[发明专利]一种非挥发存储器参考校准电路与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非挥发存储器参考校准电路与方法，用于提高非挥发存储器的读取可靠性，属于非挥发性存储器技术领域。

背景技术

随着制造工艺尺寸的不断缩减，基于场效应晶体管（MOS）或互补金属氧化物半导体（CMOS）的传统挥发型存储器，如静态随机存储器（SRAM）与动态随机存储器（DRAM）等的功耗（包括静态功耗与动态功耗）越来越大，限制了其进一步的小型化与大规模集成。近年来新型非挥发存储器技术，如自旋转移矩磁性随机存储器（Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory，STT-MRAM），阻变式随机存储器（Resistive Random Access Memory，RRAM），与相变随机存储器（Phase Change Random Access Memory，PCRAM）等不断发展，其已变得越来越成熟。在学术界与工业界的共同推动下，这些存储器已经逐步开始用于实工业设计与生产。这些非挥发存储器技术的基本存储原理是通过改变其存储单元的电阻状态，使其可以在高电阻态R_H和低电阻态R_L之间进行切换，从而利用这种性质储存数据信息，如R_H对应数据比特“1”，R_L对应数据比特“0”，或者反之亦可。典型的存储单元由数据存储部分（具有R_L与R_H两种电阻态，可表示为一个可变电阻R_X）与访问控制部分（NMOS字线选择晶体管）组成，称为1R1T结构，如附图1所示。一般而言，一个存储器包含两种存储单元，一种是数据单元，其电阻状态可变，用于存储二进制数据；另一种是参考单元，其电阻状态已知，记为R_ref，用于读取数据时，给数据单元提供判决参考，如附图2所示。读取数据时，通过给数据单元和参考单元同时施加相同的电流（或电压）来检测它们相应的电压（或电流），然后进行对比，即可判断出存储的数据信息，如附图3所示。更具体地，如果数据单元为低电阻态R_L，则可检测到数据单元的电压V_data=V_L（或电流V_data=I_L）小于参考单元的电压V_ref（或电流I_ref），则判决为数据比特为“0”；如果数据单元为低电阻态R_H，则检测到数据单元的电压V_data=V_H（或电流V_data=I_H）大于参考单元的电压V_ref（或电流I_ref），则判决为数据比特为“1”，或者反之亦可。

理想情况下，同一个存储器中的所有存储单元在高电阻态时都具有相同的电阻值R_{H_ideal}，而在低电阻态时都具有相同的电阻值R_{L_ideal}，此时为了得到最佳的读取判决裕量（定义为参考单元电压（或电流）与数据单元电压（或电流）的差值的绝对值的最小值），参考单元的电阻值R_{ref_ideal}必须满足R_{ref_ideal}=(R_{H_ideal}+R_{L_ideal})/2，如附图4所示。但是，在实际情况中，由于工艺参数偏差的存在，尤其是深亚微米工艺下（如28纳米），存储单元之间会出现参数失配，因此同一个存储器中的数据单元即使在相同的电阻状态（高电阻态或低电阻态）下，也具有不同的电阻值，分别记为R_{H_actual}与R_{L_acrual}，此时R_{H_actual}与R_{L_actual}的值呈现出一个概率分布，如附图4所示。同时参考单元的电阻值R_ref也有可能偏离原来的预设值。因此为了获得最佳的读取判决裕量，实际参考单元的电阻值R_{ref_actual}可能不再等于原来的(R_{H_ideal}+R_{L_ideal})/2。实际参考单元电阻值R_{ref_actual}与理想参考单元电阻值R_{ref_ideal}之间的差异定义为参考失配。参考失配直接导致数据单元读取判决裕量的减小，当读取判决裕量不能克服读取电路本身的输入失配，则可能产生读取错误，严重影响存储器的数据可靠性。

发明内容

一、发明目的：