一种RRAM电压产生系统技术方案

本发明专利技术一种RRAM电压产生系统，包括用于将外部电源电压升高并为其他子电路提供电源的电荷泵；用于提供时钟信号的方波振荡器；方波振荡器的输出端连接电荷泵的时钟信号输入端；用于为存储单元的操作提供驱动电压的线性稳压器，线性稳压器的输出端依次连接行列译码器和存储单元阵列；线性稳压器同时连接外部电源VCC和电荷泵输出电源VPP供电；用于为系统提供上电复位信号，同时控制电荷泵、方波振荡器和线性稳压器有序开启的上电控制电路；用于为电荷泵、方波振荡器、线性稳压器和上电控制电路提供参考电压和参考电流的电压电流基准源。通过同时采用外部电源和工艺兼容性好的双分支结构的电荷泵输出电源为线性稳压器分别供电，支持多字节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及存储器领域，具体为一种RRAM电压产生系统。
技术介绍
阻变型随机存储器(RRAM)是一种新型的非易失性信息存储技术，具有结构简单、兼容标准CMOS工艺、低操作电压、低功耗及高速读写等特点。其存储信息单元是由表现出高阻态(例如：100Kohm)和低阻态(例如：10Kohm)的双极记忆特性的可变电阻实现。为了使可变电阻在低阻态和高阻态之间转化，则需要将可变电阻配置在不同的电压或电流工作条件下。图1所示为一组典型的1T1R(1个晶体管和1个可变电阻)存储单元电压配置图，其中将1T1R配置在SET条件下，可变电阻将从高阻态变为低阻态，即实现写“1”功能；与之相反，配置在RESET条件下，可变电阻将从低阻态变为高阻态，即实现写“0”功能。图2所示为一种典型的存储单元SET过程时序图(RESET过程类似)，SET过程采取对存储单元多次SET(最多16次)的操作方式，即位线BL的电压从最低开始，SET一次后读一次，如果本次SET成功，则切换到下一个存储单元的操作；如果本次SET失败，则位线BL上的电压增加100mV，再进行第二次SET，以此类推，直到SET成功；如果第16次SET操作失败，即位线BL上的电压达到最高，则认为此存储单元失效，然后切换到下一个存储单元以相同的方式操作。从以上相关背景介绍可知，为了改变1T1R存储单元的存储状态，必须为其提供输出正确、具有足够驱动能力且时序满足要求的驱动电压：提供给字线WL上的电压恒定不变，而提供给位线BL和源线SL上的电压每个脉冲电平升高100mV，但当地址切换时，提供给BL/SL上的电压迅速下降(例如100nS)至最低电压(最大下降幅度1.5V)；同时，也要给辅助电路如行列译码器、灵敏放大器提供外部系统所不能提供的电源及参考电压，而所有这些电压产生器则组成了RRAM电压产生系统，辅助RRAM正常工作。现有的一种RRAM电压解决方案，如学术论文：《新型阻变存储器内的电压解决方案》；廖启宏等；集成电路设计与应用(半导体技术)，2011年6月，第36卷，第6期，如图3为其电压产生系统原理图，包括带隙基准源、低压输出LDO(低压差线性稳压器)和Dickson电荷泵，其中Dickson电荷泵由压控振荡器、时钟分频和电荷泵核组成。带隙基准源为其他电路提供与工艺和温度无关的参考电压，包括压控信号，电荷泵输出参考电压和低压LDO输出参考电压；低压LDO提供低于外部电源的输出电压，为存储单元读写提供足够驱动能力的驱动电压；Dickson电荷泵产生外部系统所不能提供的且高于外部电源的电压，为存储单元写0或写1提供足够驱动能力的驱动电压；虽然上述现有方案能够为RRAM提供所需的所有电压，但是还存在以下缺点：1)此方案不支持多字节Bytes存储单元同时操作；原文中提到：电荷泵采用Dickson电荷泵，其负载最大为1mA；由此可以推测，此方案仅用来支持驱动小于1个字节(8bits)存储单元同时进行SET/RESET操作；若要支持多个字节(例16Bytes＝128bits)存储单元同时进行SET/RESET操作，即电荷泵的负载电流便会很大(>16mA)；2)采用3级Dickson电荷泵，电压损失大，负载驱动能力低，功率效能低；若要达到足够的驱动能力和输出电压，此方案的版图面积变大，芯片的成本提高；3)存储单元切换或SET/RESET模式切换(即提供给存储单元的电压迅速下降)采用“漏电路径”的方式：需要额外的脉宽信号控制漏电路径，同时切换后的电压不能快速准确稳定到目标值(即切换后的实际值与目标值存在一定的偏差)，影响后续存储单元的正常操作；4)此方案并没有对字线WL、位线BL和源线SL的LDO类型做出详细阐述，不利于高效方案的实现。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种能够支持多字节同时操作，数据读写速度快，输出快速准确的RRAM电压产生系统。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种RRAM电压产生系统，包括用于将外部电源电压升高并为其他子电路提供电源的电荷泵；用于提供时钟信号的方波振荡器；方波振荡器的输出端连接电荷泵的时钟信号输入端；用于为存储单元的操作提供驱动电压的线性稳压器，线性稳压器的输出端依次连接行列译码器和存储单元阵列；线性稳压器同时连接外部电源VCC和电荷泵输出电源VPP供电；用于为系统提供上电复位信号，同时控制电荷泵、方波振荡器和线性稳压器有序开启的上电控制电路；用于为电荷泵、方波振荡器、线性稳压器和上电控制电路提供参考电压和参考电流的电压电流基准源。优选的，电压电流基准源由带隙基准电压源和温度补偿电流源组成，其输出电压VREF接至电荷泵、方波振荡器和线性稳压器的参考电压输入端；输出电流IREF分别接至电荷泵、方波振荡器和线性稳压器的偏置电流输入端。优选的，电荷泵采用双分支结构，电荷泵输入电压源接外部电源VCC，输出升压后电压VPP接至线性稳压器；参考电压VREF输入端和偏置电流IREF输入端接至电压电流基准源的输出端；使能信号EN_CP输入端接至上电控制电路的输出端；时钟信号CLK输入端接至方波振荡器的输出时钟端。优选的，方波振荡器的参考电压VREF输入端和偏置电流IREF输入端接至电压电流基准源的输出端；使能信号EN_OSC输入端接至上电控制电路的输出端。优选的，上电控制电路由逻辑及延时电路组成，按时序输出逻辑控制信号EN_OSC、EN_CP、EN_GEN分别接至方波振荡器、电荷泵及线性稳压器的使能输入端。优选的，线性稳压器参考电压输入端VREF和偏置电流输入端IREF接至电压电流基准源，使能信号EN_GEN输入端接至上电控制电路，输出信号VWL_SET、VWL_RESET、VBL_SET、VSL_RESET和VCLAMP分别接至行列译码器。进一步，线性稳压器由参考电压稳压器、SET模式字线WL稳压器、RESET模式字线WL稳压器和SET模式位线BL/RESET模式源线SL稳压器及第一、二、三多路选择器、、组成；参考电压稳压器、RESET模式字线WL稳压器和SET模式位线BL/RESET模式源线SL稳压器的电源由电荷泵输出升压后电压VPP供电，SET模式字线WL稳压器连接外部电源VCC供电；参考电压稳压器输出一系列参考电压总线信号VREF_BUS分别通过第一、二、三多路选择器、、连接到SET模式字线WL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种RRAM电压产生系统，其特征在于，包括，用于将外部电源电压升高并为其他子电路提供电源的电荷泵(12)；用于提供时钟信号的方波振荡器(13)；方波振荡器(13)的输出端连接电荷泵(12)的时钟信号输入端；用于为存储单元的操作提供驱动电压的线性稳压器(14)，线性稳压器(14)的输出端依次连接行列译码器(2)和存储单元阵列(3)；线性稳压器(14)同时连接外部电源VCC和电荷泵输出电源VPP供电；用于为系统提供上电复位信号，同时控制电荷泵(12)、方波振荡器(13)和线性稳压器(14)有序开启的上电控制电路(15)；用于为电荷泵(12)、方波振荡器(13)、线性稳压器(14)和上电控制电路(15)提供参考电压和参考电流的电压电流基准源(11)。

【技术特征摘要】
1.一种RRAM电压产生系统，其特征在于，包括，
用于将外部电源电压升高并为其他子电路提供电源的电荷泵(12)；
用于提供时钟信号的方波振荡器(13)；方波振荡器(13)的输出端连
接电荷泵(12)的时钟信号输入端；
用于为存储单元的操作提供驱动电压的线性稳压器(14)，线性稳压器
(14)的输出端依次连接行列译码器(2)和存储单元阵列(3)；线性稳压
器(14)同时连接外部电源VCC和电荷泵输出电源VPP供电；
用于为系统提供上电复位信号，同时控制电荷泵(12)、方波振荡器
(13)和线性稳压器(14)有序开启的上电控制电路(15)；
用于为电荷泵(12)、方波振荡器(13)、线性稳压器(14)和上电控制
电路(15)提供参考电压和参考电流的电压电流基准源(11)。
2.根据权利要求1所述的一种RRAM电压产生系统，其特征在于，所
述的电压电流基准源(11)由带隙基准电压源和温度补偿电流源组成，其输
出电压VREF接至电荷泵(12)、方波振荡器(13)和线性稳压器(14)的
参考电压输入端；输出电流IREF分别接至电荷泵(12)、方波振荡器
(13)和线性稳压器(14)的偏置电流输入端。
3.根据权利要求1所述的一种RRAM电压产生系统，其特征在于，所
述的电荷泵(12)采用双分支结构，电荷泵(12)输入电压源接外部电源
VCC，输出升压后电压VPP接至线性稳压器(14)；参考电压VREF输入端
和偏置电流IREF输入端接至电压电流基准源(11)的输出端；使能信号
EN_CP输入端接至上电控制电路(15)的输出端；时钟信号CLK输入端接
至方波振荡器(13)的输出时钟端。
4.根据权利要求1所述的一种RRAM电压产生系统，其特征在于，所
述的方波振荡器(13)的参考电压VREF输入端和偏置电流IREF输入端接
至电压电流基准源(11)的输出端；使能信号EN_OSC输入端接至上电控

\t制电路(15)的输出端。
5.根据权利要求1所述的一种RRAM电压产生系统，其特征在于，所
述的上电控制电路(15)由逻辑及延时电路组成，按时序输出逻辑控制信号
EN_OSC、EN_CP、EN_GEN分别接至方波振荡器(13)、电荷泵(12)及
线性稳压器(14)的使能输入端。
6.根据权利要求1所述的一种RRAM电压产生系统，其特征在于，所
述的线性稳压器(14)参考电压输入端VREF和偏置电流输入端IREF接至
电压电流基准源(...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢永宜，
申请(专利权)人：山东华芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37