一種rram電壓產(chǎn)生系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及存儲(chǔ)器領(lǐng)域，具體為一種RRAM電壓產(chǎn)生系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]阻變型隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)是一種新型的非易失性信息存儲(chǔ)技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、兼容標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝、低操作電壓、低功耗及高速讀寫(xiě)等特點(diǎn)。其存儲(chǔ)信息單元是由表現(xiàn)出高阻態(tài)(例如:10Kohm)和低阻態(tài)(例如:1Kohm)的雙極記憶特性的可變電阻實(shí)現(xiàn)。
[0003]為了使可變電阻在低阻態(tài)和高阻態(tài)之間轉(zhuǎn)化，則需要將可變電阻配置在不同的電壓或電流工作條件下。
[0004]圖1所示為一組典型的1T1R(1個(gè)晶體管和I個(gè)可變電阻)存儲(chǔ)單元電壓配置圖，其中將ITlR配置在SET條件下，可變電阻將從高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，即實(shí)現(xiàn)寫(xiě)“I”功能；與之相反，配置在RESET條件下，可變電阻將從低阻態(tài)變?yōu)楦咦钁B(tài)，即實(shí)現(xiàn)寫(xiě)“O”功能。
[0005]圖2所示為一種典型的存儲(chǔ)單元SET過(guò)程時(shí)序圖(RESET過(guò)程類似)，SET過(guò)程采取對(duì)存儲(chǔ)單元多次SET (最多16次)的操作方式，即位線BL的電壓從最低開(kāi)始，SET 一次后讀一次，如果本次SET成功，則切換到下一個(gè)存儲(chǔ)單元的操作；如果本次SET失敗，則位線BL上的電壓增加100mV，再進(jìn)行第二次SET，以此類推，直到SET成功；如果第16次SET操作失敗，即位線BL上的電壓達(dá)到最高，則認(rèn)為此存儲(chǔ)單元失效，然后切換到下一個(gè)存儲(chǔ)單元以相同的方式操作。
[0006]從以上相關(guān)背景介紹可知，為了改變ITlR存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)狀態(tài)，必須為其提供輸出正確、具有足夠驅(qū)動(dòng)能力且時(shí)序滿足要求的驅(qū)動(dòng)電壓:提供給字線WL上的電壓恒定不變，而提供給位線BL和源線SL上的電壓每個(gè)脈沖電平升高100mV，但當(dāng)?shù)刂非袚Q時(shí)，提供給BL/SL上的電壓迅速下降(例如10nS)至最低電壓(最大下降幅度1.5V);同時(shí)，也要給輔助電路如行列譯碼器、靈敏放大器提供外部系統(tǒng)所不能提供的電源及參考電壓，而所有這些電壓產(chǎn)生器則組成了 RRAM電壓產(chǎn)生系統(tǒng)，輔助RRAM正常工作。
[0007]現(xiàn)有的一種RRAM電壓解決方案，如學(xué)術(shù)論文:《新型阻變存儲(chǔ)器內(nèi)的電壓解決方案》;廖啟宏等；集成電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用(半導(dǎo)體技術(shù))，2011年6月，第36卷，第6期，如圖3為其電壓產(chǎn)生系統(tǒng)原理圖，包括帶隙基準(zhǔn)源、低壓輸出LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器)和Dickson電荷泵，其中Dickson電荷泵由壓控振蕩器、時(shí)鐘分頻和電荷泵核組成。
[0008]帶隙基準(zhǔn)源為其他電路提供與工藝和溫度無(wú)關(guān)的參考電壓，包括壓控信號(hào)，電荷泵輸出參考電壓和低壓LDO輸出參考電壓；
[0009]低壓LDO提供低于外部電源的輸出電壓，為存儲(chǔ)單元讀寫(xiě)提供足夠驅(qū)動(dòng)能力的驅(qū)動(dòng)電壓；
[0010]Dickson電荷泵產(chǎn)生外部系統(tǒng)所不能提供的且高于外部電源的電壓，為存儲(chǔ)單元寫(xiě)O或?qū)慖提供足夠驅(qū)動(dòng)能力的驅(qū)動(dòng)電壓；
[0011]雖然上述現(xiàn)有方案能夠?yàn)镽RAM提供所需的所有電壓，但是還存在以下缺點(diǎn):1)此方案不支持多字節(jié)Bytes存儲(chǔ)單元同時(shí)操作；原文中提到:電荷泵采用Dickson電荷泵，其負(fù)載最大為ImA ;由此可以推測(cè)，此方案僅用來(lái)支持驅(qū)動(dòng)小于I個(gè)字節(jié)(Sbits)存儲(chǔ)單元同時(shí)進(jìn)行SET/RESET操作；若要支持多個(gè)字節(jié)(例16Bytes = 128bits)存儲(chǔ)單元同時(shí)進(jìn)行SET/RESET操作，即電荷泵的負(fù)載電流便會(huì)很大(>16mA) ；2)采用3級(jí)Dickson電荷泵，電壓損失大，負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力低，功率效能低；若要達(dá)到足夠的驅(qū)動(dòng)能力和輸出電壓，此方案的版圖面積變大，芯片的成本提高；3)存儲(chǔ)單元切換或SET/RESET模式切換(即提供給存儲(chǔ)單元的電壓迅速下降)采用“漏電路徑”的方式:需要額外的脈寬信號(hào)控制漏電路徑，同時(shí)切換后的電壓不能快速準(zhǔn)確穩(wěn)定到目標(biāo)值(即切換后的實(shí)際值與目標(biāo)值存在一定的偏差)，影響后續(xù)存儲(chǔ)單元的正常操作；4)此方案并沒(méi)有對(duì)字線WL、位線BL和源線SL的LDO類型做出詳細(xì)闡述，不利于高效方案的實(shí)現(xiàn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0012]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種能夠支持多字節(jié)同時(shí)操作，數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度快，輸出快速準(zhǔn)確的RRAM電壓產(chǎn)生系統(tǒng)。
[0013]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0014]一種RRAM電壓產(chǎn)生系統(tǒng)，包括用于將外部電源電壓升高并為其他子電路提供電源的電荷泵；用于提供時(shí)鐘信號(hào)的方波振蕩器；方波振蕩器的輸出端連接電荷泵的時(shí)鐘信號(hào)輸入端；用于為存儲(chǔ)單元的操作提供驅(qū)動(dòng)電壓的線性穩(wěn)壓器，線性穩(wěn)壓器的輸出端依次連接行列譯碼器和存儲(chǔ)單元陣列；線性穩(wěn)壓器同時(shí)連接外部電源VCC和電荷泵輸出電源VPP供電；用于為系統(tǒng)提供上電復(fù)位信號(hào)，同時(shí)控制電荷泵、方波振蕩器和線性穩(wěn)壓器有序開(kāi)啟的上電控制電路；用于為電荷泵、方波振蕩器、線性穩(wěn)壓器和上電控制電路提供參考電壓和參考電流的電壓電流基準(zhǔn)源。
[0015]優(yōu)選的，電壓電流基準(zhǔn)源由帶隙基準(zhǔn)電壓源和溫度補(bǔ)償電流源組成，其輸出電壓VREF接至電荷泵、方波振蕩器和線性穩(wěn)壓器的參考電壓輸入端；輸出電流IREF分別接至電荷泵、方波振蕩器和線性穩(wěn)壓器的偏置電流輸入端。
[0016]優(yōu)選的，電荷泵采用雙分支結(jié)構(gòu)，電荷泵輸入電壓源接外部電源VCC，輸出升壓后電壓VPP接至線性穩(wěn)壓器；參考電壓VREF輸入端和偏置電流IREF輸入端接至電壓電流基準(zhǔn)源的輸出端；使能信號(hào)EN_CP輸入端接至上電控制電路的輸出端；時(shí)鐘信號(hào)CLK輸入端接至方波振蕩器的輸出時(shí)鐘端。
[0017]優(yōu)選的，方波振蕩器的參考電壓VREF輸入端和偏置電流IREF輸入端接至電壓電流基準(zhǔn)源的輸出端；使能信號(hào)EN_0SC輸入端接至上電控制電路的輸出端。
[0018]優(yōu)選的，上電控制電路由邏輯及延時(shí)電路組成，按時(shí)序輸出邏輯控制信號(hào)EN_0SC、EN_CP、EN_GEN分別接至方波振蕩器、電荷泵及線性穩(wěn)壓器的使能輸入端。
[0019]優(yōu)選的，線性穩(wěn)壓器參考電壓輸入端VREF和偏置電流輸入端IREF接至電壓電流基準(zhǔn)源，使能信號(hào)EN_GEN輸入端接至上電控制電路，輸出信號(hào)VWL_SET、VWL_RESET、VBL_SET、VSL_RESET和VCLAMP分別接至行列譯碼器。
[0020]進(jìn)一步，線性穩(wěn)壓器由參考電壓穩(wěn)壓器、SET模式字線WL穩(wěn)壓器、RESET模式字線WL穩(wěn)壓器和SET模式位線BL/RESET模式源線SL穩(wěn)壓器及第一、二、三多路選擇器、、組成；
[0021]參考電壓穩(wěn)壓器、RESET模式字線WL穩(wěn)壓器和SET模式位線BL/RESET模式源線SL穩(wěn)壓器的電源由電荷泵輸出升壓后電壓VPP供電，SET模式字線WL穩(wěn)壓器連接外部電源VCC供電；
[0022]參考電壓穩(wěn)壓器輸出一系列參考電壓總線信號(hào)VREF_BUS分別通過(guò)第一、二、三多路選擇器、、連接到SET模式字線WL穩(wěn)壓器、RESET模式字線WL穩(wěn)壓器和SET模式位線BL/RESET模式源線SL穩(wěn)壓器的同相輸入端。
[0023]優(yōu)選的，參考電壓穩(wěn)壓器由第一放大器和串聯(lián)的第一、二電阻串、組成；串聯(lián)的第一、二電阻串、接于第一放大器的輸出端和地之間，用于對(duì)第一放大器的輸出分壓，產(chǎn)生一系列參考電壓總線信號(hào)VREF_BUS ;第一放大器反相輸入端接第一電阻串和第二電阻串的串聯(lián)公共端。
[0024]進(jìn)一步，SET模式字線WL穩(wěn)壓器由第二放大器、第一電阻和第二電阻組成；串聯(lián)的第一、二電阻、接于放大器輸出VWL_SET和地端之間；第二放大器的反相輸入端接第一電阻和第二的串聯(lián)公共端。
[0025]進(jìn)一步，RESET模式字線WL穩(wěn)壓器和SET模式位線BL/RESET模式源線SL穩(wěn)壓器分別由輸出端與反相輸入端相連的放大器組成。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益的技術(shù)效果:
[0027]本實(shí)用新型所述RRAM電壓產(chǎn)生