兩個電容器自參考的非易失性位單元制造技術

一種片上系統(tǒng)(SOC)，其提供自參考非易失性位單元的存儲器陣列。每個位單元包括兩個串聯(lián)在第一板線和第二板線之間的鐵電電容器，從而在兩個鐵電電容器之間形成節(jié)點Q。第一板線和第二板線被配置為當位單元位單元沒有被訪問時提供近似等于第一電壓的電壓。耦合到節(jié)點Q的鉗位電路。第一讀電容器經(jīng)由第一控制信號控制的傳輸器件耦合到位線。第二讀電容器經(jīng)由第二控制信號控制的另一個傳輸器件耦合到位線。感測放大器耦合在第一讀電容器和第二讀電容器之間。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】一種片上系統(tǒng)(SOC)，其提供自參考非易失性位單元的存儲器陣列。每個位單元包括兩個串聯(lián)在第一板線和第二板線之間的鐵電電容器，從而在兩個鐵電電容器之間形成節(jié)點Q。第一板線和第二板線被配置為當位單元位單元沒有被訪問時提供近似等于第一電壓的電壓。耦合到節(jié)點Q的鉗位電路。第一讀電容器經(jīng)由第一控制信號控制的傳輸器件耦合到位線。第二讀電容器經(jīng)由第二控制信號控制的另一個傳輸器件耦合到位線。感測放大器耦合在第一讀電容器和第二讀電容器之間。【專利說明】兩個電容器自參考的非易失性位單元
本專利技術一般涉及非易失性存儲器單元及其在系統(tǒng)中的應用，并且具體地，涉及與邏輯陣列結合以提供非易失性邏輯模塊。
技術介紹
很多便攜式電子設備如便攜式電話、數(shù)碼相機/可攜式攝像機、個人數(shù)字助理、膝上型計算機以及視頻游戲機都靠電池工作。在非活動期間，該設備可以不執(zhí)行處理操作并且可被設置為斷電或待機電源模式以省電。提供給電子設備內(nèi)的一部分邏輯的電力在低功耗待機電源模式中可被關閉。然而，待機電源模式期間泄漏電流的存在對設計便攜式的、電池供電的設備提出挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)保持電路如設備內(nèi)的觸發(fā)器和/或鎖存器可被用來在設備進入待機電源模式之前存儲狀態(tài)信息以用于后續(xù)使用。數(shù)據(jù)保持鎖存器，也可被稱作影子鎖存器或氣球鎖存器，通常由單獨的“永遠開啟”電源供電。用于減少非活動期間的泄漏電流的一種已知技術利用多閾值CMOS (MTCMOS)技術來實現(xiàn)影子鎖存器。在這種方法中，影子鎖存器利用厚的柵極氧化物晶體管和/或高閾值電壓(Vt)晶體管減少待機電源模式中的泄漏電流。在正常操作期間(例如，有效電源模式期間)，影子鎖存器通常與其它電路斷開以保持系統(tǒng)性能。為了在“主從”觸發(fā)器拓撲中保持數(shù)據(jù)，第三鎖存器，例如影子鎖存器，可被加到主鎖存器和從鎖存器中用于數(shù)據(jù)保持。在其它情況中，從鎖存器可被配置以在低功率操作期間作為保持鎖存器工作。然而，仍然需要一些電力來保持保存的狀態(tài)。例如,參看美國專利7639056,“Ultra Low Area OverheadRetention Flip-Flop for Power-Down Applications (用于斷電應用的超低面積開銷的保持觸發(fā)器)”。片上系統(tǒng)(SoC)是現(xiàn)在一個經(jīng)常使用的概念；其基本方法是將越來越多的功能集成到給定設備。這種集成能夠采用硬件或軟件解決方案的形式。通常通過增加的時鐘速率和更高級的過程節(jié)點來獲得性能改進。許多SoC設計將各種外圍設備和存儲器電路與微處理器核或多核配對。能量收集，也被稱為功率收集或能量尋找，是通過其從外部源獲得、捕獲、以及存儲能量的過程，用于小型、無線獨立設備，如在可穿戴電子產(chǎn)品和無線傳感器網(wǎng)絡中使用的那些設備。收集的能量可來自各種源，例如:太陽能、熱能、風能、鹽度梯度和動能等。然而，典型的能量收集器為低能量電子產(chǎn)品提供非常少量的動力。能量收集器的能量源作為周圍背景存在并且可用于使用。例如，溫度梯度存在于內(nèi)燃機的運行和城市中；由于無線電和電視廣播，環(huán)境中存在大量的電磁能量，等等。
技術實現(xiàn)思路
【專利附圖】【附圖說明】現(xiàn)在僅通過實例并參考附圖描述根據(jù)本專利技術的具體實施例:圖1是包括本專利技術實施例的片上系統(tǒng)(SoC)的一部分的功能性框圖；圖2是用于圖1的SoC中的一個觸發(fā)器云的更詳細的框圖；圖3是圖示鐵電電容器呈現(xiàn)的極性滯后的曲線圖；圖4-7是示出鐵電非易失性位單元的一個實施例的原理圖和時序圖；圖8-9是示出鐵電非易失性位單元的另一個實施例的原理圖和時序圖；圖10是示出用于圖1的SoC中的NVL陣列的框圖；圖1lA和圖1lB是用于圖10的NVL陣列中的輸入/輸出電路的更詳細的原理圖。圖12A是示出讀周期期間偏移電壓測試的時序圖；圖12B示出在偏移電壓掃描期間產(chǎn)生的直方圖；圖13是示出了在圖10的NVL陣列中奇偶生成的原理圖；圖14是示出NVL陣列中的電源域的框圖；圖15是用于NVL陣列中的電平轉換器的原理圖；圖16是示出在鐵電位單元內(nèi)使用感測放大器的電平轉移操作的時序圖；圖17示出具有非易失性位單元的非易失性邏輯陣列的示例性操作流程圖；以及圖18是包括NVL陣列的另一個SoC的框圖。根據(jù)附圖和下列詳細描述，本實施例的其它特征將變得明顯。【具體實施方式】現(xiàn)在將參照附圖詳細描述本專利技術的具體實施例。出于一致性考慮，各個附圖中的類似元件由類似的附圖標記表示。在本專利技術的實施例的下列詳細描述中，為了提供本專利技術更全面的理解，闡述若干具體細節(jié)。然而，對于本領域技術人員來說沒有這些具體細節(jié)，本專利技術也可被實施，這是明顯的。在其它例子中，已知的特征沒有被詳細描述以避免不必要的復雜化本說明書。在此描述的片上系統(tǒng)(SoC)提供一種自參考非易失性位單元的存儲器陣列。每個位單元包括兩個串聯(lián)在第一板線和第二板線之間的鐵電電容器，從而在兩個鐵電電容器之間形成節(jié)點Q。第一板線和第二板線被配置為在該位單元沒有被訪問時，提供近似等于第一電壓的電壓。鉗位電路耦合至節(jié)點Q。第一讀電容器經(jīng)由第一控制信號控制的傳輸器件耦合至位線。第二讀電容器經(jīng)由第二控制信號控制的另一個傳輸器件耦合至位線。感測放大器耦合在第一讀電容器和第二讀電容器之間。雖然現(xiàn)有技術系統(tǒng)使用保持鎖存器保持低功耗操作期間邏輯模塊中的觸發(fā)器的狀態(tài)，但保持狀態(tài)仍然需要一些電力。本專利技術的實施例可使用非易失性元件在電力被完全移除時保持邏輯模塊中的觸發(fā)器的狀態(tài)。這種邏輯元件在這將被稱作非易失性邏輯(NVL)。在SoC(片上系統(tǒng))內(nèi)與NVL —起實現(xiàn)的微控制單元(MCU)可具有停止、斷電、和上電的能力而沒有功能性的丟失。在電力被完全移除后，不要求系統(tǒng)重置/重啟以恢復操作。這種能力對于新興能量收集應用是很理想的，例如近場通信(NFC)、射頻識別(RFID)應用、以及嵌入式控制和監(jiān)測系統(tǒng)，例如，其中重置/重啟過程的時間和功率成本能夠消耗很多可用能量、留下很少或沒有留下能量用于有用的計算、感測或控制功能。盡管本實施例利用包括用于排序SoC狀態(tài)機的可編程MCU的SoC (片上系統(tǒng))，本領域的一個技術人員能明白NVL能夠被應用到硬編碼為如常規(guī)邏輯門或R0M(只讀存儲器)、PLA(可編程邏輯陣列)、或基于PLD (可編程邏輯器件)的控制系統(tǒng)的狀態(tài)機。本專利技術的實施例可包括在SoC內(nèi)以形成一個或更多個非易失性邏輯塊。例如，基于非易失性邏輯(NVL)的SoC可在接收電力中斷時備份它的工作狀態(tài)(所有的觸發(fā)器)，在睡眠模式具有零泄漏，以及一旦上電則需要少于400ns恢復系統(tǒng)狀態(tài)。沒有NVL，芯片要么必須使所有觸發(fā)器被供電處在至少低功耗保持狀態(tài)中，該狀態(tài)即使在待機模式也需要持續(xù)的電源，要么在上電之后浪費能量和時間重啟。對于能量收集應用，NVL是有用的，因為不需要恒定的電源來保持觸發(fā)器(FF)的狀態(tài)，并且即使當間歇性電源可用時，僅啟動代碼都會消耗所有收集的能量。對于具有有限冷卻和電池容量的手持設備，具有“即時啟動”能力的零泄漏IC(集成電路)是理想的。鐵電隨機存取存儲器(FRAM)是具有與DRAM(動態(tài)隨機存取存儲器)類似的表現(xiàn)的非易失性存儲器技術。能夠存取每個單獨的位，但是不同于EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲器)或閃存，F(xiàn)RAM不要求特殊的順序來寫數(shù)據(jù)，也不要求電荷泵來獲得所需的較高編程電本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種片上系統(tǒng)，即SoC，包括：自參考非易失性位單元位單元的存儲器陣列，其中每個位單元位單元包括：串聯(lián)在第一板線和第二板線之間的兩個鐵電電容器，從而節(jié)點Q形成在所述兩個鐵電電容器之間，其中所述第一板線和所述第二板線被配置為當所述位單元沒有被訪問時提供近似等于第一電壓的電壓；和耦合在所述節(jié)點Q和位線之間的傳輸門；其中所述存儲器陣列進一步包括：第一讀電容器，其經(jīng)由第一控制信號控制的傳輸器件耦合至所述位線；第二讀電容器，其經(jīng)由第二控制信號控制的另一個傳輸器件耦合至所述位線；和感測放大器，其耦合在所述第一讀電容器和所述第二讀電容器之間，所述感測放大器可操作以通過比較由所述第一傳輸器件從所述節(jié)點Q傳輸?shù)剿龅谝蛔x電容器的第一感測電壓和由所述第二傳輸器件從所述節(jié)點Q傳輸?shù)剿龅诙x電容器的第二感測電壓，確定所選位單元位單元中存儲的值。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：S·康納，S·C·巴特林，
申請(專利權)人：德克薩斯儀器股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US