一种温度自适应的SRAM睡眠模式供电电压控制电路及控制方法与流程

本发明涉及sram，尤其涉及一种温度自适应的sram睡眠模式供电电压控制电路及控制方法。

背景技术：

1、随着物联网的快速发展和可穿戴设备的兴起，移动设备的续航能力受到了越来越大的挑战，尤其是在智能传感器和控制设备等小型电池供电设备中，超低功耗成为了关键指标。由于此类设备大部时间工作在待机模式下，总体待机能耗远大于运行能耗，因此降低待机功耗成为芯片优化的关键方向，其中静态随机存取存储器(sram)在睡眠模式的漏电功耗是优化的重点和难点。

2、降低sram在睡眠模式下的工作电压是优化静态功耗最高效的方式。但是，由于数据存储的需求，sram在睡眠模式下的工作电压需要大于其最小数据保持电压。当温度升高时，sram的最小数据保持电压逐渐降低，而现有mos管钳位技术会使其睡眠模式供电电压随温度升高先增大、后减小，为保证全温度范围内数据保持的可靠性，电路设计会考虑最差情况，从而导致在室温和高温下电压余量过大，漏电功耗无法有效降低。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种温度自适应的sram睡眠模式供电电压控制电路及控制方法，在睡眠模式下，实现在保证存储数据不丢失的前提下最大程度降低sram漏电功耗的目的；在关闭模式下，存储阵列不保持数据，进一步降低漏电流。

2、技术方案：一种温度自适应的sram睡眠模式供电电压控制电路，包括模式控制电路、参考电压产生电路、电压跟随电路、存储阵列供电电路和存储阵列；所述模式控制电路用于控制sram在工作模式、睡眠模式和关闭模式之间切换；所述参考电压产生电路用于产生随温度变化的参考电压；所述电压跟随电路用于产生跟随参考电压变化的栅极控制信号；所述存储阵列供电电路用于给存储阵列供电，并在sram不同工作模式下产生不同的供电电压；所述存储阵列用于存储数据；

3、其中，模式控制电路产生的第一反控制信号分别接入参考电压产生电路的第三使能信号和电压跟随电路的第四使能信号，模式控制电路输出的第一控制信号和第二控制信号分别连接存储阵列供电电路的第一使能信号和第二使能信号；参考电压产生电路的输出参考电压端连接电压跟随电路的第一输入信号，电压跟随电路的电压跟随输出信号连接存储阵列供电电路的栅极控制信号，电压跟随电路的第二输入信号分别连接存储阵列供电电路的输出电源端、存储阵列的第三输入电源端。

4、进一步，所述参考电压产生电路包括第一输入电源端、第一地端、输出参考电压端、第三使能信号、第一mos管、第二mos管、第三mos管、第四mos管、第五mos管、第六mos管；

5、其中，第一输入电源端连接第一mos管的源极、第六mos管的源极和漏极，第一mos管的栅极连接第一mos管的漏极、第六mos管的栅极、第二mos管的源极，第二mos管的栅极连接第二mos管的漏极、第三mos管的源极、输出参考电压端，第三mos管的栅极连接第三mos管的漏极、第四mos管的源极，第四mos管的栅极连接第四mos管的漏极、第五mos管的漏极，第五mos管的栅极连接第四使能信号，第五mos管的源极连接第一地端。

6、进一步，所述电压跟随电路包括第一输入信号、第二输入信号、第四使能信号、电压跟随输出信号、放大器的正向输入信号、放大器的负向输入信号、放大器输出信号、放大器地端、第七mos管、第二地端；

7、其中，放大器的正向输入信号连接第一输入信号，放大器的负向输入信号连接第二输入信号，放大器输出信号连接电压跟随输出信号，放大器地端连接第七mos管的漏极，第七mos管的栅极连接第四使能信号，第七mos管的源极连接第二地端。

8、进一步，所述存储阵列供电电路包括第二输入电源端、第一使能信号、第二使能信号、栅极控制信号、输出电源端、第八mos管、第九mos管、第十mos管；

9、其中，第二输入电源端连接第八mos管的源极、第十mos管的源极，第八mos管的栅极连接第一使能信号，第八mos管的漏极连接第九mos管的源极，第九mos管的栅极连接栅极控制信号，第九mos管的漏极第十mos管的漏极、输出电源端，第十mos管的栅极连接第二使能信号。

10、进一步，所述存储阵列包括若干个存储单元、第三输入电源端、第三地端；

11、其中，所有存储单元的pmos管的源极和衬底均连接第三输入电源端，所有存储单元的nmos管的源极和衬底均连接第三地端。

12、上述任一项温度自适应的sram睡眠模式供电电压控制电路的控制方法，当sram为工作模式时，模式控制电路的第一控制信号为高电平、第一反控制信号为低电平、第二控制信号为低电平，此时，参考电压产生电路和电压跟随电路为关闭状态、存储阵列供电电路产生的供电电压值等于存储阵列供电电路的第二输入电源端的电压、存储阵列能正常进行读写操作；

13、当sram为睡眠模式时，模式控制电路的第一控制信号为低电平、第一反控制信号为高电平、第二控制信号为高电平，此时，参考电压产生电路和电压跟随电路为开启状态、存储阵列供电电路产生的输出电源端电压值小于存储阵列供电电路第二输入电源端的电压且高于最小数据保持电压、存储阵列保存数据但不可进行读写操作；

14、当sram为关闭模式时，模式控制电路的第一控制信号为高电平、第一反控制信号为低电平、第二控制信号为高电平，此时，参考电压产生电路和电压跟随电路为关闭状态、存储阵列供电电路也为关闭状态、存储阵列不能正确保存数据。

15、进一步，sram工作模式、睡眠模式、关闭模式之间的切换过程如下：

16、sram从工作模式切换至睡眠模式时，首先模式控制电路第一反控制信号输出为高电平，开启参考电压产生电路的第三使能信号和电压跟随电路的第四使能信号，参考电压产生电路和电压跟随电路开始工作，然后模式控制电路第一控制信号输出为低电平，打开第八mos管，最后模式控制电路第二控制信号输出为高电平，关闭第十mos管，完成模式切换；

17、sram从睡眠模式切换至工作模式时，首先模式控制电路第二控制信号输出为低电平，打开第十mos管，然后模式控制电路第一控制信号输出为高电平，关闭第八mos管，最后模式控制电路第一反控制信号输出为低电平，关闭参考电压产生电路和电压跟随电路，完成模式切换；

18、sram从工作模式切换至关闭模式时，模式控制电路第二控制信号输出为高电平，关闭第十mos管；

19、sram从关闭模式切换至工作模式时，模式控制电路第二控制信号输出为低电平，打开第十mos管。

20、本发明与现有技术相比，其显著效果如下：

21、1、本发明通过参考电压产生电路、电压跟随器和存储阵列供电电路产生温度自适应的存储阵列睡眠模式供电电压，使存储阵列供电电压在全温度范围内跟随其最小数据保持电压，在保证存储数据可靠性的前提下最大限度地降低漏电功耗；

22、2、通过模式控制电路控制sram各模式之间的切换：在睡眠模式下，通过参考电压产生电路产生随温度升高逐渐降低的参考电压，经由电压跟随器接入存储阵列供电电路，使存储阵列供电电压有效跟随最小数据保持电压的变化，并在-40℃～125℃温度范围内实现供电电压跟随存储阵列最小数据保持电压的效果，实现在保证存储数据不丢失的前提下最大程度降低sram漏电功耗的目的；在关闭模式下，参考电压产生电路、电压跟随电路、存储阵列供电路均关闭，存储阵列不保持数据，进一步降低漏电流；实现了多种功耗管理模式，以应对不同应用需求。