[发明专利]电流镜型WTA灵敏放大器

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路中的放大器技术领域，尤其涉及一种电流镜型WTA(Winner Take All)灵敏放大器。

背景技术

随着工艺的进步，器件尺寸进一步缩小，可以将逻辑电路和存储器同时集成到同一块芯片中，嵌入式存储器及其外围电路将显著影响整个芯片系统的速度和功耗。灵敏放大器是SRAM(Static Random Access Memory，静态随机存储器)外围电路的重要组成部分，它的性能优劣对整个SRAM的性能有极大的影响。

在SRAM电路中典型的电压摆幅为100mV，如果把位线上的信号直接加到外部电路上，那么外部电路就会由于无法辨认信号的逻辑值而无法正常工作。灵敏放大器最主要的功能就是放大SRAM中位线上的电压信号。灵敏放大器要将位线上的电压放大至全摆幅并在输出端输出。

由于集成度的提高，SRAM中位线上的负载电容日益增大，这已经成为灵敏放大器性能提高的一个主要限制。现有的WTA灵敏放大器采用如图1所示的结构，它由PMOS管MP1、MP2、MP3、MP4组成的电流传输电路和NMOS管MN1、MN2、MN3、MN4、MN5组成的放大器部分组成。电流传输电路探测位线上的电流差，放大器部分将这个电流差放大为电压信号输出。NMOS管MN5的作用是提供一个恒定的电流和为NMOS管MN3、MN4提供固定的栅压，设其提供的电流为I_B，在灵敏放大器刚开始工作的阶段，MN1管的栅压为V_G10，栅源电压为V_GS10，MN2管的栅压为V_G20，栅源电压为V_GS20，MN3管的漏源电压为V_DS30，MN4管的漏源电压为V_DS40，流过MN1管和MN2管的电流相等。设NMOS管的导电因子为K_N，阈值电压为V_th，由于MN1管和MN2管的漏源电压基本保持恒定，不考虑漏源电压对MN1管和MN2管的电流的影响得：

VMN1=IMN2=12IB=KN(VGS10-Vth)2,]]>V_G10＝V_DS30，V_G20＝V_DS40(1)

为了说明WTA灵敏放大器的工作原理，假设从位线BL流入MN3管的电流大于从位线流向MN4管的电流，设流入MN3管和MN4管的电流分别为I₀+ΔI和I₀，MN3和MN4管的栅源电压分别为V_GS3和V_GS4，MN3和MN4管的漏源电压分别为V_DS3和V_DS4沟道长度调制因子为λ，MN3管和MN4管的电流可以由下列公式给出：I_MN3＝K_N(V_GS3-V_th)²(1+λV_DS3)，I_MN4＝K_N(V_GS4-V_th)²(1+λV_DS4)，V_GS3＝V_GS4(2)

由于MN4管流过的电流小，MN4管的漏端电压开始下降，下降量ΔV₁为：