基于忆阻器的灵敏放大器及其控制方法与流程

本发明涉及灵敏放大器，更为具体地，涉及一种基于忆阻器的灵敏放大器及其控制方法。

背景技术：

1、阻变存储器(resistive random-access memory，rram)，又称为忆阻器，是一种新型的非易失性随机存储器，其存储信息单元是由一种或多种金属氧化物来实现的可变电阻。在不同的写入电压下，rram表现出两种阻态：高阻态和低阻态。在忆阻器进行乘加运算的过程中，忆阻器的电导存储权值，输入为电压值，相乘结果为电流值。通过施加写入电压，可以将rram的阻态变为高阻态或低阻态，存储信息“0”或“1”。存储信息读取是将rram的阻值状态(高阻态和低阻态)转化为外部电路可以识别的电流信号或者电压信号。

2、灵敏放大器是存储器中重要的组成部分，通常有着读取延时小、功耗低等特点，主要负责检测在读操作时因存储单元放电造成的位线上微小电压差，并将其准确迅速放大并输出，实现数据的快速读取，随着片内存储所需用的存储容量越来越大。然而，传统的忆阻器灵敏放大器(senseamplifier,sa)每个运算周期都需要将电流转换为电压，进而进行比较，以判断电流的高和低，分别对应1和0的结果；并且无论输入电压为低电平或高电平，灵敏放大器都会打开，造成较大的功耗和延时。

3、因此，亟需一种低功耗的灵敏放大器。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于忆阻器的灵敏放大器及其控制方法，以解决至少一个现有技术中存在的问题。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种基于忆阻器的灵敏放大器的控制方法，所述灵敏放大器开关电路受输入信号控制，方法包括，

3、当输入信号为0，灵敏放大器开关电路关闭；

4、当输入信号为1时，灵敏放大器开关电路打开且忆阻器的权值为0时，通过所述灵敏放大器开关电路输出为0；灵敏放大器开关电路打开且忆阻器的权值为1时，通过所述灵敏放大器开关电路输出为1。

5、进一步的，优选的方法为，所述灵敏放大器开关电路的第一比较端连接第一开关管的漏极，第一开关管的源极连接忆阻器，所述灵敏放大器开关电路的第二比较端连接第二开关管的漏极，所述第二开关管的源极连接参考电阻的忆阻器；所述第一开关管和所述第二开关管的栅极连接输入信号。

6、进一步的，优选的方法为，当所述第一开关管和第二开关管均为nmos管，输入信号为0时，输入信号为低电平；

7、当所述第一开关管和第二开关管均为pmos管，输入信号为0时，输入信号为高电平。

8、进一步的，优选的方法为，还包括所述灵敏放大器开关电路受时钟周期控制，方法包括，

9、第一个时钟周期对灵敏放大器开关电路输入一个时钟信号，使得输入信号在第一时钟周期内保持为低电平，充电信号rst保持为低电平，基于第一开关管和第二开关管的灵敏放大器开关电路关闭，充电通路打开；

10、第二个时钟周期对基于第一开关管和第二开关管的灵敏放大器开关电路输入一个时钟信号，充电信号rst保持为低电平，灵敏放大器开关电路打开，充电通路关闭；并利用输入信号控制所述灵敏放大器开关电路。

11、进一步的，优选的方法为，在所述灵敏放大器开关电路受时钟周期和输入信号控制之前，还包括在同一字线打开后，对寄生电容充电，并通过激活相应的位线和源线对忆阻器中存储的权值进行采样，并保持同一字线不变。

12、进一步的，优选的方法为，所对应的基准时钟频率为2ghz。

13、进一步的，优选的方法为，所述忆阻器为1t1r阵列。

14、进一步的，优选的方法为，忆阻器高低阻态的开关比大于1000。

15、进一步的，优选的方法为，采用稀疏感知方式实现利用输入信号控制所述灵敏放大器开关电路。

16、根据本发明的另一个方面，提供一种基于忆阻器的灵敏放大器，包括被输入信号控制的比较放大模块，忆阻器、参考电阻的忆阻器和输出电路；

17、所述比较放大模块，用于将第一比较端和第二比较端的电压进行比较，获得比较结果并将电压较高的一端放大为高电平，将电压较低的一端变为低电平；并将放大后的结果输入输出电路；

18、所述比较放大模块的第一比较端连接第一开关管的漏极，第一开关管的源极连接忆阻器，所述比较放大模块的第二比较端连接第二开关管的漏极，所述第二开关管的源极连接参考电阻的忆阻器；所述第一开关管和所述第二开关管的栅极连接输入信号；

19、所述输出电路，用于根据比较放大后的结果输出状态对应的控制信号。

20、进一步的，优选的结构为，预充电电路包括第一充电开关管和第二充电开关管，所述第一充电开关管和第二充电开关管的栅极分别与充电信号相连接，所述第一充电开关管和第二充电开关管的漏极分别与电源相连接，所述第一充电开关管和第二充电开关管的源极分别与所述比较放大模块的两个比较端相连接。

21、进一步的，优选的结构为，所述比较放大模块受时钟周期控制，其中，所述时间窗口转变引起的差异电压被施加至比较放大模块。

22、进一步的，优选的结构为，所述输出电路与所述第一比较端相连接，输出电路包括受时钟周期控制的反相器和锁存器。

23、进一步的，优选的结构为，所述忆阻器包括一个晶体管和一个rram，所述晶体管的源极连接源线，栅极连接字线，漏极连接rram的一端，rram的另一端连接位线。

24、本发明的基于忆阻器的灵敏放大器及其控制方法，通过建立灵敏放大器开关电路，实现在输入信号为低电平时，灵敏放大器不打开；在输入信号为高电平时，且当忆阻器的权值为0时，灵敏放大器虽然打开，但电流低和功耗低；当输入信号为高电平，且当忆阻器的权值为1时，灵敏放大器打开，产生电流和功耗。本发明整体降低了灵敏放大器的功耗；而且，高阻态和低阻态之间的窗口较大，具有更高的容错率。

25、为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

技术特征：

1.一种基于忆阻器的灵敏放大器控制方法，其特征在于，

2.如权利要求1所述的基于忆阻器的灵敏放大器控制方法，其特征在于，所述灵敏放大器开关电路的第一比较端连接第一开关管的漏极，第一开关管的源极连接忆阻器，所述灵敏放大器开关电路的第二比较端连接第二开关管的漏极，所述第二开关管的源极连接参考电阻的忆阻器；所述第一开关管和所述第二开关管的栅极连接输入信号。

3.如权利要求2所述的基于忆阻器的灵敏放大器控制方法，其特征在于，

4.如权利要求1所述的基于忆阻器的灵敏放大器控制方法，其特征在于，

5.如权利要求1或4所述的所述的基于忆阻器的灵敏放大器控制方法，其特征在于，在所述灵敏放大器开关电路受时钟周期和输入信号控制之前，还包括在同一字线打开后，对寄生电容充电，并通过激活相应的位线和源线对忆阻器中存储的权值进行采样，并保持同一字线不变。

6.如权利要求4所述的所述的基于忆阻器的灵敏放大器控制方法，其特征在于，所对应的基准时钟频率为2ghz。

7.如权利要求1所述的所述的基于忆阻器的灵敏放大器控制方法，其特征在于，所述忆阻器为1t1r阵列。

8.如权利要求1所述的所述的基于忆阻器的灵敏放大器控制方法，其特征在于，忆阻器高低阻态的开关比大于1000。

9.如权利要求1所述的所述的基于忆阻器的灵敏放大器控制方法，其特征在于，采用稀疏感知方式实现利用输入信号控制所述灵敏放大器开关电路。

10.一种基于忆阻器的灵敏放大器，其特征在于，

11.如权利要求10所述的基于忆阻器的灵敏放大器，其特征在于，

12.如权利要求11所述的基于忆阻器的灵敏放大器，其特征在于，

13.如权利要求10所述的基于忆阻器的灵敏放大器，其特征在于，所述输出电路与所述第一比较端相连接，所述输出电路包括受时钟周期控制的反相器和锁存器。

14.如权利要求10所述的基于忆阻器的灵敏放大器，其特征在于，所述忆阻器包括一个晶体管和一个rram，所述晶体管的源极连接源线，栅极连接字线，漏极连接rram的一端，rram的另一端连接位线。

技术总结本发明提供了一种基于忆阻器的灵敏放大器及其控制方法，涉及灵敏放大器技术领域。本发明通过建立灵敏放大器开关电路，实现在输入信号为低电平时，灵敏放大器不打开；在输入信号为高电平时，且当忆阻器的权值为0时，灵敏放大器虽然打开，但电流低和功耗低；当输入信号为高电平，且当忆阻器的权值为1时，灵敏放大器打开，产生电流和功耗。本发明整体降低了灵敏放大器的功耗；而且，高阻态和低阻态之间的窗口较大，具有更高的容错率。技术研发人员：周煜梁,刘业帆受保护的技术使用者：昕原半导体(上海)有限公司技术研发日：技术公布日：2024/3/17