[发明专利]基于两级放大器的STT‑RAM读取电路及其控制方法

权利要求书

1.一种基于两级放大器的STT-RAM读取电路，其特征在于：包括一开环放大器及与该开环放大器连接的并行磁隧道结、控制逻辑电路和第一反相器，所述第一反相器还连接有第一D触发器和第二D触发器，所述第一D触发器和第二D触发器的时钟控制输入端分别连接至第一时钟输出模块的第一时钟信号输出端和第二时钟信号输出端；所述开环放大器第一MOS管的源极、第二MOS管的源极、第六MOS管的源极和第八MOS管的源极均连接至VDD端，所述第一MOS管的栅极与第二MOS管的栅极连接，所述第六MOS管的栅极与第一MOS管的漏极相连接至第三MOS管的漏极，所述第八MOS管的栅极与第二MOS管的漏极相连接至第四MOS管的漏极，所述第三MOS管的源极与第四MOS管的源极相连接至第五MOS管的漏极，所述第五MOS管的源极连接至地，所述第六MOS管的漏极连接第七MOS管的漏极，所述第七MOS管的源极接GND，所述第八MOS管的漏极与第九MOS管的漏极相连接至第一反相器的输入端，所述第九MOS管的源极接地，所述第七MOS管的栅极与第七MOS管的漏极及第九MOS管的栅极连接，所述第三MOS管的栅极和第一MOS管的源极分别连接至并行磁隧道结的两端，所述第四MOS管的栅极连接至控制逻辑电路，所述第一D触发器和第二D触发器的反相输出端分别输出并行磁隧道结中存储的高位数据和低位数据，所述控制逻辑电路还连接有一用于提供参考电压的外部电压输出电路；还包括一第十MOS管，所述第三MOS管的栅极与并行磁隧道结的连接点连接至第十MOS管的漏极，所述第十MOS管的源极接地，所述第十MOS管的栅极连接第二时钟输出模块的第三时钟信号输出端；所述控制逻辑电路包括由第一D触发器反相输出信号和第一时钟信号输出端输出的第一时钟信号控制的双向开关电路，所述双向开关电路包括相互连接的第一双向开关和第二双向开关，所述双向开关电路用于控制第四MOS管栅极与外部电压输出电路的第一、第二和第三参考电压输出端的连接；所述双向开关电路的工作原理为：当第一时钟信号为低电平时，控制第四MOS管栅极与外部电压输出电路的第二参考电压输出端连接，第三MOS管栅极采集的读取电压与所述第二参考电压进行比较，并由与第一D触发器的输入端连接的第二反相器输出比较结果；当第二反相器输出比较结果后，第一时钟信号变为高电平，控制第一D触发器存储高位数据，并由第一D触发器的反相输出端输出高位数据；当高位数据为高电平时，控制第四MOS管栅极与外部电压输出电路的第三参考电压输出端连接；当高位数据为低电平时，控制第四MOS管栅极与外部电压输出电路的第一参考电压输出端连接，从而达到读取电路的控制功能。

2.根据权利要求1所述的基于两级放大器的STT-RAM读取电路，其特征在于：所述第一时钟输出模块包括第一延时电路、第二延时电路、第三双向开关和第四双向开关，所述第一延时电路和第二延时电路连接至第三时钟信号输出端，所述第三双向开关和第四双向开关分别用于控制第一延时电路和第二延时电路与第一时钟信号输出端和第二时钟信号输出端的连接。

3.根据权利要求2所述的基于两级放大器的STT-RAM读取电路，其特征在于：所述第一延时电路的延迟时间小于第二延时电路的延迟时间；当整个电路进行高位数据的比较，输出比较结果Vout’，经反相器输出的Vout稳定后，第一延时电路的延迟时间使得第一时钟信号由低电平变为高电平，从而控制第一D触发器存储高位数据；当整个电路进行低位数据的比较，输出比较结果Vout’，经反相器输出的Vout稳定后，第二延时电路的延迟时间使得第二时钟信号由低电平变为高电平，从而控制第二D触发器存储低位数据。

4.根据权利要求1所述的基于两级放大器的STT-RAM读取电路，其特征在于：所述并行磁隧道结包括两层铁磁层和夹杂于两层铁磁层之间的一氧化镁氧化层，其中底层的铁磁层为参考层，具有固定磁向；顶层的铁磁层为自由层，所述自由层通过转变电流改变磁向；所述自由层由独立控制磁向的软区和硬区组成，所述软区和硬区的磁向有四种组合，使得所述并行磁隧道结具有四种电阻状态；所述四种电阻状态的阻值关系为：R11＞R10＞R01＞R00，其中R11、R10、R01、R00分别为并行磁隧道结的存储数据为11、10、01、00所对应的电阻阻值。

5.一种基于权利要求1所述读取电路的控制方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤S1：通过第二时钟输出模块，使得第十MOS管导通，从而让读取电路进入工作状态；

步骤S2：采集读取电压，并通过控制逻辑电路将读取电压与外部电压输出电路输出的第二参考电压进行比较；

步骤S3：根据读取电压与第二参考电压的比较结果，判断并行磁隧道结所存储的高位数据，并进行下一步比较；

步骤S4：根据步骤S3，当读取电压大于第二参考电压时，将读取电压与外部电压输出电路输出的第一参考电压进行比较，并判断并行磁隧道结所存储的低位数据；当读取电压小于第二参考电压时，将读取电压与外部电压输出电路输出的第三参考电压进行比较，并判断并行磁隧道结所存储的低位数据，完成数据读取。