本發(fā)明涉及一種測量存儲器內(nèi)部存儲單元電阻電路。
背景技術(shù)：
：存儲器按信息的保存性可分為易失性存儲器(RAM)和非易失性存儲器(NVRAM)兩類。易失性存儲器又稱為可變存儲器，掉電后存儲的數(shù)據(jù)會丟失，需要定期刷新存儲器內(nèi)容保持?jǐn)?shù)據(jù)穩(wěn)定。靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)都屬于易失性存儲器。非易失性存儲器掉電后存儲的數(shù)據(jù)不會丟失。根據(jù)存儲介質(zhì)的不同可分為閃存(Flash)、鐵電存儲器(FeRAM)、磁阻存儲器(MRAM)、反熔絲可編程存儲器(PROM)、阻變存儲器(RRAM)、相變存儲器(PCM)等。其中，反熔絲可編程存儲器、阻變存儲器、相變存儲器、磁阻存儲器等都是基于存儲介質(zhì)電阻的變化進(jìn)行數(shù)據(jù)存取的存儲器。反熔絲可編程存儲器是以反熔絲材料在外加電壓脈沖作用下?lián)舸r(shí)電阻的變化為基礎(chǔ)的存儲器。PROM單元一般是三層結(jié)構(gòu)，上下兩層為電極，中間是反熔絲薄膜。在反熔絲兩極間施加脈沖電壓后，中間的反熔絲薄膜會發(fā)生永久擊穿，電阻從G歐變化到幾百歐，從而實(shí)現(xiàn)“0”和“1”的存儲。阻變式存儲器是以材料的電阻在外加電場作用下可在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間實(shí)現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)的一類非揮發(fā)存儲器。RRAM存儲單元是三層結(jié)構(gòu)，包括上下電極和電極間的能夠發(fā)生電阻轉(zhuǎn)變的阻變層材料。在外加偏壓的作用下，器件的電阻會在高低阻態(tài)之間發(fā)生轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)“0”和“1”的存儲。相變存儲器是利用特殊材料在晶態(tài)和非晶態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化時(shí)所表現(xiàn)出來的導(dǎo)電性差異來存儲數(shù)據(jù)的存儲裝置。PCM存儲單元是一種極小的硫族合金顆粒，通過電脈沖的形式集中加熱的情況下，它能夠從有序的晶態(tài)(電阻低)快速轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的非晶態(tài)(電阻高得多)。從而實(shí)現(xiàn)“0”和“1”的存儲。磁阻存儲器主要利用隧道磁阻效應(yīng)(TMR)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲。MRAM的存儲單元是三層膜結(jié)構(gòu)，稱為磁性隧道結(jié)(MTJ)，其上下兩層是磁性材料，中間是很薄的絕緣層。當(dāng)上下兩層材料的磁矩平行時(shí)，中間層呈現(xiàn)低電阻，當(dāng)上下兩層材料磁矩反平行時(shí)，材料呈現(xiàn)高電阻，從而實(shí)現(xiàn)“0”和“1”的存儲。在對上述以存儲單元電阻的變化保存數(shù)據(jù)的存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入時(shí)，有必要測量存儲單元的電阻，根據(jù)測得電阻的大小判斷數(shù)據(jù)是否寫入有效，同時(shí)對寫入無效的單元重新寫入，降低數(shù)據(jù)寫入出錯(cuò)的概率。通過測量存儲陣列中不同存儲單元的電阻，可以反映不同存儲單元的的電阻大小是否分布在合理的范圍內(nèi)，即存儲的穩(wěn)定性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：鑒于以上內(nèi)容，有必要設(shè)計(jì)一種測量存儲器內(nèi)部存儲單元電阻的電路。一種測量存儲器內(nèi)部存儲單元電阻電路，包括一微控制器(MCU)、一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)、一儀表放大器、一電阻、一存儲器。電阻一端接存儲器輸入端、一端接輸入電壓源，儀表放大器同相輸入端接電阻與Vs電壓源之間的節(jié)點(diǎn)，反相輸入端接電阻與存儲器輸入端口之間的節(jié)點(diǎn)，儀表放大器的輸出端接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端接MCU的輸入端。上述電路可精確測量存儲器存儲單元電阻。附圖說明圖1為本發(fā)明存儲器內(nèi)部單元電阻測量電路的較佳實(shí)施方式的電路圖。主要元件符號說明存儲器單元電阻測量電路100微控制器U1模數(shù)轉(zhuǎn)換器U2儀表放大器U3存儲器U4電阻R1圖2為本發(fā)明應(yīng)用于PROM的具體實(shí)施方式的電路圖。其中U4為PROM，其余元件與圖1相同。圖3為本發(fā)明應(yīng)用于PCM的具體實(shí)施方式的電路圖。其中U4為PCM，其余元件與圖1相同。圖4為本發(fā)明應(yīng)用于RRAM的具體實(shí)施方式的電路圖。其中U4為RRAM，其余元件與圖5為本發(fā)明應(yīng)用于MRAM的具體實(shí)施方式的電路圖。其中U4為MRAM，其余元件與圖1相同。如下具體實(shí)施方式將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。具體實(shí)施方式請參考圖1，本發(fā)明存儲器內(nèi)部單元電阻測量電路用于測量存儲器內(nèi)部單元電阻，該測量電路100的較佳實(shí)施方式包括一微控制器U1、一模數(shù)轉(zhuǎn)換器U2、一儀表放大器U3、一存儲器U4、一電阻R1。該電阻R1一端連接直流電源VS、一端連接存儲器U4的端口P，該儀表放大器U3的同相輸入端與電阻R1及電流源VS之間的節(jié)點(diǎn)M連接，反相輸入端與電阻R1及存儲器U4端口P之間的節(jié)點(diǎn)N連接。儀表放大器U3的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器U2的輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U2與微控制器U1的輸入端連接。下面對本發(fā)明的較佳實(shí)施方式的工作原理進(jìn)行說明：該電阻R1為可變電阻，可以根據(jù)不同的存儲器類型調(diào)整合適的阻值。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)可知，流過電阻R1的電流與流過存儲單元的電流值相等，設(shè)編程時(shí)流過電阻R1的電流為IS，存儲單元的阻值為RCELL，則根據(jù)歐姆定律有：VS＝IS×(R1+RCELL)⑴針對儀表放大器U3：放大器的同相輸入端和反相輸入端分別接在電阻R1的兩端，可對電阻R1兩端的電壓進(jìn)行放大，放大系數(shù)為G。設(shè)放大器同相輸入端的電壓為V+IN，反向輸入端的電壓為V-IN，則儀表放大器的輸出電壓為：VOUT＝G×(V+IN-V-IN)＝G×R1×IS⑵針對模數(shù)轉(zhuǎn)換器U2：將儀表放大器U3放大后的電壓VOUT進(jìn)行轉(zhuǎn)換后送到微控制器的信號輸入端。針對微控制器U1：對模數(shù)轉(zhuǎn)換器U2送來的信號進(jìn)行處理，計(jì)算出VOUT的值。根據(jù)式(1)和式(2)，可得反熔絲電阻RCELL的表達(dá)式為：該存儲器內(nèi)部單元電阻測量電路100可以通過測量電阻R1兩端的電壓，經(jīng)儀表放大器U3放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換器U2轉(zhuǎn)換、微控制器U1計(jì)算后，得到單元的電阻RCELL。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替代，皆涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。應(yīng)用實(shí)例一、應(yīng)用于PROM請參考圖2，是本發(fā)明應(yīng)用于PROM的具體實(shí)施方式。電阻R1一端接電流源Vs，一端接PROM的編程電壓輸入引腳PE。編程電壓從PE引腳輸入，經(jīng)PROM內(nèi)部編程電路加到存儲陣列的位線(BL)上，存儲陣列中同一行的反熔絲單元上電極接到同一根位線。存儲陣列中同一列的存儲單元的選擇管(NMOS)柵極接到同一根字線(WL)上。PROM是只讀存儲器，寫入的數(shù)據(jù)不可擦除。對PROM進(jìn)行編程之前，需要對所有存儲單元進(jìn)行檢測，判斷是否PROM保存數(shù)據(jù)的全為“0”，即所有的反熔絲單元都未被編程。使用存儲器內(nèi)部存儲單元電阻測量電路可以測量存儲陣列中存儲單元的電阻，可以判斷PROM存儲的數(shù)據(jù)是否全為“0”。當(dāng)對存儲陣列其中一個(gè)存儲單元編程時(shí)，其對應(yīng)的字線上為高電平，單元內(nèi)部的選擇管被選通，反熔絲下電極與地導(dǎo)通。同時(shí)該單元對應(yīng)的位線上加編程電壓，當(dāng)編程電壓足夠大，反熔絲被擊穿，電阻從G歐下降到幾百歐，存儲單元被寫入數(shù)據(jù)“1”，未被選中的存儲單元反熔絲未被擊穿，阻值沒有變化，保持?jǐn)?shù)據(jù)“0”。通過圖2可知，反熔絲單元的電阻和電阻R1是串聯(lián)的關(guān)系，因此流經(jīng)R1的電流和流過反熔絲的電流是相同的，通過公式(3)可以計(jì)算出此時(shí)的反熔絲單元電阻RFUSE。根據(jù)RFUSE的大小可以判斷被編程的反熔絲單元是否寫入成功。當(dāng)RFUSE大于PROM的最大讀出電阻閾值時(shí)，可以認(rèn)為當(dāng)前存儲單元寫入“1”失敗，可重新對當(dāng)前單元進(jìn)行編程，保證PROM數(shù)據(jù)寫入正確性。二、應(yīng)用于PCM請參考圖3，是本發(fā)明應(yīng)用于PCM的具體實(shí)施方式。電阻R1一端接電流源Vs，一端接PCM的數(shù)據(jù)輸入引腳D，寫入電壓脈沖經(jīng)PCM內(nèi)部電路加到存儲陣列的位線上(BL)。同PROM相似，PCM的存儲陣列中，同一行的存儲單元對應(yīng)于同一根位線，相變電阻的上電極與位線相連接，同一列的存儲單元對應(yīng)于同一根字線(WL)，存儲單元中選擇管(NMOS)的柵極與字線連接。當(dāng)向某單元寫入數(shù)據(jù)“1”時(shí)，該單元對應(yīng)的字線加高電平，選擇管選通，相變電阻下電極接地，同時(shí)對應(yīng)的位線上加短且強(qiáng)的脈沖信號，由于加熱電極的作用，電能轉(zhuǎn)化為熱能，相變單元中的相變材料的溫度迅速升高到熔化溫度以上，再經(jīng)過迅速冷卻，使多晶的長程有序遭到破壞，相變材料實(shí)現(xiàn)由多晶態(tài)到非晶態(tài)的轉(zhuǎn)換，即“0”態(tài)到“1”態(tài)的轉(zhuǎn)換，此時(shí)相變材料的電阻增大。當(dāng)向某單元寫入“0”時(shí)，該單元對應(yīng)的字線加高電平，選擇管選通，相變電阻下電極接地，同時(shí)對應(yīng)的位線上施加一個(gè)長且中等長度的電壓脈沖信號，使相變材料的溫度升高到熔化溫度之下，結(jié)晶溫度之上，并保持一段時(shí)間促使晶核生長，從而實(shí)現(xiàn)非晶態(tài)到多晶態(tài)的轉(zhuǎn)換，即“1”態(tài)到“0”態(tài)的轉(zhuǎn)換，此時(shí)相變材料的電阻減小。由圖3可知，相變電阻和電阻R1是串聯(lián)的關(guān)系，即流過R1的電流和流過相變電阻的電流是相同的，通過公式(3)可以計(jì)算出對PCM進(jìn)行數(shù)據(jù)時(shí)相變電阻的阻值。對于材質(zhì)為Ge2Se2Te5的相變材料，晶態(tài)電阻為幾十K歐，非晶態(tài)電阻可達(dá)幾百K歐。為使測得的結(jié)果更加準(zhǔn)確，應(yīng)合理選擇采樣電阻的大小。三、應(yīng)用于RRAM請參考圖4，是本發(fā)明應(yīng)用于RRAM的具體實(shí)施方式。電阻R1一端接電流源Vs，一端接RRAM的數(shù)據(jù)寫入引腳D，寫入電壓經(jīng)內(nèi)部電路加到存儲陣列的位線上(BL)。同PROM相似，RRAM的存儲陣列中，同一行存儲單元對應(yīng)于同一根位線，阻變材料的上電極連接位線，同一列的存儲單元對應(yīng)于同一根字線(WL)，存儲單元中選擇管的柵極與字線連接。對于RRAM器件，定義其從高阻態(tài)轉(zhuǎn)換低阻態(tài)的過程為Set過程，從低阻態(tài)轉(zhuǎn)換為高阻態(tài)的過程為Reset過程。這兩種轉(zhuǎn)換各有一個(gè)閾值電壓：Set電壓(VSet)和Reset電壓(VReset)。對于單極型(Unipolar)RRAM器件，當(dāng)所加電壓大于VReset時(shí)，RRAM器件變?yōu)楦咦钁B(tài)，當(dāng)所加電壓大于VSet，且小于VReset時(shí)，RRAM器件變?yōu)榈妥钁B(tài)。當(dāng)對RRAM器件不加電壓或者加一非常低的電壓(V<VSet)時(shí)，RRAM器件的阻態(tài)不變。對于RRAM器件，可以用低阻態(tài)表示存儲數(shù)據(jù)“1”，高阻態(tài)表示存儲數(shù)據(jù)“0”；也可以用低阻態(tài)表示存儲數(shù)據(jù)“0”，高阻態(tài)表示存儲數(shù)據(jù)“1”。這里采用低阻態(tài)表示存儲數(shù)據(jù)“1”的情況。當(dāng)向某RRAM單元寫入“1”時(shí)，該單元連接的字線被選中，為高電平，選擇管導(dǎo)通，阻變材料下電極接地。同時(shí)該單元對應(yīng)的位線上加低電壓(VSet<V<VReset)，存儲單元變?yōu)榈妥钁B(tài)，存儲單元被寫入數(shù)據(jù)“1”。當(dāng)向某RRAM單元寫入“0”時(shí)，該單元連接的字線被選中，為高電平，選擇管導(dǎo)通，阻變材料下電極接地。同時(shí)該單元對應(yīng)的位線上加高電壓(V>VReset)，存儲單元變?yōu)楦咦钁B(tài)，存儲單元被寫入數(shù)據(jù)“0”。由圖4可知，阻變電阻與電阻R1是串聯(lián)關(guān)系，即流過R1的電流與流過阻變電阻的電流相同，通過公式(3)可以計(jì)算出寫入數(shù)據(jù)時(shí)阻變電阻的阻值。對于材質(zhì)為Au/Ti2O5/Au的阻變材料，高阻態(tài)電阻為M歐級別，低阻態(tài)電阻為K歐級別。為使測得的數(shù)值更加精確，應(yīng)合理選擇R1的值。四、應(yīng)用于MRAM請參考圖5，是本發(fā)明應(yīng)用于MRAM的具體實(shí)施方式。電阻R1一端接電源Vs，一端接MRAM的數(shù)據(jù)寫入引腳D，寫入電壓經(jīng)內(nèi)部電路加到存儲陣列的位線(BL)上。在MRAM的存儲陣列中，同一行的存儲單元對應(yīng)同一根位線，單元內(nèi)部磁性隧道結(jié)的上電極連接到位線上。存儲陣列中同一列的存儲單元對應(yīng)同一根字線，單元內(nèi)部選擇管的柵極與字線相連。存儲陣列中同一行的存儲單元還對應(yīng)同一根源線，存儲單元內(nèi)部選擇管的源極與源線相連。當(dāng)向MRAM某一存儲單元寫入數(shù)據(jù)“1”時(shí)，該單元連接的字線被選中為高電平，選擇管導(dǎo)通，磁性隧道結(jié)的下電極與源線之間導(dǎo)通，同時(shí)在位線與源線之間加一較大的負(fù)電壓，此時(shí)磁性隧道結(jié)的固定層與自由層的磁化方向相反，磁性隧道結(jié)呈高阻態(tài)，即寫入數(shù)據(jù)“1”。當(dāng)向某存儲單元寫入數(shù)據(jù)“0”時(shí)，該單元的字線被選中為高電平，選擇管導(dǎo)通，磁性隧道結(jié)的下電極與源線之間導(dǎo)通，同時(shí)在位線與源線之間加一較大正電壓，此時(shí)磁性隧道結(jié)的固定層與自由層的極化方向相同，磁性隧道結(jié)呈低阻態(tài)，即寫入數(shù)據(jù)“0”。由圖5可知，磁性隧道結(jié)與電阻R1是串聯(lián)關(guān)系，即流過R1的電流與流過磁性隧道結(jié)的電流相同，通過公式(3)可以計(jì)算出寫入數(shù)據(jù)時(shí)磁性隧道結(jié)的電阻大小。對于自由層和固定層均采用Co-Fe-B材質(zhì)的磁性隧道結(jié)，磁阻比可達(dá)70％。為使測得的結(jié)果更加準(zhǔn)確，應(yīng)合理選擇采樣電阻R1的大小。當(dāng)前第1頁1 2 3