一种存储单元、三态内容寻址存储器和电子设备

本发明涉及存储器领域，具体涉及一种存储单元、三态内容寻址存储器和电子设备。

背景技术：

1、如今的路由器需要在大量数据中进行快速查找，以实现快速的数据包路由。需要高速搜索的其他应用还包括cpu、数据库引擎以及神经网络中的转换后备缓冲器(tlb)和全相联缓存控制器。其中最有效的方法仍需要使用内容可寻址存储器(cam)。cam将搜索数据和一份列明存储数据的表格进行比对，并返回匹配数据的地址。

2、与传统的基于16晶体管(16t)静态随机存取存储器(sram)的三元cam(tcam)相比，新兴的基于非易失性存储器(envm)的tcam，如相变随机存取存储器(pram)、磁性随机存取存储器(mram)和电阻性随机存取存储器(rram)，可以通过减少晶体管数量以及在后端线(beol)集成存储设备来显着提高单元密度。现有的基于非易失性器件的2t2r，5t2r存储单元构成的tcam，是通过成对忆阻器器件存储数据“0”，“1”，“x”；更改忆阻器的阻值状态，表示存储不同的信息。由于是通过的成对器件存储信息，对单元本身的面积以及相对应的外围读写电路的面积等方面的需求会更大，造成更大的能耗。

技术实现思路

1、传统的存储单元基于静态随机存储器(16t)，静态随机存储器具有掉电后信息丢失的特点，属于易失性宏单元，因此需要非易失性宏来存储掉电后的信息。新型的单宏非易失性tcam(nvtcam)使用nvm器件，可避免在上述两种宏结构中通信，但由于较多单宏结构存储单元采用成对的nvm的器件，如2t2r,3t2r,5t2r等，这给外围电路以及存储单元本身带来更大的面积和能量消耗，本发明提出了一种存储单元、三态内容寻址存储器和电子设备，采用一个非易失器件，构成tcam的存储单元，很好的避免了上述问题，实现了tcam的功能，具有较好的性能。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、本申请第一方面公开一种存储单元，包括：

4、阻变存储器、选通晶体管和放大晶体管；

5、其中，阻变存储器的一端与位线相连，阻变存储器的另一端与选通晶体管的漏极相连；

6、选通晶体管的源极与源线相连，选通晶体管的栅极与字线相连；

7、放大晶体管的源极接地，放大晶体管的栅极与选通晶体管的漏极相连，放大晶体管的漏极与匹配线相连。

8、在一些实施例中，存储单元的写操作过程包括以下步骤：

9、开启选通晶体管，对源线和位线端施加电压将存储单元调整至高阻态，对存储单元进reset操作；

10、开启选通晶体管，对源线和位线端施加电压将存储单元调整至低阻态或中间态，对存储单元进行set操作。

11、在一些实施例中，所述写操作的数据为1时，存储单元被set至低阻态，字线施加栅极电压vg-set-l，位线施加设置电压vset，源线接地；

12、写操作的数据为0时，存储单元被reset至高阻态，字线施加栅极电压vg-reset，位线接地，源线施加重置电压vreset；

13、操作的数据为x时，存储单元被set至中间态，字线施加栅极电压(vg-set-m)，位线施加设置电压vset，源线接地。

14、在一些实施例中，在阻变存储器为低阻态的情况下，存储单元中预先存储的数据为1；

15、在存储的数据为1时，通过对字线施加栅极电压vwl1，位线接地和源线施加输入电压vin1，使得存储单元输入数据1进行搜索，搜索匹配且放大晶体管关断；

16、在存储的数据为1时，通过对字线施加栅极电压vwl0，位线施加输入电压vin0和源线接地，使得存储单元输入数据0进行搜索，搜索失配且放大晶体管导通。

17、在一些实施例中，在阻变存储器为高阻态的情况下，存储单元中预先存储的数据为0；

18、在存储的数据为0时，通过对字线施加栅极电压vwl1，位线接地和源线施加输入电压vin1，使得存储单元输入数据1进行搜索，搜索失配且放大晶体管导通；

19、在存储的数据为0时，通过对字线施加栅极电压vwl0，位线施加输入电压vin0和源线接地，使得存储单元输入数据0进行搜索，搜索匹配且放大晶体管关断。

20、在一些实施例中，在阻变存储器为中间态的情况下，存储单元中预先存储的数据为x；

21、在存储的数据为x时，通过对字线施加栅极电压vwl1，位线接地和源线施加输入电压vin1，使得存储单元输入数据1进行搜索，搜索匹配且放大晶体管关断；

22、在存储的数据为x时，通过对字线施加栅极电压vwl0，位线施加输入电压vin0和源线接地，使得存储单元输入数据0进行搜索，搜索匹配且放大晶体管关断。

23、在一些实施例中，所述选通晶体管为n型晶体管。

24、本申请第二方面公开一种三态内容寻址存储器，包括存储模块、源线、字线、匹配线和位线；

25、其中，存储模块包括多个如第一方面所述的存储单元；

26、存储单元由阻变存储器、选通晶体管和放大晶体管组成；

27、阻变存储器的一端与位线相连，阻变存储器的另一端与选通晶体管的漏极相连；选通晶体管的源极与源线相连，选通晶体管的栅极与字线相连；放大晶体管的源极接地，放大晶体管的栅极与选通晶体管的漏极相连，放大晶体管的漏极与匹配线相连。

28、本申请第三方面公开一种电子设备，其特征在于，包括第一方面所述的三态内容寻址存储器。

29、本发明的有益效果：

30、本发明提出的存储单元、三态内容寻址存储器和电子设备，采用一个非易失器件，构成tcam的存储单元，很好的避免了外围电路以及存储单元的面积和能量消耗大的问题，实现了tcam的功能，具有较好的性能。

技术特征：

1.一种存储单元，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，存储单元的写操作过程包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，在阻变存储器为低阻态的情况下，存储单元中预先存储的数据为1；

5.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，在阻变存储器为高阻态的情况下，存储单元中预先存储的数据为0；

6.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，在阻变存储器为中间态的情况下，存储单元中预先存储的数据为x；

7.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述选通晶体管为n型晶体管。

8.一种三态内容寻址存储器，其特征在于，包括存储模块、源线、字线、匹配线和位线；

9.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求8所述的三态内容寻址存储器。

技术总结本发明公开了一种存储单元、三态内容寻址存储器和电子设备，属于存储器领域，包括：阻变存储器、选通晶体管和放大晶体管；其中，阻变存储器的一端与位线相连，阻变存储器的另一端与选通晶体管的漏极相连；选通晶体管的源极与源线相连，选通晶体管的栅极与字线相连；放大晶体管的源极接地，放大晶体管的栅极与选通晶体管的漏极相连，放大晶体管的漏极与匹配线相连；与现有技术相比，本申请的存储单元、三态内容寻址存储器和电子设备，采用一个非易失器件，构成TCAM的存储单元，很好的避免了外围电路以及存储单元的面积和能量消耗大的问题，实现了TCAM的功能，具有较好的性能。技术研发人员：吴祖恒,陈涛,冯哲,邹建勋,徐祖雨,朱云来,代月花受保护的技术使用者：安徽大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15