[发明专利]存储器的读增强

说明书

技术领域

本发明涉及存储器件，更具体地讲，涉及一种用于读取包含于 存储元件中的信息的电子电路、一种用于读取信息的相应方法、以及 一种用于设计读取包含于存储元件中的信息的电路的方法。

背景技术

在本领域中已知的是在各种存储器中存储信息或数据。通常， 已知的是以易失方式或者非易失方式通过电容上的电荷变化或通过 电阻变化来存储信息的存储器件。

存储元件的一个示例是多晶硅熔丝。为了在熔丝上写信息，通 常提供一个要被施加在其上的过电流破坏的小多晶硅导电路径。其他 技术应用外部激光来切割熔丝的导电部分。相对于未发生变化的熔 丝，变化的熔丝表现出了变化的电特性，例如较大的电阻。由于破坏 了熔丝的特定部分，所以变化状态也被称为“写入”状态或“熔断” 状态。写入(或变化)状态通常与逻辑值(例如逻辑‘1’)相关联。 因此，未发生变化的状态被赋值‘0’。然而，对于本发明，这些规 定只是为了易于理解示范性实施例。

一旦多晶硅熔丝的物理性质发生变化，写入熔丝的电阻就增大， 增大的电阻值可以比未发生变化的熔丝的电阻值高出一个数量级。变 化的和未发生变化的非易失性存储单元的组合表示永久存储在存储 元件上的特定信息。

另一类新的非易失性存储器基于具有可编程电阻的材料的使 用。基于这些材料的存储器具有的优点是它们可以被更好地缩小到比 诸如DRAM之类的基于电荷的存储器还要小的尺寸。最先进的技术 是磁阻随机访问存储器(MRAM)、相变存储器、可编程金属单元 (PMC)、RRAM和分子存储。

通常，上述技术的存储元件是至少具有两个非易失性电阻状态 的电阻器。通过施加电压、电流或者这两者可对特定的电阻状态进行 编程。上面提到的存储元件可被用作只读存储器或用作可重写存储 器。磁阻随机访问存储器(MRAM)是非易失性存储器件，其中用 磁荷元件来存储信息。这种存储器使用的材料特性为：在施加磁场时 改变存储器电阻。数据检索是一件检测相对电阻的简单事情。在本领 域中已知不同的机制。本发明涉及的其他存储器是铁电RAM (FRAM)。

容许使用本发明的存储元件的另一个示例是EEPROM，尤其是 快闪EEPROM。这些元件提供了与控制栅隔离开的浮栅。通过不同 的机制来对浮栅充电或放电，从而使得器件的电子特性，尤其是器件 的沟道发生变化。这些变化可以是永久的或暂时的。

根据上述存储元件的现有读取机制，用复杂的模拟电路来估计 存储在存储元件上的信息。代表存储元件上的已存储信息的值通常被 转化为电流差或电压差。对于电阻存储器件来说，存储元件通常与电 流源或电压源耦接，该电流源或电压源向该器件提供已定义的电流或 电压，使得在存储元件上产生的对应电流或电压与其电阻相关联。对 于基于存储在电容器上的电荷的存储元件来说，通常存在一个读取放 大器等，用于确定电容器上是否存在表示存储信息的特定电荷。读取 放大器的输出电压表示所存储的信息，其中通常破坏了所存储的信 息。

如此确立的电压值或电流值表示它本身所存储的值，或者将该 值与参考值进行比较，其中参考值通常使用具有预定义的值的参考元 件来产生。用比较器比较与参考元件和存储元件相关联的电压值或电 流值。比较的结果表示该元件处于变化的状态还是未发生变化的状 态。

所述现有技术的技术方案的一个缺点在于，在读取包含于存储 元件中的信息的过程中施加电流或电压所导致的高功耗。高功耗对于 移动装置(即低功率应用)来说尤其不利。为了克服这个问题，现有 技术的技术方案建议降低供电电压以进一步地节省功率。然而，这种 措施降低了模拟的读取的灵敏度和鲁棒性，以及严重影响了测量器件 的产量和可靠性。对于集成电路，为了保证足够的电子设计性能的可 靠性，设计者必须增大集成元件的尺寸以满足匹配要求，这继而会导 致巨大的位单元尺寸开销。同样的问题产生于需要较低供电电压的集 成器件的持续降低的规模。

US 6,930,942B2公开了一种用于为存储单元读取而测量电流的 方法和设备。读取电路包括放大器、电容器、电流源电路、钟控比较 器和钟控计数器。电流源电路响应于比较器的输出而进行操作，来分 别在充电和放电间隔期间向电容器提供电流或者从电容器汲取电流。 钟控计数器中的计数由电容器的电压与参考电压的周期性比较产生， 由此该计数与存储单元的逻辑状态相关联。

发明内容