一种自适应辅助强度电路

本发明涉及电子电路
技术领域：
，尤其涉及一种自适应辅助强度电路。
背景技术：
：静态随机存储器(staticrandom-accessmemory，sram)在现代计算机的存储结构里有着非常重要的地位，通常被用作缓存(cache)来弥补内存访问时间长和访问延迟高的缺点。在可预见的未来，从消费级的无线设备到高性能服务器中心，sram仍将在微电子系统中有广泛的应用。现在应用最普遍的sram由六管单元组成，与其他存储器件相比较存储密度较低，因此代工厂基本均使用最先进的工艺节点并遵循了最紧凑的设计规则搭建，所以sram也总是首先受到工艺节点缩小所带来的各种副作用的影响。随着工艺节点的不断进步，sram的供电电压也随之降低，读写稳定性不容乐观，这使得基于深亚微米工艺制造的大规模sram阵列必须引入读写辅助电路才能达到相关的设计指标。现有的常规辅助电路在sram工作电压较大的情况下，产生过大的功耗，且功耗随着工作电压的升高成比例上涨，同时使sram的门管在过电压下工作，进而导致sram的使用寿命缩短；在sram工作电压较小的情况下，sram的稳定性较低。技术实现要素：针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种自适应辅助强度电路，以实现改变辅助强度的目标。本发明提供一种自适应辅助强度电路，至少包括：电平转换器和典型辅助电路；电平转换器，用于接收基准电压和静态随机存储器的供电电压，输出辅助电压；辅助电路，用于接收辅助电压，输出位线电压；位线电压作用于静态随机存储器的位线单元。根据本发明提供的一种自适应辅助强度电路，电平转换器是基于长尾式差分放大电路构建的。根据本发明提供的一种自适应辅助强度电路，电平转换器包括第一差分放大电路和第二差分放大电路；第一差分放大电路的输出端连接第二差分放大电路的第一输入端；供电电压接入至第一差分放大电路的第一输入端；基准电压接入至第一差分放大电路的第二输入端以及第二差分放大电路的第二输入端；第二差分放大电路的输出端输出辅助电压。根据本发明提供的一种自适应辅助强度电路，第一差分放大电路包括：第一nfinfet、第二nfinfet、第一pfinfet、第二pfinfet和第一电流镜；第二差分放大电路包括：第三nfinfet、第四nfinfet、第三pfinfet、第四pfinfet和第二电流镜。根据本发明提供的一种自适应辅助强度电路，第一nfinfet的栅极连接第一差分放大电路的第一输入端；第一pfinfet的源极连接第二pfinfet的源极，并连接第一差分放大电路的第二输入端；第一nfinfet的漏极连接第一pfinfet的漏极，并连接第一pfinfet的栅极和第二pfinfet的栅极；第一nfinfet的源极连接第二nfinfet的源极，并通过第一电流镜接地；第二nfinfet的漏极连接第二pfinfet的漏极，并连接第一差分放大电路的输出端；第二nfinfet的栅极连接第一差分放大电路的第二输入端。根据本发明提供的一种自适应辅助强度电路，第三nfinfet的栅极连接第二差分放大电路的第一输入端；第三pfinfet的源极连接第四pfinfet的源极，并连接第二差分放大电路的第二输入端；第三nfinfet的漏极连接第三pfinfet的漏极，并连接第三pfinfet的栅极和第四pfinfet的栅极，且连接第二差分放大电路的输出端；第三nfinfet的源极连接第四nfinfet的源极，并通过第二电流镜接地；第四nfinfet的漏极连接第四pfinfet的漏极；第四nfinfet的栅极连接第二差分放大电路的第二输入端。根据本发明提供的一种自适应辅助强度电路，辅助电路包括反相器和电容；反相器的输入端连接第二差分放大电路的输出端；反相器的控制端连接控制电路；反相器的接地端接地；反相器的输出端连接电容的正极；电容的负极连接自适应辅助强度电路的输出端。根据本发明提供的一种自适应辅助强度电路，在反相器的控制端为低电平的情况下，反相器导通，反相器的输入端对电容进行充电，自适应辅助强度电路的输出端电压为零；电容的电压差等于辅助电压；在反相器的控制端为高电平的情况下，反相器截止，反相器的输出端和电容的正极电压均为零，电容的负极输出位线电压。根据本发明提供的一种自适应辅助强度电路，辅助电路为单元负接地电压辅助电路或负电压位线辅助电路。本发明提供的自适应辅助强度电路，通过电平转换器改变辅助电路中的反相器的供电电压，以实现在sram工作在不同工作电压下可以输出不同的辅助强度，达到改变辅助强度的目标，提高sram在较低工作电压下的稳定性，以及降低sram的门管所承受的最大电压，同时大幅降低sram在高工作电压下的功耗，使sram可以稳定工作在一个较宽泛的工作电压范围，进而提高sram的使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明提供的一种自适应辅助强度电路的结构示意图；图2是现有技术中的一种负电压辅助电路的结构示意图；图3是本发明提供的一种电平转换器的结构示意图；其中，附图标记为：10：电平转换器；20：辅助电路。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在本发明实施例的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本发明主要针对深亚微米sram存储器的读写辅助电路，负位线辅助电路的输出端bl直接挂载在sram的位线单元上，可以得到sram门管的最大栅源极电压值。本实施例采用现有技术常规使用14nm工艺，其sram的标准工作电压vdd为0.8v。在sram的正常使用状态下，门管的栅源极电压不能超过1.5倍vdd。虽然门管最大耐压值可以达到2.5v，但是长时间工作在高电压(超过1.5倍vdd)下，可能会导致门管寿命缩短甚至损坏。本发明提供的实施例还可以使用电子设计自动化(electronicsdesignautomation，eda)软件配合具有先进工艺代工厂商提供的工艺设计工具包(processdesignkit，pdk)来实现，或者以可运行脚本的形式用于可以在linux或windows等平台运行的sram综合器的设计。为了缓解辅助电路的在电压下输出辅助强度衰退的问题，本发明针对负电压辅助电路提出了自适应辅助强度的辅助电路，充分考虑了不同辅助强度对sram的稳定性、读写速度和功耗的影响，标定了辅助电路的辅助范围，并通过调节反相器的供电电压以输出不同强度的辅助电压。本发明基于现有的负电压辅助电路结构，提出了一种可以实现输出辅助强度可调的辅助电路结构。该自适应辅助强度电路结构包括：基于差分结构的模拟电压减法器构成的电平转换器。将电平转换器的输出端svdd接到传统写辅助电路中反相器的vdd端，从而使自适应辅助强度电路产生一个不同于vdd的svdd电压，从而实现改变辅助强度的目标。下面结合图1-图3描述本发明实施例所提供的自适应辅助强度电路。图1是本发明提供的自适应辅助强度电路的结构示意图，如图1所示，包括但不限于：电平转换器10和典型辅助电路20；电平转换器10，用于接收基准电压vddh和静态随机存储器的供电电压vdd，输出辅助电压svdd；辅助电路20，用于接收辅助电压svdd，输出位线电压vbl；位线电压作用于静态随机存储器的位线(bitline)单元。需要说明的是，在图1中，由于反相器lnv1内控制电路中电信号为数字电信号，故反相器lnv1内控制电路的电压状态用高电平1和低电平0表示。在读写辅助电路中，反相器lnv1的供电电压(即辅助电压)不同，会导致反相器lnv1输出端int的电压随之改变。图2是现有技术中的一种负电压辅助电路的结构示意图，如图2所示，传统辅助电路输出的是负的位线电压，直接作用在sram的位线上，使得位线与vss之间有一个电压差，由于本来位线和vdd之间就有一个电压，导致sram门管的栅源极承受的最大电压过高。如图2所示，在初始化状态下，反相器lnv1的控制端re处于低电平，即re＝0，此时，反相器lnv1工作电路导通。此时，反相器lnv1是输出端int的电压为vdd，辅助电路20的输出端bl的电压vbl为0，电容c的正极板比负极板电压高vdd。在反相器lnv1的控制端re的状态从低电平变为高电平的情况下，反相器lnv1工作电路截止，电路跳变。此时，反相器lnv1是输出端int的电压从vdd变为0；同时，电容c的正极板电压跳变为0，由于电容两端的电压差不能瞬时改变，致使电容c的负极板电压跳变为-vdd，进而使bl的电压vbl从0下降到-vdd。常规负电压辅助电路至少包括单元负接地电压辅助电路(negativecellgroundvoltage，nvss)或负电压位线(negativebitline，nbl)辅助电路。其中，单元负接地电压辅助电路可以调节sram的接地电平端(cellgroundvoltage，vss)。图3是本发明提供的一种电平转换器的结构示意图，如图3所示，电平转换器是基于长尾式差分放大电路构建的。电平转换器包括第一差分放大电路和第二差分放大电路；第一差分放大电路的输出端out1连接第二差分放大电路的第一输入端out2；供电电压vdd接入至第一差分放大电路的第一输入端in11；基准电压vddh接入至第一差分放大电路的第二输入端以及第二差分放大电路的第二输入端；第二差分放大电路的输出端输出辅助电压。如图3所示，在电平转换器中，第一差分放大电路的第一输入端in11连接到sram的vdd电平，第一差分放大电路的第二输入端in12和第二差分放大电路的第二输入端in22均接入vddh，即第一差分放大电路和第二差分放大电路的供电电压均为vddh。通过两级差分的级联可以产生最后的输出的电压即是图1中的svdd，这个电平可以用做辅助电路的供电电平，即辅助电压。在电平转换器的电路中，有多个鳍式场效应晶体管(finfield-effecttransistor，finfet)，包括p型鳍式场效应晶体管(p-typefinfield-effecttransistor，pfinfet)和n型鳍式场效应晶体管(n-typefinfield-effecttransistor，nfinfet)，所有的finfet都工作在饱和区。其中，电流镜可以为差分放大电路提供静态偏置电流，调节差分放大电路中的静态工作点，使电路能够正常工作。如图3所示，mn1为第一nfinfet，mn2为第二nfinfet，mn3为第三nfinfet，mn4为第四nfinfet；mp1为第一pfinfet，mp2为第二pfinfet，mp3为第三pfinfet，mp4为第四pfinfet。第一差分放大电路包括：第一nfinfet、第二nfinfet、第一pfinfet、第二pfinfet和第一电流镜i1；第二差分放大电路包括：第三nfinfet、第四nfinfet、第三pfinfet、第四pfinfet和第二电流镜i2。第一nfinfet的栅(gate，g)极连接第一差分放大电路的第一输入端in11；第一pfinfet的源(source，s)极连接第二pfinfet的s极，并连接第一差分放大电路的第二输入端in12；第一nfinfet的漏(drain，d)极连接第一pfinfet的d极，并连接第一pfinfet的g极和第二pfinfet的g极；第一nfinfet的s极连接第二nfinfet的s极，并通过第一电流镜i1接地；第二nfinfet的d极连接第二pfinfet的d极，并连接第一差分放大电路的输出端out1；第二nfinfet的g极连接第一差分放大电路的第二输入端in12。相对地，第三nfinfet的g极连接第二差分放大电路的第一输入端in21；第三pfinfet的s极连接第四pfinfet的s极，并连接第二差分放大电路的第二输入端in22；第三nfinfet的d极连接第三pfinfet的d极，并连接第三pfinfet的g极和第四pfinfet的g极，且连接第二差分放大电路的输出端out2；第三nfinfet的s极连接第四nfinfet的s极，并通过第二电流镜i2接地；第四nfinfet的d极连接第四pfinfet的d极；第四nfinfet的g极连接第二差分放大电路的第二输入端in22。如图1和图3所示，辅助电路包括反相器lnv1和电容c；反相器lnv1的输入端连接第二差分放大电路的输出端out2；反相器lnv1的控制端re连接控制电路；反相器lnv1的接地端接地；反相器lnv1的输出端连接电容c的正极电容c的负极连接自适应辅助强度电路的输出端re。在反相器lnv1的控制端为低电平的情况下，反相器lnv1导通，反相器的输入端对电容进行充电，自适应辅助强度电路的输出端re电压vre为零；电容的电压差等于辅助电压；在反相器lnv1的控制端为高电平的情况下，反相器lnv1截止，反相器lnv1的输出端int和电容c的正极电压均为零，电容c的负极输出位线电压。电平转换器的电压输出特点是随着sram供电电压vdd的降低而不断提高的。其中，vddh不小于vdd。本发明中的电平转换器是基于长尾式差分结构构建的，最终输出的结果为：svdd＝vddh+0.4v–vdd。由于相对于sram和辅助电路20的工作频率，电平转换器10的工作频率会低很多，所以电平转换器相对来，可以作为一个静态电路看待。图1中电平转换器10对输入端接入的基准电压vddh和sram的供电电压vdd进行模拟计算，输出了辅助电压svdd。其中，svdd带电平转换表见表1。表1电平转换器01的输入电压和输出电压的对照表sram的工作电压vdd/v5678基准电平vddh/v0.80.80.80.8输出电压svdd/v0.70.60.50.4对于图1中的辅助电路20，在初始化状态下，反相器lnv1的控制端re处于低电平，即re＝0，此时，反相器lnv1工作电路导通。此时，反相器lnv1是输出端int的电压为svdd，辅助电路20的输出端bl的电压vbl为0，电容c的正极板比负极板电压高svdd。在反相器lnv1的控制端re的状态从低电平变为高电平的情况下，反相器lnv1工作电路截止，电路跳变。此时，反相器lnv1输出端int的电压从svdd变为0；同时，电容c的正极板电压跳变为0，由于电容两端的电压差不能瞬时改变，致使电容c的负极板电压跳变为-svdd，进而使bl的电压vbl从0下降到-svdd。使用电平转换器10对输入端接入的基准电压vddh和sram的供电电压vdd进行模拟计算，输出了一个可用于sram单元电路辅助的辅助电压svdd。使sram的栅源极电压在一定范围内可以降低，进而提高sram的使用寿命。由于在sram的工作过程中，其性能中最重要的是稳定性、速度和功耗，故本发明的实施例就这三方面的性能将常规辅助电路和自适应辅助电路进行对比。经过对使用14nm的spice模型搭建的电路所做的仿真，基于c-boost电路的nbl和nvss的负电平是范围最大在-0.5v～0v之间，单元对负电压的需求在-0.3v～0v之间。表2为仿真测试中使用如图1所示的自适应辅助电路和使用如图2所示的常规电路的归一化功耗对比，由于没有使用过大的辅助强度，也没有必要使用太大的辅助强度，本发明中的自适应辅助电路的整体功耗是很小的。在0.7v和0.8v的vdd下相比于常规电路功耗就分别降低38.4％和58.6％。表2自适应辅助电路和常规辅助电路在不同vdd电压下的归一化功耗对照表sram的工作电压vdd/v0.50.60.70.8自适应辅助电路功耗0.910.780.690.63常规辅助电路的功耗0.510.781.121.52自适应电路减少的比例-79.1％038.2％58.2％表3是在使用如图1所示的自适应辅助电路和使用如图2所示的常规辅助电路的情况下，sram门管的最大栅源电压的对比表。在表3中可以明显看出，与常规辅助电路相比，本发明提供的自适应辅助电路对单元的门管压力更小。表3自适应辅助电路和常规辅助电路在不同vdd电压下的对选中sram门管栅源极间最大电压对照表sram的工作电压vdd/v0.60.70.8nvss自适应辅助电路/v1.21.21.2nvss常规辅助电路/v1.21.41.6nbl自适应辅助电路/v0.90.951.0nbl常规辅助电路/v0.910.51.2静态噪声容限(staticnoisemargin，snm)表征着sram的读稳定性，写静态噪声容限(writenoisemargin，wnm)表征着sram的写稳定性，而snm和wnm归一化值越高，标志着sram的读写稳定性越好，但随着snm和wnm归一化值的提高，sram的功耗也会成比例上涨。表4是在使用如图1所示的自适应辅助电路和使用如图2所示的常规辅助电路的情况下，归一化snm和wnm的对比表。表4自适应辅助电路和常规辅助电路在不同vdd电压下的归一化snm和wnm对照表在表4中，可以明显看出，在vdd＝0.5v的情况下，相对于常规辅助电路，自适应辅助电路的snm提高了10.6％；在vdd＝0.8v的情况下，相对于常规辅助电路，自适应辅助电路的wnm下降了33.3％；然而在vdd＝0.8v时，当辅助电压达到一定程度时，写辅助电路对写入时间的改善不再明显，而wnm和写入时间呈现正相关关系，同时sram在保证稳定性的条件下，更看重工作速度。所以在vdd＝0.8v下使用过高的辅助强度是没有必要的，只会导致功耗的增加。由此可知，在vdd比较高的情况下，自适应辅助电路的功耗比常规辅助电路低很多；而在vdd比较低的情况下，自适应辅助电路的稳定性会比常规辅助电路高很多。故本发明提供的自适应辅助电路使sram可以稳定工作在一个较宽泛的工作电压范围，适用范围更广。综上所述，本发明提供的自适应辅助强度电路，通过电平转换器改变辅助电路中的反相器的供电电压，以实现在sram工作在不同工作电压下可以输出不同的辅助强度，达到改变辅助强度的目标，提高sram在较低工作电压下的稳定性，以及降低sram的门管所承受的最大电压，同时大幅降低sram在高工作电压下的功耗，使sram可以稳定工作在一个较宽泛的工作电压范围，进而提高sram的使用寿命。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页12