طراحی و تحلیل یک سلول SRAM توان پایین
چکیده:
تقاضای روزافزون استفاده از وسایل الکترونیکی قابل حمل نظیر لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های همراه، دستگاه‌های پزشکی مانند ضربان‌سازها و ... نیاز به طراحی مدارهای مجتمع با توان بسیار کم دارد. حافظه‌های SRAM به عنوان بخش اساسی هر سیستم دیجتال، بخش عمده‌ای از مصرف توان را به خود اختصاص داده‌اند، بنابراین طراحی یک سلول حافظه SRAM با مصرف توان بهینه ضرورت دارد.
در این پایان نامه چندین سلول جدید حافظه دسترسی تصادفی استاتیک با توان کم و پایداری بالا ارائه شده است. سلول سیزده ترانزیستوری پیشنهادی اول دارای ساختار خواندن و نوشتن به صورت تک‌سر است و از یک خط داده برای عملیات نوشتن و خواندن استفاده می‌کند. بنابراین مصرف توان دینامیک سلول کاهش یافته است. در این سلول از تکنیک کمک نوشتن قطع مسیر بازخورد با استفاده از گیت انتقالی برای بهبود توانایی نوشتن و از تکنیک ایزوله شدن مسیر خواندن از گره ذخیره داده برای افزایش پایداری خواندن سلول استفاده شده است. پایداری خواندن این سلول در مقایسه با سلول‌های 6T،WRE8T، WALP11T به ترتیب با ضریب 2.53، 2.7، 1.04 افزایش یافته است. هسته این سلول متشکل از یک معکوس‌کننده مبتنی بر اشمیت‌تریگر و یک معکوس‌کننده استاندارد با ترانزیستور پشته است که منجر به کاهش نشتی این سلول شده است. علاوه بر این عملکرد معکوس‌کننده اشمیت‌تریگر منجر به بهبود پایداری سلول در هر سه مد عملکردی شده است. استفاده از یک ترانزیستور اضافی در مسیر خواندن و نوشتن مسئله نیمه انتخابی را در این سلول را حل کرده است. تاخیر نوشتن '1' در این سلول بیش از چهار برابر در مقایسه با سایر سلولها افزایش یافته است.
سلول تک‌سر چهارده ترانزیستوری پیشنهادی دوم با حذف مسیر گره ذخیره داده از منبع و زمین، و استفاده از گیت انتقالی دسترسی نوشتن، اختلال نوشتن را حذف کرده است. علاوه بر این، با جدا کردن مسیر خواندن از گره ذخیره داده، اختلال خواندن برطرف شده است. استفاده از معکوس‌کننده سه حالته، کاهش توان پویای خواندن و توان نشتی این سلول به همراه داشته است به گونه‌ای که علیرغم استفاده از دو خط داده، مصرف توان نشتی این سلول نسبت به سلول پیشنهادی اول کمتر است. پایداری خواندن و نگهداری این سلول مشابه سلول ارائه شده اول است. استفاده از گیت دسترسی متشکل از ترانزیستورهای MAW1 و MAW2 و تکنیک کمک نوشتن حذف مسیر گره ذخیره داده از منبع و زمین موجب شده است این سلول در بین تمامی سلول‌های تحت آزمایش کم ترین تاخیر نوشتن را داشته باشد.
در سلول پیشنهادی تک‌سر سیزده ترانزیستوری سوم، جهت بهبود توانایی نوشتن از تکنیک کمک نوشتن قطع منبع تغذیه از گره ذخیره داده استفاده شده است، به طوری که مقدار WSNM این سلول در مقایسه با سلول‌های6T، WRE8T و SEDF9T و WALP11T به ترتیب با ضرایب 1.64، 1.41، 2.57 و 1.794 افزایش یافته است. در این سلول طی فرایند خواندن داده از سلول جریان خواندن از گره ذخیره داده شارش می‌کند ولی استفاده از معکوس‌کننده اشمیت‌تریگر منجر به بهبود پایداری خواندن با ضریب 1.47و 1.58 به ترتیب در مقایسه با سلول 6Tپایه و سلول WRE8T شده است. اگر چه عمل نوشتن در این سلول به صورت تک‌سر انجام شده، اما طی هر عملیات نوشتی خط داده نوشتن زمین می‌شود، بنابراین این سلول مصرف توان دینامیک نوشتن بالایی دارد.
در سلول‌های پشنهادی چهارم و پنجم عمل نوشتن به صورت کاملا تفاضلی و با استفاده از تکنیک کمک نوشتن قطع گره ذخیره داده از زمین با استفاده از سیگنال RGNDصورت گرفته است. این دو سلول در بین تمامی سلول‌های تحت آزمایش در این پژوهش بیشترین توانایی نوشتن '1' را به خود اختصاص داده اند. عمل نوشتن '0' در سلولها به صورت تک‌سر بوده ولی استفاده از دو مسیر جهت تخلیه گره ذخیره داده، بهبود سرعت دسترسی نوشتن '0'را به همراه داشت. سلول پیشنهادی پنجم، به علت ایزوله شدن کامل گره ذخیره داده Q از مسیر خواندن، از RSNM بالاتری نسبت به سلول پیشنهادی چهارم برخوردار است ولی استفاده از دو ترانزیستوری سری در مسیر خواندن باعث افزایش زمان دسترسی خواندن این سلول نسبت به سلول پیشنهادی چهارم شده است.