宽电压SRAM时序控制电路的研究与实现

摘要

近年来，随着移动互联网设备的快速普及，对移动处理器性能和功耗的要求越来越高，动态电源电压调节技术很好的实现了这两个优点。但是作为移动处理器的重要组成模块:静态随机存取存储器（Static Random Access Memory,SRAM），当其工作在宽电压时，其时序控制电路的设计存在着两个重要问题:一、低电压下局部工艺变化增大导致时序电路的延迟变化增大，增大了关键路径延迟，降低芯片性能;二、由于传统时序电路对电压的跟踪性不佳，当电压高低变化时，SRAM出现读错误。
　　针对这两个问题，本文首先研究了时序控制电路对SRAM读关键路径的影响，对时序控制电路在宽电压下工作时受工艺变化的影响做了分析，同时详细调研了传统时序控制电路及现有的几种改进的时序控制电路。然后提出了一种抗工艺变化的宽电压复制位线技术，该技术分为两部分电路:一、采用并行放电的局部复制位线技术，有效减少了低电压下局部工艺变化带来的时序电路延迟变化，相比现有的复制位线技术，该技术不增加任何额外延迟，提高了读性能;二、采用基于BIST测试的可调延迟的分级复制位线技术，通过在不同电压下分别调节复制位线的放电单元数目，使时序电路在宽电压范围内都有最优的输出延迟，实现了对电压的跟踪，相比传统采用可调反相器链来调节延迟的方法，该方案有着更好的温度跟踪性，同时不需要额外的版图面积。
　　基于SMIC40nm CMOS工艺，本文参与完成了一款64Kbits的宽电压SRAM设计，负责完成时序控制模块设计。通过仿真和测试，结果表明:本文设计的SRAM时序电路，相比传统时序电路，在0.6V下延迟变化减小了71％;采用本文设计，相比传统SRAM，在0.6V下，整体SRAM的读延时减小了17.2％。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 宽电压SRAM研究背景及意义

1．1．1 SRAM的研究意义

1．1．2 宽电压SRAM的重要性

1．2 宽电压SRAM时序控制电路的设计挑战

1．3 论文研究内容及意义

1．4 论文组织结构

第二章 SRAM时序控制电路综述

2．1 SRAM关键路径分析

2．2 传统SRAM时序控制电路

2．2．1 传统SRAM复制位线的具体设计

2．2．2 宽电压下传统SRAM复制位线的缺点

2．3 现有的抗工艺变化时序控制电路设计

2．4 本章小结

第三章 抗工艺变化的宽电压时序控制电路研究

3．1 2048_32 SRAM整体时序电路设计

3．2 分级复制位线设计

3．2．1 2048_32SRAM分级位线的具体设计

3．2．2 针对位线分级的复制位线设计

3．3 抗工艺变化的局部复制位线设计

3．3．1 局部工艺变化的理论分析

3．3．2 现有的抗局部工艺变化的复制位线设计

3．3．3 抗局部工艺变化的并行局部复制位线设计

3．3．4 三种抗工艺变化的复制位线电路比较

3．4 基于BIST测试的分级复制位线设计

3．5 本章小结

第四章 SRAM测试及结果

4．1 2048_32 SRAM测试方案及测试环境

4．1．1 2048_32 SRAM测试方案

4．1．2 2048_32 SRAM测试环境

4．2 测试结果分析及比较

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献