一种可调电压的MRAM读出电路制造技术

本发明专利技术公开了一种可调电压的MRAM读出电路，包括电流镜、参考单元组、控制限流单元和运算放大器OP Amp；其中，通过所述运算放大器OP Amp的反馈作用，控制所述控制限流单元的钳位电压V_clamp，使得加在所述参考单元组的参考单元上的电压稳定在V_read左右。此外，还可以通过可配置的参考电压产生器对所述运算放大器OP Amp的输入参考电压V_read进行调整。本发明专利技术公开的读出电路使用反馈电路动态调整钳位电压，使得同样的MRAM模块，可以适应不同的嵌入式环境，在不同的环境中达到最佳的功耗。

A MRAM readout circuit with adjustable voltage

The invention discloses a MRAM readout circuit of adjustable voltage, which includes a current mirror, a reference unit group, a control current limiting unit and an operational amplifier OP Amp; in which the clamping voltage V_clamp of the control current limiting unit is controlled by the feedback effect of the operational amplifier OP Amp, so as to make reference to the reference unit group. The voltage on the unit is stable at about V_read. In addition, the input reference voltage V_read of the operational amplifier OP Amp can also be adjusted by a configurable reference voltage generator. The open readout circuit of the invention uses a feedback circuit to dynamically adjust the clamp voltage, so that the same MRAM module can adapt to different embedded environments and achieve the best power consumption in different environments.

【技术实现步骤摘要】
一种可调电压的MRAM读出电路
本专利技术属于半导体芯片存储器领域，尤其涉及一种可调电压的MRAM读出电路。
技术介绍
磁性随机存储器(MRAM)是一种新兴的非挥发性存储技术。它拥有高速的读写速度和高集成度，且可以被无限次的重复写入。MRAM可以像SRAM/DRAM一样快速随机读写，还可以像Flash闪存一样在断电后永久保留数据。MRAM具有很好的经济性和性能，它的单位容量占用的硅片面积比SRAM有很大的优势，比在此类芯片中经常使用的NORFlash也有优势，比嵌入式NORFlash的优势更大。MRAM读写时延接近最好的SRAM，功耗则在各种内存和存储技术最好；而且MRAM与标准CMOS半导体工艺兼容，DRAM以及Flash与标准CMOS半导体工艺不兼容；MRAM还可以和逻辑电路集成到一个芯片中。MRAM基于MTJ(磁性隧道结)结构。由两层铁磁性材料夹着一层非常薄的非铁磁绝缘材料组成的，如图1所示：下面的一层铁磁材料是具有固定磁化方向的参考层，上面的铁磁材料是可变磁化方向的记忆层，它的磁化方向可以和固定磁化层相平行或反平行。由于量子物理的效应，电流可以穿过中间的隧道势垒层，但是MTJ的电阻和可变磁化层的磁化方向有关。前一种情况电阻低，后一种情况电阻高。读取MRAM的过程就是对MTJ的电阻进行测量。写MRAM使用比较新的STT-MRAM技术使用比读更强的电流穿过MTJ进行写操作。一个自下而上的电流把可变磁化层置成与固定层平行的方向，自上而下的电路把它置成反平行的方向。如图2所示，每个MRAM的记忆单元由一个MTJ和一个NMOS管组成。NMOS管的门极(gate)连接到芯片的WordLine负责接通或切断这个单元，MTJ和MOS管串接在芯片的BitLine上。读写操作在BitLine上进行。如图3所示，一个MRAM芯片由一个或多个MRAM存储单元的阵列组成，每个阵列有若干外部电路，如：●行地址解码器：把收到的地址变成WordLine的选择●列地址解码器：把收到的地址变成BitLine的选择●读写控制器：控制BitLine上的读(测量)写(加电流)操作●输入输出控制：和外部交换数据MRAM的读出电路需要检测MRAM记忆单元的电阻。由于MTJ的电阻会随着温度等而漂移，一般的方法是使用芯片上的一些已经被写成高阻态或低阻态记忆单元作为参考单元。再使用读出放大器(SenseAmplifier)来比较记忆单元和参考单元的电阻。MRAM的读出过程是对存储单元电阻的检测和比较。一般通过参考单元组合成一个标准电阻来和存储单元进行比较来判定存储单元是处在高阻态还是低阻态。图4是现有技术的一种MRAM读出电路原理图，图4所示的P1、P2、P3是相同PMOS管，形成电流镜，上面的每一路的电流是相等的(I_read)。电阻的差别造成V_out和V_out_n的差别，被输入到下一级的比较器产生输出。图4中的例子是一路存储单元，对比一路置于P状态的参考单元和一路AP状态下的参考单元。实际使用中可以有多路存储单元对比m路AP和n路P参考单元。图4中的V_clamp是钳位电压，控制N1、N2、N3等NMOS管的电阻，保护存储单元参考单元不被施加高电压影响稳定性，一般采用固定的电压。但这个电压的选择，影响到读操作时的信噪比和功耗，太低时信噪比不够，太高时功耗大。对于嵌入式MRAM，噪声不但受其嵌入式的环境影响，而且还受温度影响。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种可调电压的MRAM读出电路，使用反馈电路动态调整钳位电压，能够使同样的MRAM模块适应不同的嵌入式环境，在不同的环境中达到最佳的功耗。为实现上述目的，本专利技术提供了一种可调电压的MRAM读出电路，包括电流镜、参考单元组、控制限流单元和运算放大器OPAmp。所述电流镜由等同的PMOS管组成，其中，所述每一路PMOS管的电流均为I_read。所述参考单元组包括一组并联的参考单元，部分置于P状态，另外的置于AP状态；所述参考单元组一端接地另外一端连接所述控制限流单元，连接点为A。所述控制限流单元由同样的钳位电压V_clamp控制的一组等同的NMOS管组成，所述钳位电压V_clamp用于控制所述NMOS管的电阻。所述运算放大器OPAmp的一个输入为参考电压V_read，另一个输入为所述A点的电位V_A，所述运算放大器OPAmp的输出连接到所述钳位电压V_clamp，通过反馈效应，控制加在所述参考单元上的电压稳定在V_read左右。进一步地，所述读出电路还包括可配置的参考电压产生器，所述可配置的参考电压产生器输出所述参考电压V_read。进一步地，所述可配置的参考电压产生器通过所述MRAM的寄存器配置对所述V_read进行调整。进一步地，所述可配置的参考电压产生器输入所述MRAM芯片内的温度传感器的温度，根据所述温度调整所述参考电压V_read。本专利技术公开的读出电路使用反馈电路动态调整钳位电压，降低了钳位电压在读操作时对信噪比和功耗的影响，使得同样的MRAM模块，可以适应不同的嵌入式环境，在不同的环境中达到最佳的功耗。附图说明图1是现有技术MTJ示意图。图2是现有技术MRAM存储单元架构示意图。图3是现有技术MRAM芯片架构图。图4是现有技术一种MRAM读出电路原理图。图5是本专利技术一较佳实施例的可调电压的MRAM读出电路原理图。具体实施方式下面对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。图5示出了一种可调电压的MRAM读出电路，包括电流镜1、参考单元组2、控制限流单元3和运算放大器OPAmp4。电流镜1由等同的PMOS管组成，其中，每一路PMOS管的电流均为I_read，电阻的差别造成V_out和V_out_n的差别，被输入到下一级的比较器产生输出。参考单元组2包括一组并联的参考单元，部分置于P状态，另外的置于AP状态，所述参考单元组一端接地另外一端连接控制限流单元3，连接点为A。图5中是一路存储单元R，对比一路置于P状态的参考单元和一路AP状态下的参考单元，实际使用中可以有多路存储单元2对比并联的m路AP状态和n路P状态参考单元。控制限流单元3由同样的钳位电压V_clamp控制的一组等同的NMOS管组成，钳位电压V_clamp用于控制所述NMOS管的电阻，保护存储单元和参考单元2不被施加高电压影响稳定性。运算放大器OPAmp4的一个输入为参考电压V_read，另一个输入为A点的电位V_A，放大器OPAmp4的输出连接到钳位电压V_clamp，通过反馈效应，控制加在参考单元组2的参考单元上的电压稳定在V_read左右。在本专利技术较佳实施方式中，所述读出电路还包括可配置的参考电压产生器5，可配置的参考电压产生器5输出参考电压V_read，可以通过MRAM的寄存器配置对参考电压V_read进行调整。此外，还可以将MRAM芯片内的温度传感器的输出温度，接入到可配置的参考电压产生器5，根据温度调整参考电压V_read。把图5中所示的输出端V_out和V_out_n连接到比较器就能得到读出结果。本实施例公开的读出电路使用反馈电路动态调整钳位电压，降低了钳位电压在读操作时对信噪比和功耗的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调电压的MRAM读出电路，包括电流镜、参考单元组、控制限流单元和运算放大器OP Amp，其特征在于，所述电流镜由等同的PMOS管组成，其中，所述每一路PMOS管的电流均为I_read；所述参考单元组包括一组并联的的参考单元，部分置于P状态，另外的置于AP状态；所述参考单元组一端接地另外一端连接所述控制限流单元，连接点为A；所述控制限流单元由同样的钳位电压V_clamp控制的一组等同的NMOS管组成，所述钳位电压V_clamp用于控制所述NMOS管的电阻；所述运算放大器OP Amp的一个输入为参考电压V_read，另一个输入为所述A点的电位V_A，所述运算放大器OP Amp的输出连接到所述钳位电压V_clamp，通过反馈效应，控制加在所述参考单元上的电压稳定在V_read左右。

【技术特征摘要】
1.一种可调电压的MRAM读出电路，包括电流镜、参考单元组、控制限流单元和运算放大器OPAmp，其特征在于，所述电流镜由等同的PMOS管组成，其中，所述每一路PMOS管的电流均为I_read；所述参考单元组包括一组并联的的参考单元，部分置于P状态，另外的置于AP状态；所述参考单元组一端接地另外一端连接所述控制限流单元，连接点为A；所述控制限流单元由同样的钳位电压V_clamp控制的一组等同的NMOS管组成，所述钳位电压V_clamp用于控制所述NMOS管的电阻；所述运算放大器OPAmp的一个输入为参考电压V_read，另一个输入为所述A点的电位V_A，所述运算放大器OPAmp...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴瑾，
申请(专利权)人：上海磁宇信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31