基于65nm的SRAM低功耗电流型灵敏放大器的分析与设计

摘要

灵敏放大器对SRAM(Static Random Access Memory)电路的性能提升起到无可替代的作用。它可以检测位线上的小摆幅信号并快速有效地进行放大，从而极大地提高SRAM的整体速度。因此，灵敏放大器广泛地被各类不同的SRAM电路使用。
　　一般来说，灵敏放大器的结构可分为两大类:电压型和电流型灵敏放大器。电压犁灵敏放大器依靠检测位线上的电压差值来进行放大输出，它结构简单，稳定性好，但受到位线负载电容的限制速度较慢;电流型灵敏放大器检测电流差值而进行放大，一般速度较快，但功耗高，稳定性差。灵敏放大器设计中需考虑多种指标，如速度，功耗，面积以及良率等，且几种因素彼此影响。在当今环境工艺不断进步、电源电压不断降低的情形下，速度和功耗会逐渐成为较为重要的两点因素。
　　本文从上述两点要求出发，首先分析了灵敏放大器设计中的重点以及难点，提出研究的背景和意义。然后介绍了常用的几种灵敏放大器的结构和优缺点，最后通过对它们的总结和分析设计了一种低功耗电流型灵敏放大器。该放大器通过移除电路在非放电时间存在的的直流通路来较大幅度地降低功耗。电路的仿真在cadence中使用spectre仿真器进行，工艺设定为65nm，并使用多种工艺角分别仿真。仿真结果表明，在TT、SS、FF三种工艺角下，同传统的WTA型灵敏放大器相比，低功耗电流型灵敏放大器所费的功耗分别减小了64％、88％和68％;同时，放大器的放大速度相比于WTA型灵敏放大器也有一定的提升，通过对瞬态输出的分析得到，其放大速度在三种工艺角下分别增快了40％、38％和31％。
　　另外，本文针对提出的灵敏放大器还给出了两种可用的改进方案电路:输入端补偿电路和抗阈值电压波动电路。主要设计于针对当前工艺条件下容易发生的不稳定因素及它们对电路可能造成的不良影响。其中，输入端补偿电路在原有的电路基础上增加了两个反相器和两个控制管，而抗阈值波动电路没有更多的器件添加。两种方案互有利弊，使用这两种方案可以有效的防止功能性失效的出现，提高放大器的准确度，但同时也增加了整体的功耗和面积。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 存储器的分类

1．3 SRAM结构与基本操作

1．4 灵敏放大器的研究意义

1．5 灵敏放大器的设计难点

1．6 本文章节组成

1．7 本章小结

第二章 常用灵敏放大器结构及原理介绍

2．1 电压型灵敏放大器

2．1．1 电流镜型灵敏放大器

2．1．2 经典正反馈灵敏放大器

2．1．3 锁存结构电压灵敏放大器

2．1．4 改进型锁存结构电压灵敏放大器

2．2 电流型灵敏放大器

2．2．1 电流型灵敏放大器的设计原理

2．2．2 WTA电流型灵敏放大器

2．2．3 全电流模式灵敏放大器

2．2．4 SBCT灵敏放大器

2．3 本章小结

第三章 低功耗电流型灵敏放大器的设计

3．1 低功耗电流型灵敏放大器的设计思路

3．2 低功耗电流型灵敏放大器

3．2．1 低功耗电流型灵敏放大器的电路结构

3．2．2 低功耗电流型灵敏放大器的工作原理

3．3 仿真结果及分析

3．4 本章小结

第四章 几种可用于低功耗电流型灵敏放大器的改进技术

4．1 常见的不稳定因素

4．1．1 PVT波动

4．1．2 BTI效应

4．2 自补偿电路

4．3 抗阈值电压波动电路

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 工作展望

图表目录

参考文献

致谢