诸系统和方法涉及对与标签阵列耦合的磁阻式随机存取存储器(MRAM)的读操作，该方法包括：接收索引和标签；基于该索引，访问标签阵列中的n个存储器位置，以及对于所访问的n个存储器位置中的每一个存储器位置，将存储在其中的数据与所接收到的标签进行比较；基于该索引，激活MRAM中的虚设字线；在该虚设字线的激活之后，如果该比较指示n个存储器位置中的一个存储器位置匹配，则生成与n个存储器位置中的该一个存储器位置相关联的命中信号；响应于该虚设字线的激活，获得用于读取由该索引指定的MRAM的MRAM位单元的稳定参考电压；在由该索引指定的MRAM单元之中，读取具有与提供该命中信号的标签阵列中的n个存储器位置中的该一个存储器位置对应的存储器位置的MRAM单元。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用参考字线的高速缓存MRAM的读操作公开领域所公开的诸方面涉及加速对磁阻式随机存取存储器(MRAM)的读操作。更具体地，示例性方面涉及在确定MRAM中是否存在对行的命中(hit)之前，激活虚设字线以发起和加速用于读取行的位单位的参考电压的稳定过程。
技术介绍
磁阻式随机存取存储器(MRAM)是一种非易失性存储器技术，其中数据是基于位单元的磁化极性来存储的。与将数据存储为电荷或电流的常规RAM技术形成对比，MRAM使用磁性元件。常规用作MRAM技术的存储元件或位单元的磁隧道结(MTJ)可由两个各自能保持磁矩的、由绝缘(隧道势垒)层分开的磁层形成。常规地，固定层被设置成特定极性。自由层的极性自由地改变以匹配可被施加的外部磁场的极性。自由层极性的改变将改变MTJ位单元的电阻。例如，当磁化极性对准或者“平行”时，存在低电阻状态，其对应于逻辑“0”。当磁化极性没有对准或者是“反平行”时，存在高电阻状态，其对应于逻辑“1”。虽然MRAM在成本和面积方面提供了许多益处，但是MRAM的读访问速度仍显著地低于诸如静态随机存取存储器(SRAM)之类的常规非易失性存储器的读访问速度。MRAM的读取过程一般涉及确定特定位单元的电阻。基于如以上提及的MTJ位单元的自由层和固定层的对准，位单元的电阻是可变的。相同或相似的电流通过MTJ位单元以及已知电阻的参考单元，其中该参考单元通常被设置成对应于逻辑“1”与逻辑“0”的电阻之间的居间电阻的电阻。跨MTJ位单元产生的电压与跨参考单元产生的电压进行比较。跨MTJ位单元的较高电压意味着存储在MTJ中的数据为“1”，且跨MTJ位单元的较低电压意味着存储在MTJ中的数据为“0”。以下参照图1更详细地解释以上的一般过程。图1解说了包括可变电阻的MTJ位单元136a和136b的常规MRAM系统100。MTJ位单元136a-b可通过特定的行地址和列地址来定址。MTJ位单元136a-b属于在字线WL130为高时所选择的行。MTJ位单元136a-b是同一行上的若干MTJ位单元(未示出)之一，并且由此，列复用器(未示出)被用于从该行内选择MTJ位单元136a-b。对于这一列选择，使用控制信号读取选择RDSEL128，其基于MTJ位单元136a-b的列地址。在常规的设计中，WL130首先被断言，因为行地址可以被较快地解码。RDSEL128在WL130的断言之后的一时延之后被断言，因为在常规设计中，解码列地址要花费较长时间。在图1中所解说的示例中，MTJ位单元136a被示为具有对应于平行对准的电阻以及具有存储在其中的逻辑“0”，且MTJ位单元136b保持对应于反平行对准的电阻以及具有存储在其中的逻辑“1”。提供了参考单元Rp138a和Rp138b，其分别是可编程为已知电阻/逻辑“0”和逻辑“1”的MTJ位单元。参考单元Rp138a和Rp138b在并联耦合时生成有效电阻，比如Rref。现在参照图1B中提供的时间线来讨论MRAM系统100的读操作。在Y轴上示出信号电压值且在X轴上示出时间。字线WL130在时间t101被断言，这使n沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管140a-b和142a-b导通。在一时间延迟之后，读选择RDSEL128在时间t102被断言，这使NMOS晶体管132a-b和134a-b导通。为了确保存储在MTJ位单元136a-b中的电阻(数据值)被正确地感测到并且与参考单元的等效电阻Rref进行比较，通过均衡所有节点来开始读操作。具体而言，均衡信号118在开始读操作之前(例如，在时间0处)被启用，这使均衡/传输晶体管120a和120b导通，该均衡/传输晶体管120a和120b保持导通直至均衡信号118在时间t104被停用。在信号VGCLAMP126(图1B中未示出)被启用时，NMOS晶体管122a-b和124a-b被导通，这提供了通过MTJ位单元136a-b以及参考单元Rp138a和Rap138b的相同电流。负载P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管114a-b的栅极端子被连接至它们相应的漏极端子以便形成二极管，这在节点116处创建了电压Vref。这一电压Vref116是基于有效电阻Rref的。另一方面，负载PMOS晶体管112a和112b分别基于MTJ位单元136a和136b的电阻来在节点COUT0106a和COUT1106b处生成电压。最初，Vref116和COUT0/1106a-b基于被断言的均衡信号118而均衡为初始电压值v101。一旦RDSEL128被断言，则在时间t103处，Vref116和COUT0/1106a-b开始变化并且移至更靠近中点电压值v102。在时间t104处，均衡信号118被停用。此时，基于流经Rref和在PMOS负载晶体管114a-b处创建的二极管的电流，Vref将达到其参考值v103。由于与存储在MTJ位单元136a中的逻辑“0”对应的较低电阻，COUT0106a处的电压将开始变成电压v105，电压v105是比v103更低的电压。类似地，由于与存储在MTJ位单元136b中的逻辑“1”对应的较高电阻，COUT1106b将增加至电压v104，电压v104是比v103更高的电压。在时间t107处，由感测放大器启用信号SAEN103来启用电压感测放大器(VSA)104a和104b。VSA104a-b被用于放大以上的电压差–ΔV1＝v103–v105和+ΔV2＝v104–v103。在时间t108处，经放大的电压差导致在输出节点GDOUT0102a和GDOUT1102b处感测到存储在MTJ位单元136a和136b中的分别为“0”和“1”的逻辑值。参照图1C，描绘了在对MRAM系统100的读操作期间的采样信号的示例仿真。结合参照图1B-C，可以看出，在从时间t101断言WL130至Vref116在时间t105稳定至电压v103花费了一时间延迟。该稳定时间是使Vref116稳定以及为感测存储在MTJ位单元136a-b中的电阻值提供正确的参考所需要的。该稳定时间在图1C中被示为高达2ns。在时间t105之后直至时间t107花费了额外的时间，其中在时间t107SAEN103被断言并且最终GDOUT0/1102a-b分别生成稳定的读取值“0”和“1”。在图1C中，从时间t104处Vref116的稳定到时间t107处SAEN103被断言所花费的时间也被示为2ns。由此，可以看出，在Vref稳定之后感测存储在MTJ位单元中的数据所花费的时间量与从WL130被断言时使Vref稳定所花费的时间量大致上相同。相应地，Vref稳定时间(例如，t104-t101)对MRAM系统100的读取访问时间作出主要贡献。作为比较，SRAM系统不需要类似的用于读取SRAM位单元的Vref稳定时间。一般而言，MRAM的读访问速度比SRAM的读访问速度更慢。该Vref稳定时间进一步恶化了MRAM的读访问速度。相应地，存在改进MRAM系统的读访问速度的需要。概述示例性方面涉及在确定MRAM中是否存在针对读操作的命中之前，基于发起和加速获得用于读取MRAM位单元的稳定参考电压的过程来对磁阻式随机存取存储器(MRAM)进行读操作。例如，一示例性方面涉及一种对磁阻式随机存取存储器(MRAM)执行读操作的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种对磁阻式随机存取存储器(MRAM)执行读操作的方法，所述方法包括：在确定所述MRAM中是否存在针对与所述读操作相对应的第一地址的命中之前，至少基于所述第一地址的位子集来激活虚设字线；基于所述虚设字线来获得用于读取所述MRAM的所述第一地址处的MRAM位单元的稳定参考电压；以及如果存在命中，则使用所述稳定参考电压来读取所述第一地址处的所述MRAM位单元。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.26 US 14/499,0501.一种对磁阻式随机存取存储器(MRAM)执行读操作的方法，所述方法包括：在确定所述MRAM中是否存在针对与所述读操作相对应的第一地址的命中之前，至少基于所述第一地址的位子集来激活虚设字线；基于所述虚设字线来获得用于读取所述MRAM的所述第一地址处的MRAM位单元的稳定参考电压；以及如果存在命中，则使用所述稳定参考电压来读取所述第一地址处的所述MRAM位单元。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MRAM被集成在具有两个或更多个通道的组关联式高速缓存的数据阵列中，并且所述第一地址的所述位子集对应于用于访问与所述数据阵列相关联的标签阵列的索引字段的第一部分。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括确定来自所述索引字段的第二部分的所述MRAM位单元的列地址。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果存在未命中，则停用所述虚设字线并且避免激活耦合至所述MRAM位单元的第一字线。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在耦合至所述MRAM位单元的第一字线被激活以用于所述读操作之后停用所述虚设字线。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从连接至所述虚设字线的虚设单元推导所述稳定参考电压。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述虚设字线和所述虚设单元是所述MRAM的两个或更多个行所共有的。8.一种装备，包括：磁阻式随机存取存储器(MRAM)；配置成在确定所述MRAM中是否存在针对第一地址的命中之前，至少基于与对所述第一地址处的MRAM位单元的读操作相对应的所述第一地址的位子集来激活虚设字线的逻辑；配置成基于所述虚设字线来获得用于对所述MRAM位单元的所述读操作的稳定参考电压的逻辑；以及配置成如果存在命中，则使用所述稳定参考电压来对所述MRAM位单元执行所述读操作的逻辑。9.如权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·金，S·金，J·P·金，X·董，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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