[发明专利]一种RRAM电压产生系统

说明书

技术领域

本发明涉及存储器领域，具体为一种RRAM电压产生系统。

背景技术

阻变型随机存储器(RRAM)是一种新型的非易失性信息存储技术，具有结构简单、兼容标准CMOS工艺、低操作电压、低功耗及高速读写等特点。其存储信息单元是由表现出高阻态(例如：100Kohm)和低阻态(例如：10Kohm)的双极记忆特性的可变电阻实现。

为了使可变电阻在低阻态和高阻态之间转化，则需要将可变电阻配置在不同的电压或电流工作条件下。

图1所示为一组典型的1T1R(1个晶体管和1个可变电阻)存储单元电压配置图，其中将1T1R配置在SET条件下，可变电阻将从高阻态变为低阻态，即实现写“1”功能；与之相反，配置在RESET条件下，可变电阻将从低阻态变为高阻态，即实现写“0”功能。

图2所示为一种典型的存储单元SET过程时序图(RESET过程类似)，SET过程采取对存储单元多次SET(最多16次)的操作方式，即位线BL的电压从最低开始，SET一次后读一次，如果本次SET成功，则切换到下一个存储单元的操作；如果本次SET失败，则位线BL上的电压增加100mV，再进行第二次SET，以此类推，直到SET成功；如果第16次SET操作失败，即位线BL上的电压达到最高，则认为此存储单元失效，然后切换到下一个存储单元以相同的方式操作。

从以上相关背景介绍可知，为了改变1T1R存储单元的存储状态，必须为其提供输出正确、具有足够驱动能力且时序满足要求的驱动电压：提供给字线WL上的电压恒定不变，而提供给位线BL和源线SL上的电压每个脉冲电平升高100mV，但当地址切换时，提供给BL/SL上的电压迅速下降(例如100nS)至最低电压(最大下降幅度1.5V)；同时，也要给辅助电路如行列译码器、灵敏放大器提供外部系统所不能提供的电源及参考电压，而所有这些电压产生器则组成了RRAM电压产生系统，辅助RRAM正常工作。

现有的一种RRAM电压解决方案，如学术论文：《新型阻变存储器内的电压解决方案》；廖启宏等；集成电路设计与应用(半导体技术)，2011年6月，第36卷，第6期，如图3为其电压产生系统原理图，包括带隙基准源、低压输出LDO(低压差线性稳压器)和Dickson电荷泵，其中Dickson电荷泵由压控振荡器、时钟分频和电荷泵核组成。

带隙基准源为其他电路提供与工艺和温度无关的参考电压，包括压控信号，电荷泵输出参考电压和低压LDO输出参考电压；

低压LDO提供低于外部电源的输出电压，为存储单元读写提供足够驱动能力的驱动电压；

Dickson电荷泵产生外部系统所不能提供的且高于外部电源的电压，为存储单元写0或写1提供足够驱动能力的驱动电压；

虽然上述现有方案能够为RRAM提供所需的所有电压，但是还存在以下缺点：1)此方案不支持多字节Bytes存储单元同时操作；原文中提到：电荷泵采用Dickson电荷泵，其负载最大为1mA；由此可以推测，此方案仅用来支持驱动小于1个字节(8bits)存储单元同时进行SET/RESET操作；若要支持多个字节(例16Bytes＝128bits)存储单元同时进行SET/RESET操作，即电荷泵的负载电流便会很大(>16mA)；2)采用3级Dickson电荷泵，电压损失大，负载驱动能力低，功率效能低；若要达到足够的驱动能力和输出电压，此方案的版图面积变大，芯片的成本提高；3)存储单元切换或SET/RESET模式切换(即提供给存储单元的电压迅速下降)采用“漏电路径”的方式：需要额外的脉宽信号控制漏电路径，同时切换后的电压不能快速准确稳定到目标值(即切换后的实际值与目标值存在一定的偏差)，影响后续存储单元的正常操作；4)此方案并没有对字线WL、位线BL和源线SL的LDO类型做出详细阐述，不利于高效方案的实现。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种能够支持多字节同时操作，数据读写速度快，输出快速准确的RRAM电压产生系统。

本发明是通过以下技术方案来实现：