儲陣列由nXm個第 i行第j列ITlR型阻變存儲單元lTlR_cellu構成，其特征在于1T1R型阻變存儲陣列的第 i行ITlR型阻變存儲單元lTlR_celli((l.。。同第i行字線WLi及第i行源線SLi相連接， ITlR型阻變存儲陣列的第j列阻變存儲單元lTlILcelhh,通過第· 列位線Β、連接至第j列讀出電路，所述的所有讀出電路都同讀出電路使能信號Read_en及自參考讀出反相器使能信號SEL相連接，其中i = 0-.n-l, j = 0-.m-l, i和j分別表示ITlR型阻變存儲單元的行號和列號，η為ITlR型阻變存儲陣列的行數，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。
2.根據權利要求1所述的基于自參考反相器的IIlR型阻變存儲器，其特征在于所述的第i行第j列ITlR型阻變存儲單元ITltLcellij包括第i行第j列阻變元件1^_，該第i 行第j列阻變元件Ru的一端和對應的第i行第j列NMOS管Mu的漏極相連接，而第i行第j列阻變元件Ru的另一端和對應的第j列位線B、連接，第i行第j列阻變元件Rij的兩端、第i行第j列NMOS管Mu的柵極和第i行字線WLi相連接，第i行第j列NMOS管Mij 的源極和第i行源線SLi相連接，其中i = O-.n-l, j = 0···.πι-1， 和j分別表示ITlR型阻變存儲單元的行號和列號，η為ITlR型阻變存儲陣列的行數，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。
3.根據權利要求2所述的基于自參考反相器的IIlR型阻變存儲器，其特征在于所述的第j列讀出電路包括通過對應的第j列位線Β。相連接的傳輸門Tp恒定電流源I^1以及第j列自參考讀出反相器invj(l，讀出電路使能信號Read_en連接至傳輸門Tjtl的控制端， 傳輸門、的輸入端和輸出端分別同第j列位線BI^.和第j列恒流源I^1相連接，其中j = O-.m-l, j表示ITlR型阻變存儲單元的列號，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。
4.根據權利要求3所述的基于自參考反相器的IIlR型阻變存儲器，其特征在于所述的第j列自參考讀出反相器im^包括源極接至電源Vdd inv的j列第二 PMOS管 3，j列第二 PMOS管^的柵極和反相的反相器使能信號SEL相連接，j列第二 PMOS管^的漏極和j 列第一 PMOS管Njl的源極相連接構成輸出信號OUTPUT，j列第一 PMOS管~的漏極和j列第一 NMOS管的漏極相連接，j列第一 PMOS管的柵極、j列第一 NMOS管的柵極以及第j列位線B、相連接，j列第一 NMOS管N^1的源極和j列第二 NMOS管~的漏極相連接，j列第二 NMOS管^的柵極和反相器使能信號SEL相連接，j列第二 NMOS管^的源極接地，其中j = 0-.m-l,j表示ITlR型阻變存儲單元的列號，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。
5.根據權利要求4所述的基于自參考反相器的IIlR型阻變存儲器的寫實現方法，其特征在于首先將預設的連續時間段順序分為第一寫時間段Ttltl、第二寫時間段Ttll以及第三寫時間段Ttl2，然后在預設的第一寫時間段Tcitl階段設置進行寫操作單元對應的第i行字線 WL”讀出電路使能信號Read_en及自參考讀出反相器使能信號SEL為低電平；而在第二寫時間段Ttll階段，將進行寫操作單元對應的第i行字線WLi升高至高電平，當需要寫入數據 “1”時，將進行寫操作單元對應的第j列位線BI^接高電平和相應的第i行源線SLi接低電平則寫入該數據“ 1 ”，當需要寫入數據“0”時，將進行寫操作單元對應的第j列位線BLj接低電平和相應的第i行源線SLi接高電平則寫入該數據“0” ；最后在第三寫時間段Ttl2階段設置字線ffL”位線BL”源線SL”讀出電路使能信號Read_en及自參考讀出反相器使能信號SEL為低電平，結束寫操作，其中i = 0···.n-1，j =0....m-1，i和j分別表示ITlR型阻變存儲單元的行號和列號，η為ITlR型阻變存儲陣列的行數，m為ITlR型阻變存儲陣列的列數。
6.根據權利要求4所述的基于自參考反相器的IIlR型阻變存儲器的讀實現方法，其特征在于所述的自參考讀出反相器的ITlR型阻變存儲器的讀實現方法為三值型讀操作，先將預設的連續時間段順序分為第一讀時間段Tltl、第二讀時間段T11以及第三讀時間段T12， 然后在第一讀時間段Tltl將進行讀操作單元對應的第i行字線WL”讀出電路使能信號Read_ en及自參考讀出反相器使能信號SEL設置為低電平；而在第二讀時間段T11,將進行讀操作單元對應第i行字線WLi和讀出電路使能信號Read_en升高至高電平，隨即啟動進行讀操作單元所在的第j列恒流源、，并將自參考讀出反相器使能信號SEL設置為高電平，讓相應的第j列自參考讀出反相器invj(l進行使能操作，這樣就在輸出信號OUTPUT處執行讀操作；最后在第三寫時間段Ttl2階段設置字線ffL”位線BL”源線SL”讀出電路使能信號Read_en及自參考讀出反相器使能信號SEL為低電平，結束讀操作，其中i = 0….n-l，j = 0···.πι-1， 和j分別表示ITlR型阻變存儲單元的行號和列號，η為ITlR型阻變存儲陣列的行數，m為 ITlR型阻變存儲陣列的列數。
全文摘要
一種基于自參考反相器的ITIR型阻變存儲器及其讀寫方法，通過設計此自參考讀出反相器的一系列性能指標使得其能夠正確實現數據分辨，從而完成讀操作，大大優化了器件的可靠性、面積及功耗等性能。
文檔編號G11C16/10GK102157196SQ20101059810
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月15日 優先權日2010年12月15日
發明者任天令, 徐建龍, 王林凱, 賈澤 申請人:清華大學