PPT《DRAM 基本工作原理》

DRAM 基本工作原理 Dai Jack DRAM的结构MOS DRAM的标准架构如下图所示,每个记忆单元可储存一个位的数位资料"0"或"1",记忆单元藉由行(row)与列(column)方式的排列形成二次元阵列,假设由n行和m列的记忆单元所排列成的二次元阵列时可以构成n*m=N位元记忆体.

当资料写入或由记忆单元中读取时,是将记忆单元的地址输入行和列地址缓冲器,并利用行解码器)选择n条字元线中特定的一条,每一条字元线会与m条位线和m位的记忆单连接,位元线与记忆单元之间具有一个感应放大器放大储存在记忆单元中的讯号,因此m条位线具有m个感应放大器.当选择字元线之后,列解码器会选择m条位线其中的一条,被选择的位线之感应放大器透过资料输出入线(I/O线)与输出入线路连接,然后根刂葡呗返闹噶罱凶柿隙寥』蛐慈.其中,输出入线路是由输出预放大器、输出主放大器和资料登录缓冲器等线路所构成. 记忆单元的基本结构 自4K DRAM之后,DRAM记忆单元的结构便是由一个电晶体和一个 电容所构成. 构成一位元的记忆单元必须具有下列部份:B储存资料的电容B动记忆单元的字元线B由记忆单元读写资料的位元线 这种记忆单元的主要特徵:B因元件和线路的数目少,所以记忆单元所占的面积很小,可以容易地达到高集积度.B由於记忆单元本身没有放大功能,了侦测位在线的微小讯号,因此必须额外具有感应放大器.B读取时,储存在电容中的电荷会消失,因此读取之后必须进行再写入的动作.B储存在电容中的电荷会因漏电流而逐渐消失,因此必须周期性地进行再写入(refresh)的动作. 典型1MB DRAM所用的twin well CMOS,三层多晶矽(polysilicon)和一层铝导线制程所形成1电晶体+1电容的记忆单元结构如下图所示 记忆单元中,是由第一层多晶矽(polyI)构成电容的cell plate、第二层多晶矽(polyⅡ)构成字元在线n通道MOS的转移闸极,储存的资料是以电荷的形式储存在电容中,资料的读写则是藉由第三层多晶矽(polyⅢ)所形成的位元线来控制.了降低polyⅢ所形成的位线电阻,有时位线的材料会使用高熔点金属的矽化物和多晶矽所形成的二层结构.字元线是由polyⅡ和重叠的铝导线所构成,并控制polyⅡ和铝导线之间的间隔使其导通,字元线的电阻越小,则讯号传输的速度越快.施加在cell plate上的电压1/2电源电压(Vcc/2). 记忆单元的基本动作 记忆单元的基本动作可分储存资料、写入资料及读取资料三种:储存资料资料储存的情形如图所示,当水门关闭时(字元线Vth=0V),水池中的水无法流出水池,外面的水也无法流入,储存在水池中的水位维持不变,因此能达到储存资料的功能,水池中水位的高低可以用来表示二进位的"0"或"1".由於电子带负电因此处於正电位元的电子电位较低,所以电位0V时相当於水池满水位的高水位状态,可用来代表二进位的"0"("L").当电位5V时,相当於水池中没有水的低水位状态,可用来代表二进位的"1"("H").当三极管关闭,水道(位线)的水位对於水池没有影响,电容电位可以维持不会受到改变,因此可以用来储存资料. 资料写入记忆单元的动作资料写入记忆单元的动作如图所示,可分写入"0"的情形和写入"1"的情形两种,图(a)写入"0"的情形,图(b)则写入"1"的情形.将"0"写入记忆单元中的顺序如下:t1:根暗淖柿,水池可能满或空的状态.t2:将水道水位上升到全满,相当於低电位状态(Vcc电位0V).t3:然后利用字元线控制(字元线6V)将水门打开,由於水道水位全满高水位状态,因此水道中的水会流入水池将水池填满,使水池成高水位(低电位状态"0").实际的操作顺序也可先打开水门之后,再提升水道中水位进行写入的动作. 将"1"写入记忆单元中的顺序如下:t1:根暗淖柿,水池可能满或空的状态.t2:将水道的水位下降到空的状态,相当於高电位状态(电位Vcc=5V).t3:然后利用字元线控制(字元线6V)将水门打开,由於水道水位全空低水位状态,因此水池中的水会流到水道,使水池全空成低水位(高电位状态"1").写入"1"的顺序最好遵照上述t2和t3的顺序,如果写入"1",Vcc=5V的电位时,水门必须全开到与水道的水位相等,因此字元线的"H"电位必须高於Vcc+VTH(VTH电晶体的临界电压),这种情形称字元线升压. 记忆单元的读取动作由记忆单元中读取资料的动作如图,图中是1M DRAM以后所使用的位线(1/2)Vcc预充电技术,图(a)读取"0"的动作,图(b)读取"1"的动作.读取动作较写入步骤复杂,由於水道(位元线)的电容量CB(CB=250~300F)大於水池(电容)的容量(Cs=30~40F),且水道中的水量比水池的水多,因此打开水门读取资料时,很容易发生水由水道倒灌水池的现象. 读取"0"时的顺序如下:t1:水池水位全满(电位0V),水道的水位先预设在2.5V.t2:打开水门(字元线6V),水池的水流到水道,由於水池中的水量很小,因此只能造成水道的水位微幅上升;