[发明专利]一种高速低功耗自关断位线灵敏放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于半导体静态随机存储器的高速低功耗自关断位线灵敏放大器。

背景技术

存储器作为数据和指令的存储设备，在系统芯片中占有很重要的位置。存储器的速度主要取决于存储器的读取时间。存储器的读取时间主要是指从地址信号的输入到数据信号的输出所经历的时间，一般由地址输入缓冲器、译码器、存储单元、灵敏放大器和输出缓冲器的延迟共同决定。因此，要减小存储器的读取时间，一般有两种方法：一是减小从地址信号输入到字线选通的延时，由于内部译码器等电路的形式相对固定，因此用这种方法减小的延时是比较有限的；另一种是减小从字线选通到数据输出所经历的延时，这可以通过改进灵敏放大器的设计来实现。可见，高性能灵敏放大器的设计对于存储器性能的改进是至关重要的。

灵敏放大器工作的目的是通过放大位线间微小的信号变化而读取存储单元中的数据。更具体的说，灵敏放大器在存储器中的作用主要体现在以下三个方面：首先是放大作用，它将位线间微小的信号差放大为标准的逻辑电平“0”和“1”；其次是减小位线的放电幅度，从而减小位线充放电的功耗。最后是通过放大位线间微小的信号差并输出完全逻辑电平，避免等待位线完全放电完毕再输出，从而减小存储器的读取时间。灵敏放大器的工作一般分为两个阶段：一是预充、二是放大。

灵敏放大器主要分为两种：电流型灵敏放大器和电压型灵敏放大器。检测并放大器位线间微小电流差的称之为电流型灵敏放大器，虽然电流型灵敏放大器不受位线负载电容的影响，但是它结构较复杂、可靠性差、功耗大；电压型灵敏放大器检测并放大位线间微小的电压差，它虽然受位线负载电容的影响，但是其结构简单，稳定性高、功耗低，面积一般也比电流型灵敏放大器小，所以目前大部分商用静态随机存储器中采用的灵敏放大器均为电压型灵敏放大器。

如图1所示，在现有技术中使用的电压型灵敏放大器中，当外部给定的预充控制信号PRE、外部给定的使能信号SAEN均为低电平时，灵敏放大器处于预充电状态，其输出端被预充电到VDD；当预充控制信号PRE为高电平，使能信号SAEN为低电平时，灵敏放大器处于检测信号状态，因为这种灵敏放大器为输入输出共用结构，所以在检测输入信号的同时，预充到高电平的输出端会通过PMOS管P3、P4对外部给定位线进行放电，灵敏放大器输出端负载电容越大，放大量越大，这会延长位线间差分电压达到额定值的时间，从而增大灵敏放大器的延时；另外图1所示灵敏放大器预充电操作是将输出端预充到高电平，这会增大灵敏放大器的功耗。

发明内容

为解决现有技术灵敏放大器在检测输入信号期间输出端会对位线进行放电以及预充电操作是将输出端充电到高电平而存在预充功耗的问题，本发明提出一种高速低功耗自关断位线灵敏放大器来代替传统的灵敏放大器，以减小延时和功耗，提高灵敏放大器的性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种高速低功耗自关断位线灵敏放大器，其特征在于，包括预充电模块、平衡电路模块、使能电路模块、交叉耦合反相器模块、输入电路模块以及自关断位线模块，其中：

预充电模块包括NMOS管N1及NMOS管N2，NMOS管N1与NMOS管N2的栅极互联并连接外部给定的预充信号PRE，NMOS管N1及NMOS管N2的源极和衬底都接地GND；

平衡电路模块包括NMOS管N3，NMOS管N3的栅极与NMOS管N1的栅极以及NMOS N2的栅极连接在一起，NMOS管N3的漏极与NMOS管N1的漏极连接、NMOS管N3的源极与NMOS管N2的漏极连接，NMOS管N3的衬底接地GND；

使能电路模块，包括PMOS管P1，PMOS管P1的栅极连接外部给定的使能信号SANE，PMOS管P1的源极和衬底均与VDD相连；

交叉耦合反相器模块包括PMOS管P2、PMOS管P3、NMOS管N4、NMOS管N5，PMOS管P2及PMOS管P3的衬底均连接VDD，PMOS管P2及PMOS管P3的源极连接在一起并与PMOS管P1的漏极连接，PMOS管P2及PMOS管P3的栅极分别与NMOS管N4及NMOS管N5的栅极连接，PMOS管P2及PMOS管P3的漏极分别与NMOS管N4及NMOS管N5的漏极连接，PMOS管P2的漏极、NMOS管N4的漏极与PMOS管P3的栅极及NMOS管N5的栅极连接在一起，PMOS管P2的栅极、NMOS管N4的栅极与PMOS管P3的漏极及NMOS管N5的漏极连接在一起，NMOS管N4及NMOS管N5的衬底和源极均接地GND；