[发明专利]一种刷新操作方法以及基于该刷新操作方法的PSRAM

说明书

技术领域

本发明属于动态随机存储器(DRAM)技术领域，具体涉及一种增益单元(Gain Cell，GC)存储阵列的刷新操作方法，尤其涉及基于具有两组独立字线和两组独立位线的GainCell(增益单元)的操作分段并行刷新操作方法、以及使用该刷新操作方法的基于DRAM的Pseudo SRAM(PSRAM，伪静态随机存储器)存储器。

背景技术

(一)DRAM刷新

DRAM的存储器单元是电容器，它所包括的电荷可随时间泄露掉，导致数据丢失。为防止这一现象发生，必须对DRAM刷新，即必须周期性地在各个存储器单元上再存储电荷。DRAM刷新频率(Refresh Frequency)取决于制造工艺技术和存储器单元本身结构的设计。读或写入存储器单元的过程对选中的单元有刷新作用。然而，因为在规定的时间限制范围内并不是所有的单元都被读或都被写入，所以阵列中的每一单元在刷新间隔期间必须被存取并在存储电荷。在大多数情况下，刷新周期包含在特定的刷新间隔内逐一遍历所有行，且每一行都被存取并在存储电荷。

图1所示为现有技术DRAM的三种常用刷新方式。如图1所示，常用的刷新方式大致有三种：集中式刷新、分散式刷新和异步式刷新。下面分别解释和比较这三种不同的方式：

(1)集中式刷新方式(如图1(a)所示)——正常读/写操作与刷新操作分开进行，刷新集中完成。

特点：在整个刷新周期内，前一段时间重复读/写周期或维持周期(在维持周期内，不进行读/写，存储单元保持原有存储内容)，后一段时间进行刷新操作时，便暂停读/写周期或维持周期，而逐行进行刷新；

缺点：在集中刷新的这一段时间内不能进行存取访问，存在一段停止读/写操作的死时间。

例如：如图1(a)所示，某动态存储器芯片的容量为16K×1位，对128×128存储矩阵进行刷新时，刷新的时间相当于128个读周期，设读周期为0.5us，刷新周期为2ms，则共有4000个周期。其中3872个周期(共1936us)用于读/写或维持信息；当第3781个周期结束，便开始进行64us的刷新操作。

(2)分散式刷新方式(如图1(b)所示)——将一个存储系统周期分成两个时间片，分时进行正常读/写操作和刷新操作。

特点：不存在停止读/写操作的死时间，但系统运行速度降低；在这种刷新方式中定义系统对存储器的存取周期是存储器本身的存取周期的两倍，把系统的存取周期平均分成两个操作阶段，前一个阶段用于对存储器的正常访问，后一个阶段用于刷新操作，每次刷新一行；

缺点：显然这种刷新方式没有“死区”，但由于没有充分利用所允许的最大的刷新时间间隔，以致刷新过于频繁，人为降低了存储器的速度。

例如：如图1(b)所示，对128×128存储矩阵进行刷新时，刷新的时间相当于128个读周期，设读周期为0.5us，则每经过128个系统周期时间，即128us，整个存储器便全部刷新一遍。而系统周期时间则变为1us，可见整个系统的速度降低了。

(3)异步式刷新方式(如图1(c)所示)——前两种方式的折中，每隔一段时间刷新一次，保证在刷新周期内对整个存储器刷新一遍；

特点：在2ms时间内，分散地将128行刷新一遍。首先将时间2ms分割成128段，然后将已经分割的每段时间分为两部分。前段时间用于读/写/维持操作，后一小段时间用于刷新。这样的好处是即充分利用了所允许的最大时间间隔，保持了存储器的应有速度，又大大缩短了“死区”时间，所以是一种常用的刷新方式。

例如，如图1(c)所示，2ms内分散地把128行刷新一遍，2000除以128(行)为15.5us，即每隔15.5us刷新一行，在每个15.5us中前15us(即30个存取周期)用于正常的存储器访问，后0.5us刷新一行，时间分配情况如图1(c)所示。

(二)PSRAM

过去在一般性的嵌入式设计上，其内存部分多是使用SRAM(静态随机存储器)，之后由于计算机等电子数据设备的成长，使设备内部所用的内存容量大幅增加，这时就难以使用SRAM来实现大容量的内存系统，而必须使用DRAM，DRAM每个位的记忆电路一般是以1个晶体管与1个电容所构成，相对于SRAM每个位需要4到6个晶体管才能构成，DRAM拥有比SRAM高4到6倍的记忆密度。