【摘 要】
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随着智能手机,数码相机,平板电脑,移动存储设备等便携式电子产品的普及和不断发展,存储器市场不断的扩大。静态随机存储器（Static Random Access Memory,SRAM）具有高速低功耗的优点,在存储市场中占有重要的地位。然而SRAM易失性的缺点限制了SRAM在非易失性存储领域的应用,因此解决SRAM的易失性成为了关键的技术问题。在早期的非易失性SRAM（Nonvolatile SRA
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随着智能手机,数码相机,平板电脑,移动存储设备等便携式电子产品的普及和不断发展,存储器市场不断的扩大。静态随机存储器（Static Random Access Memory,SRAM）具有高速低功耗的优点,在存储市场中占有重要的地位。然而SRAM易失性的缺点限制了SRAM在非易失性存储领域的应用,因此解决SRAM的易失性成为了关键的技术问题。在早期的非易失性SRAM（Nonvolatile SRAM,nv SRAM）中,通过在SRAM中内置电池的方式来实现数据的保存,然而电池的寿命受温度的影响较大,导致了存储数据的稳定性差且芯片面积大。通过总线互连的方式将SRAM与非易失性存储器（Nonvolatile Memory,NVM）结合来实现非易失性的功能,但存在数据传输慢、易丢失等问题。针对以上的问题,本文详细分析了不同nv SRAM的实现原理及所存在的问题,针对传统SRAM断电时数据无法保存的缺点,本文结合SRAM低功耗与阻变存储器（Resistive Random Access Memory,RRAM）高稳定性和非易失性等优点,提出了一种改进型8T2R nv SRAM存储单元结构。为了解决SRAM断电时数据易丢失的问题,在SRAM中引入RRAM技术,实现了SRAM非易失性的功能。同时采用双端模式的电路设计,提高了数据的恢复速度。该电路基于UMC CMOS 28nm 1P9M工艺实现,测试结果表明,电源电压在0.9V时,静态噪声容限为0.35V,读噪声容限为0.16V,写噪声容限为0.41V,数据保存时间为0.21ns,数据恢复时间为0.18ns。基于存储单元的测试数据,本文在外围电路上进行了相关的研究。由于译码电路的译码速度是存储器读取速度的关键路径之一,本文采用了预译码技术,通过将地址译码信号进行预处理,减少了译码电路中器件的数量,并且优化每一级译码电路中MOS管的尺寸,减小了译码电路的时间延迟,提高了译码电路的译码速度。同时,对其它外围电路的模块进行了大量的文献调研和理论的分析,找到了每个模块的关键技术及所存在的问题,提出相应的解决方案。最终,本文将存储单元与外围电路结合,设计了一款容量为1024x8bit的nv SRAM。在电源电压为0.9V时,仿真结果表明,系统读取1bit数据的时间5.2ns。本文通过存储单元的测试数据及系统电路的仿真分析,验证了存储单元和外围电路设计方案的可行性,对nv SRAM设计具有重要的参考意义。
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