[发明专利]一种基于SPI接口的相变存储器读出电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子学领域，特别是涉及一种基于SPI接口的相变存储器读出电路及方法。

背景技术

相变存储器(Phase Change Memory，PCM，PCRAM)一般指的是基于某种硫系化合物薄膜的随机存储器。它是一种新型的非易失性半导体存储器，利用加工到纳米尺寸的相变材料在多晶态（材料呈低阻状态）与非晶态（材料呈高阻状态）时不同的电阻状态来实现数据的存储。由于其操作电压低，读取速度快，可以位操作，写擦速度远远快于闪存，而且疲劳特性更优异，能够实现上亿次的循环擦写，制造工艺简单且与现在成熟的CMOS工艺兼容，能够很容易将其存储单元缩小至较小的尺寸，被认为最有可能在不远的将来替代闪存（Flash）成为主流非易失性存储器。

SPI接口的全称是“Serial Peripheral Interface”，意为串行外围接口，是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI接口作为一种同步串行数据传输接口，其硬件实际上是两个简单的移位寄存器，在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下，按位传输，高位在前，低位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比I²C总线要快，速度可达到几Mbps。

现有技术中基于SPI接口的相变存储器的读出方法如下：

如图1所示为现有技术中基于SPI接口的1K bits相变存储器读出方法时序图，收到主机的读指令后，存储器在主机的移位脉冲SP控制下读取数据，在移位脉冲SP的前沿依次接受主机发出的目标地址，在接收到最后一个目标地址位A<0>时，存储器内部开始读取操作，并在同一个移位脉冲SP的后沿开始逐位开始输出存储器读得的数据，从而完成读操作。在该过程中，存储器内部进行读操作的实际时间被局限在移位脉冲SP的前沿到后沿的半个周期内，尤其是第一个移位脉冲SP的前沿到后沿的半个周期仅为外部时钟SCK的半个周期。然而，相变存储器作为一种高密度非挥发性存储器，其读出时间受到位线寄生电容的影响，存储器阵列的规模越大，其位线长度越长，寄生效应更严重，其读出时间也会增大，进而限制了SPI接口的数据传输速度。

因此，实现相同相变存储器核心性能的前提下提高SPI接口的数据传输速度，对基于SPI接口的相变存储器读出方法进行优化，进而提高芯片的最终性能成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于SPI接口的相变存储器读出电路及方法，用于解决现有技术中相变存储器因位线寄生电容影响SPI接口数据传输速度的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于SPI接口的相变存储器读出电路，所述基于SPI接口的相变存储器读出电路至少包括：

N位地址寄存器，2^M+A位预读数据锁存器，A位读地址译码器以及2^M位输出数据寄存器；所述N位地址寄存器，用于锁存相变存储器需要操作的地址信息；

所述2^M+A位预读数据锁存器连接于所述N位地址寄存器及所述A位读地址译码器，当所述N位地址寄存器发出第一控制信号时，所述2^M+A位预读数据锁存器开始预读并锁存可能地址的2^M+A位数据，再根据所述A位读地址译码器输出的译码信号从2^M+A位预读数据中选取2^M位目标数据，并在完成数据选取后发出信号控制所述N位地址寄存器的地址后移；

所述A位读地址译码器连接于所述N位地址寄存器，当所述N位地址寄存器发出第二控制信号时，所述A位读地址译码器开始译码，并将译码信号输出给所述2^M+A位预读数据锁存器；

所述2^M位输出数据寄存器连接于所述2^M+A位预读数据锁存器，用于锁存选取出的2^M位目标数据。

优选地，所述N位地址寄存器的最低位为LSB位，最高位为MSB位。

优选地，所述N位地址寄存器的数据采用串联输入的方法，输入顺序从高位到低位。

优选地，所述相变存储器具有N位地址，M位数据宽度，相变存储器容量为2^M+N。