[发明专利]一种用于相变存储器的快速数据读取电路

说明书

技术领域

本发明涉及存储器数据读取技术领域，特别地涉及一种用于相变存储器的快速数据读取电路，尤其适用于高性能嵌入式存储器。

背景技术

相变存储器件具有存储单元尺寸小，非挥发性，循环寿命长，稳定性好，功耗低和可嵌入功能强等优点，特别是在器件特征尺寸的微缩方面的优势尤为突出，业界认为在不久的将来会有越来越大的技术优势。因此它被认为是下一代非挥发存储技术的最佳解决方案之一，在低压，低功耗，高速，高密度和嵌入式存储方面有广阔的前景。

相变存储器件的工作原理主要是通过施加不同大小的特殊脉冲，导致相变材料局部区域因不同温度而产生非晶态与晶态，也即高阻态与低阻态，非晶态表示逻辑“1”，晶态表示逻辑“0”。

目前，相变存储器数据读取方法的主要原则是在不影响相变材料状态的前提下，给相变材料加一个小的电压或者电流，从而产生一个电流或者电压，将这个电压或电流值与一个参考的值比较得到存储结果。单个存储单元的读取原理如图1所示，数据读取电路包括晶体管14，相变材料12，灵敏放大器13，小的电流源11以及开关S11与S12。数据读取的过程分为两个步骤：(1)开关S12合上，一个小的电流注入到相变材料中，产生电压；(2)开关S11合上，产生的电压与参考电压作为灵敏放大器的输入进而通过比较得到存储结果。

图2是一个m行n列的存储阵列，WL<0>到WL<m-1>是m位字线，与开关sw<0>到sw<h-1>共同来选通存储单元，每h列共用一个灵敏放大器(h<n)，所以每个存储阵列共有个灵敏放大器(一般是8的整数倍)，即位输出数据，n越大，即储存器的容量越大，需要的灵敏放大器的个数就越多，这样既消耗了功耗又浪费了面积与时间，而且参考产生电路也将消耗掉一部分电流，这在大规模集成电路中是很不可取的。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种用于相变存储器的快速数据读取电路。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种用于相变存储器的快速数据读取电路，其包括：存储阵列，所述存储阵列具有m行n列相变存储单元，所述相变存储单元包括晶体管和与所述晶体管串联的相变材料，所述m、n为正整数；固定电阻，所述固定电阻的数量为p，所述每一个固定电阻通过一个第一开关与h列相变存储单元相连；缓冲器，所述缓冲器的数量为p，所述每一个缓冲器通过一个第二开关与h列相变存储单元相连，所述p、h为正整数且p×h＝n。

本发明的快速数据读取电路采用电阻分压原理，在电路中设置的固定电阻与相变材料组成分压电路，并用简单的缓冲器取代灵敏放大器，这种设计减少了芯片面积，使电路结构更加简单，降低了功耗，提高了数据读取速度。

在本发明的优选实施例中，快速数据读取电路中还可以包括与固定电阻数量相同的可变电阻，所述每一个固定电阻串联有一个可变电阻。通过在电路中设置可变电阻，在读取数据时充分考虑了工艺对相变材料电阻的影响，提高了数据读取准确性。

在本发明的优选实施例中，快速数据读取电路还可以包括电阻变化检测电路，所述电阻变化检测电路用于检测可变电阻的目标电阻值并控制实现可变电阻的实际电阻值，所述电阻变化检测电路包括：第一比较器，所述第一比较器用于检测所述相变材料高阻状态时的电阻变化值，并将电阻变化值转换成电压信号ΔV_h；第二比较器，所述第二比较器用于检测所述相变材料低阻状态时的电阻变化值，并将电阻变化值转换成电压信号ΔV_l；加法器，所述加法器将电压信号ΔV_h和ΔV_l相加并转换成可变电阻的目标电阻值电阻阵列，所述电阻阵列包括电阻R_x，所述电阻R_x并联有由数字位C<x>控制的开关，通过数字位C<x>控制开关的合上与打开，控制可变电阻的实际电阻值R_c，所述k为正整数，所述x＝1，2，......，k；第三比较器，所述第三比较器用于比较可变电阻的实际电阻值R_c与可变电阻的目标电阻值ΔR，并将比较结果Vo传输给判断电路；判断电路，所述判断电路通过判断Vo的状态来调整由数字位C<k:1>控制的所述电阻阵列的开关的合上与打开。

该电阻变化检测电路检测相变材料电阻的变化，控制可变电阻的大小，使分压电路的输出结果更加准确，提高了数据读取准确性。