DRAM的基本操作

晶體管T充當(dāng)存儲(chǔ)電容器C和位線BL之間的開關(guān)。

一個(gè)電容節(jié)點(diǎn)連接到Vdd/2。如果電容器存儲(chǔ)“1”，則電容器之間的電壓為+Vdd/2,如果電容器保存“0”,則電容之間的電壓為-Vdd/2)。存儲(chǔ)在電容器中的電荷等于電容乘以電容器兩端的電壓:

Q = C × Vdd /2

在90nm DRAM工藝中，DRAM存儲(chǔ)單元的電容為30 fF。如果我們假設(shè)Vdd=3.3V，那么

Q = 30 f F × 3.3V/2 = 34.5 f C.

你可能還記得，在物理課上，一個(gè)電子等于1.6·10^-19C的電荷，因此存儲(chǔ)電容器只存儲(chǔ)了210000個(gè)電子!即使晶體管在關(guān)斷時(shí)，電阻非常高，電容器上的電荷也會(huì)在幾～幾百毫秒內(nèi)通過(guò)被關(guān)斷的晶體管泄漏出去。因此，DRAM存儲(chǔ)單元應(yīng)定期刷新，以避免數(shù)據(jù)丟失。

通過(guò)將“1”或“0”電荷放入存儲(chǔ)電容,將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)單元。要將數(shù)據(jù)寫入單元，我們首先設(shè)置位線并拉高字線將電容連接到位線。然后，在字線被拉低和晶體管被關(guān)閉之后，存儲(chǔ)電容器保留了存儲(chǔ)的電荷。存儲(chǔ)電容上的電荷會(huì)慢慢泄漏，所以如果不進(jìn)行干預(yù)，芯片上的數(shù)據(jù)很快就會(huì)丟失。

要從DRAM單元讀取數(shù)據(jù)，位線首先預(yù)充電到Vdd/2。然后將字線驅(qū)動(dòng)到高電平，以將單元的存儲(chǔ)電容器連接到其位線。這導(dǎo)致晶體管導(dǎo)通，將電荷從存儲(chǔ)單元轉(zhuǎn)移到連接的位線(如果存儲(chǔ)值為“1”)，或從連接的位線上轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)單元(如果存儲(chǔ)數(shù)值為“0) 。這一過(guò)程如圖所示。

在這兩種情況下，存儲(chǔ)在DRAM單元中的信息都會(huì)丟失。因此，從DRAM讀取是一種破壞性操作。

根據(jù)電荷共享方程(電容分壓器)，讀出時(shí)位線上的電壓擺幅(電壓差的大小)為

其中C是存儲(chǔ)電容器的電容,CBL是位線的電容。如果位線的電容是存儲(chǔ)電容的10倍，Vdd=3.3V,則讀取操作時(shí)位線上的電壓差僅為150mv!當(dāng)處理這樣一個(gè)微小的電壓擺幅時(shí)，正確地檢測(cè)位值是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。因此，我們需要一個(gè)特殊的電路來(lái)感測(cè)這個(gè)小的電壓擺幅。用于檢測(cè)電壓擺幅和讀取數(shù)據(jù)的專用電路是一個(gè)讀出放大器sense amplifier。

放大器有兩個(gè)輸入。.一個(gè)輸入端連接到位線，另一個(gè)輸入端連接到Vdd/2。放大器檢測(cè)其輸入端的電壓差，如果位線上的電壓小于Vdd/2，則在數(shù)據(jù)端輸出0，否則輸出1。