[发明专利]一种具有良好传感裕度的STT-MRAM传感电路

说明书

本发明公开了一种具有良好传感裕度的STT‑MRAM传感电路，属于计算机存储技术领域。所述STT‑MRAM传感电路通过采用动态参考电压发生器产生动态参考电压V_REF，使得当STT‑MRAM处于高阻R_AP、位线电压V_{BL_AP}较大时，动态参考电压发生器将参考电压降低，而当STT‑MRAM处于低阻R_P、位线电压V_{BL_P}较小时，通过动态参考电压发生器将参考电压升高，从而大幅度增大了|V_REF‑V_DATA|的值，进而增大了传感裕度SM；同时采用恒流源将读取电路I_read钳位在10‑100μA范围内，避免传感操作期间的读取干扰(RD)。

技术领域

本发明涉及一种具有良好传感裕度的STT-MRAM传感电路，属于计算机存储技术领域。

背景技术

自旋转矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)由于其零待机功率，高密度，辐射硬度和出色的可扩展性等，作为下一代非易失性存储器技术展示了巨大的潜力。它已经引起了广泛关注和研究开发。一个普通的STT-MRAM由一个磁隧道结(MTJ)和一个NMOS管组成。其中MTJ作为存储元件，并通过NMOS管对其进行访问。MTJ自上而下隔离层可分为三层：自由层，隔离层和固定层。其中自由层和固定层一般都是铁磁材料构成的，而中间的隔离层是由很薄的氧化物组成，如图1所示。两个铁磁层中自由层的磁化方向可以自由改变，而固定层的磁化方向是固定的。STT-MRAM根据电流方向的不同，呈现出相反的两种阻值状态，即低阻和高阻(R_P和R_AP)。

STT-MRAM主要的传感方式可分为：电压传感和电流传感；通过采用一个固定的读取电流I_read来测量位线电压V_BL(或采用一个固定的读取电压V_read来测量位线电流I_BL)的方法来传感储存在位单元中的数据。其中，电压传感方式中，给定一个固定的读取电流(I_read)，在MTJ不同的阻值状态下STT-MRAM会呈现不同的位线电压(V_BL)继而通过一个简单的升压产生所需要传感数据电压(V_DATA)，然后位电压通过动态参考单元产生一个参考电压(V_REF)，将V_DATA和V_REF进行比较然后输出结果。在此过程中，为例避免传感操作期间的读取干扰(RD)，读取电流(I_read)应该比临界状态电流(I_CO)小得多(通常为几十μA)，然而较低的读取电流(I_read)会导致较低的传感裕度(SM)，传感裕度表示为：

SM＝|V_REF-V_DATA-V_OS| (1)

其中V_OS是指输入传感放大器的偏移量，而为了提高STT-MRAM的SM值，目前存在下述两种方式：

方式一：通过图2所示的体电压传感电路，其通过两个分支分别产生传感数据电压(V_DATA)和固定的参考电压(V_REF)，然后运用差分放大器进行比较输出，但由于其差分放大器多用二阶交叉耦合差分放大器，所以存在明显的V_OS，由上述公式(1)可知，此会导致传感裕度(SM)变小。

方式二：通过图3所示的变容无干扰的传感电路，其通过单个分支，相继产生传感数据电压(V_DATA)和固定的参考电压(V_REF)，然后利用单端电容耦合CMOS电荷转移放大器(其本身具有很强的抗干扰能力以及可减小输入偏移量V_OS)进行比较输出结果。

上述方式一存在的缺点有：