日立与瑞萨科技合作开发1.5V低功耗、高速相变存储模块

2007-03-19 10:05:58来源: 电子工程世界

―100uA工作电流下可实现416KB/s写入速度和20ns的读取时间―

2007年2月16日,日立有限公司与瑞萨科技(Renesas Technology Corp.)宣布,为了满足新一代高密度片上非易失性存储技术的需求,双方共同开发出了运行于1.5V电源电压的512KB(相当于4Mb)相变存储模块,该器件能够实现416KB/s的写入速度和20ns的读取时间。利用以前开发的100μA(Micro[注1]安培)写入操作电流的“低功耗相变存储单元”,两家公司在新模块中开发了一种可以实现高速读写操作的外设电路技术。

近年,微控制器已成为车载系统、家庭电子产品和移动电话等各类信息设备及工业设备的核心元件。随着产品变得更加复杂和多功能化,这些微控制器处理的信息量也在迅速增加。因此,微控制器的片上非易失性存储器需要更高的性能和密度,来存储数据和程序。

由于写周期的高度耐用性、结构的简单和易于制造,相变存储器正在成为新一代片上非易失性存储器极具竞争力的候选者。相变存储器是一种非易失性存储器,它是利用电流产生的焦耳热量形成的一种双相变的薄膜电阻—— 一种是非晶态[注2](高阻值),另一种是晶态(低阻值)。利用这种电阻的“1”和“0”信息的差异,相变存储器即可执行存储和读出操作。

日立和瑞萨以前开发过一种低功耗操作相变存储器,它在界面层使用了五氧化钽,可以利用1.5V电源电压和100μA电流进行写操作。与传统的片上非易失性存储器相比,这种存储器可以降低写电压,在芯片内无需使用产生高压的电源电路,从而有助于减小模块尺寸,并实现更高的密度。不过,由于读取电流很小,存储器阵列电路技术非常关键,这样才能保证在小电流条件下实现高速运行。

新开发的电路技术具有以下特性:

(1)写电路技术有助于利用小电流实现高速写入

a.两步电流控制的数据写入方法
高速写入是利用控制两步写入过程中流经相变薄膜的电流来实现的,首先是100μA的电流,然后是低于100μA的电流,以有效地产生焦耳热量。

b.串写方法
通常,存储器的写入是多位同时执行的。由于写入所需的电流为:单元写电流×同时写的位数,所以在写许多位时,写操作期间的峰值电流很大。现在已经开发出一种新的串写方法,可以一次连续写入许多位,峰值电流可以通过只写一个位来进行抑制。

(2)高速读取电路支持微小读取电流

尽管实现了用小电流进行写操作,日立和瑞萨较早开发的相变存储器还存在一个读取速度缓慢的问题,这是由微小读取电流引起的。为了解决这个问题,现在开发了一种读取电路,其中使用了两级检测放大器(放大电路),通过优化每个检测放大器的工作电压使信号可以逐步放大。与使用单级检测放大器的电路相比,这种新开发的读取电路可以在更短的时间执行放大,从而实现更快的读取时间,同时将检测放大器的电流消耗抑制在280μA以下。

(3)电路技术有助于测量纳安级的微电流值

测试出制造的存储单元的质量,并准确测量信号读取之前的读出电流值是非常重要的。不过,在正常工作条件下,纳安级的微小读出电流对存储器电路中产生电流泄漏来说微不足道,对它进行准确的测量非常困难。因此,利用新开发的一种电路技术,通过优化存储器电路的电压可将电流泄漏降到最低水平,从而可能对存储单元的微读出电流进行高度准确的测量。将测量结果反馈到制造过程将有助于实现存储单元质量的改进。

目前,一种采用130nm CMOS工艺的实验用512KB存储模块已经生产出来,它采用了新开发的100μA单元可写电路技术。测试结果表明,新技术实现了416KBps写操作和20ns读操作,并在高速运行的同时,可以保持低功耗运行相变存储单元的性能。

人们预期,这一技术将促进新一代集成的片上非易失性存储器的实现,并支持未来嵌入式系统微控制器开发获得重大的进展。

注释:
1.Micro:百万分之一
2.非晶态:构成一种固体的原子、分子等,不像有规则结构的晶体那样,它的结构不规则。
* 本文提及的其他产品、公司和商标名称均为其各自所有者拥有。
图示:

关键字:电源  电流  功耗  控制

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