用于STT MRAM的对称差分感测方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于读取存储单元，尤其是STTMRAM的方法和系统。根据本发明专利技术的一个方面，一种用于读取存储单元的系统包括感测通路和逆感测通路。提供经由所述感测通路的参考电流，并通过所述感测通路中的第一采样元件对所述参考电流进行采样，以及提供经由所述逆感测通路的来自存储单元的单元电流，并通过所述逆感测通路中的第二采样元件对所述单元电流进行采样。接下来，使所述存储单元与所述逆感测通路断开，并提供经由所述感测通路的单元电流，并且使所述参考源与所述感测通路断开，并提供经由所述逆感测通路的参考电流。然后，通过相对采样的参考电流和采样的单元电流工作的单元电流和参考电流来确定输出电平。

【技术实现步骤摘要】
用于STT MRAM的对称差分感测方法和系统
本专利技术涉及用于存储单元的感测放大器的方法和系统。更具体而言，本专利技术涉及用于改进用于存储单元的的感测放大器的读取能力，尤其是用于自旋转移矩磁随机存取存储器(STT MRAM)单元的感测放大器的读取能力的方法和系统。
技术介绍
磁阻随机存取存储器(MRAM)是一种非易失随机存取存储器，其通过磁存储元件存储数据。常规MRAM单元包括由薄绝缘层分开的两个铁磁板。两个板中的一个是被设置为特定的极性的永磁体(固定层)，而第二块板(自由层)的场则被配置为与外部场的情况匹配，以存储数据。这种配置为被称为自旋阀门，并且是用于实现MRAM位的最简单的结构。可以将这样的磁存储单元组合来形成存储装置。通过测量所述单元的电阻来实现磁存储单元的感测或读取。通常通过对相关联的晶体管供电来选择特定的单元，所述晶体管将电流经由所述单元从位线切换到接地。单元的电阻由于STT MRAM单元的两个板中的电子的自旋取向而改变。通过测量所引起的电流，能够确定任何特定单元内部的电阻。一般而言，如果两块板具有相同的极性，那么认为该单元为“ 1”，以及如果两块板具有相反的极性，并且具有更高的电阻，那么认为该单元为“O”。现在参考图1，其示出了 一种用于感测诸如自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STTMRAM)单元的磁存储单元12的常规系统10的示范性示意图。现有技术系统10包括多个晶体管14、16、18和20、用于提供参考电流24的参考电流源22、来自存储单元12的单元电流26、位线(BL)控制电压28、单元输出节点30、参考输出32和镜像参考电流34。晶体管14和16可以是PMOS晶体管，而其余晶体管18和20可以是NMOS晶体管。在操作中，现有技术感测系统10的两对晶体管调整并感测单元电流26和参考电流24，并将这一电流差转化成输出节点30和32之间的电压差。第一对晶体管14和16充当电流反射镜，而晶体管18和20充当用于位线电压调节的箝位装置，可以通过BL控制电压28对位线电压调节进行调整。在设定BL控制电压28之后，晶体管18和20将参考位线36和单元位线38充电至固定电势，所述固定电势通常大约是NMOS晶体管的一个阈值电压，其低于BL控制电压28。属于所述电流反射镜的一部分的连接二极管的PMOS晶体管16感测流经NMOS晶体管20的参考电流24。参考电流源22常规上由具有精确控制的栅极电压的NMOS晶体管或者由所谓的参考单元(例如预先调节的STT MRAM单元)所实现。参考电流24通常被设定在对应于高电流STT MRAM单元状态的电流和对应于低电流STT MRAM单元状态的电流之间。通过PMOS电流反射镜14、16将这一参考电流24同时镜像到单元输出节点30。单元电流26经由NMOS晶体管18流至单元输出节点30。如果单元电流26高于参考电流24，那么将单元输出电压30驱动至接地。如果单元电流26低于参考电流24，那么单元输出电压30升至VDD。由于连接二极管的PMOS 16，参考输出节点32处的电压大约在低于VDD的PMOS晶体管16的一个阈值电压下保持固定。比较单元输出节点30和参考输出节点32之间的电压差，并通过后续的差分闩锁电路(未示出)将该电压差放大到全CMOS电平。如果STT MRAM单元的高电流单元状态和低电流单元状态之间的单元电流的差(也被称为读取窗口)较小，那么现有技术感测系统10的两个主要问题是镜像参考电流Irefmir 34的精确度以及位线电压38和参考位线电压36之间的差。这两个效应通过导致对读取窗口的两个限制因素而减少了感测放大器的精确度，这两个限制因素是:感测放大器中的电流反射镜以及控制位线电压的装置，它们对于STT MRAM存储单元是必要的。电流反射镜中的PMOS晶体管14、16的阈值电压Vtp的不匹配导致了镜像参考电流Iref mir 34和参考电流Iref 24的不匹配。NMOS晶体管18、20的阈值电压Vtn的不匹配导致了跨越所选的STT-MRAM单元12的和参考电流源22的不同电压，其中，所述参考电流源22也可以是预先调节的STT-MRAM单元。对于两通路的相同电阻而言，这一电压差导致了参考电流24和单元电流26之间的电流差，因为STT MRAM单元的电流是与跨越其的电压成正比的。因此，存在对于一种用于用于感测诸如STT MRAM的磁存储单元的系统和方法的需要，所述方法不存在这些缺点。更具体而言，存在对于一种用于感测STT MRAM的系统和方法的需要，该系统和方法能够消除由电流反射镜不匹配所引入的误差，提高对小读取窗口的灵敏度，以及提高对抗电源造成的鲁棒性。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了 一种用于感测或读取诸如STT MRAM的存储单元的系统，其包括感测通路和逆感测通路，可以将两通路耦合至参考源或存储单元。首先将所述参考源耦合至所述感测通路，并使所述参考电流流经所述感测通路，同时将所述存储单元耦合至所述逆感测通路，其中使单元电流流经所述逆感测通路。然后，将所述存储单元从所述逆感测通路切换至所述感测通路，并将所述参考源从所述感测通路切换至所述逆感测通路。在一个实施例中，所述感测通路可以包括用于对参考电流进行采样和保持的第一采样元件，并且所述逆感测通路可以包括用于对单元电流进行采样和保持的第二采样元件。在将所述参考源连接至所述感测通路时，通过电容上的跨越所述第一采样元件的电压来对所述参考电流进行采样。在将所述单元电流连接至所述逆感测通路时，通过电容上的跨越所述第二采样元件的电压来对所述单元电流进行采样。然后，使所述存储单元与所述逆感测通路断开并耦合至所述感测通路，从而提供经由所述感测通路的单元电流，同时使所述参考源与所述感测通路断开并耦合至所述逆感测通路，从而提供经由所述逆感测通路的参考电流。通过相对所述采样参考电流和采样单元电流工作的单元电流和参考电流来确定所述感测系统的输出电平。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于读取或感测诸如STT MRAM的存储单元的方法。在一个实施例中，所述方法包括以下步骤:提供用于对参考电流进行采样的第一采样元件和用于对单元电流进行采样的第二采样元件，并且然后将所述单元电流切换为流经所述第一采样元件，以及将所述参考电流切换为流经所述第二采样元件。使用电容上的跨越所述第一采样元件的栅极的电压来对所述参考电流进行采样，并且使用电容上的跨越所述第二采样元件的栅极的电压来对所述单元电流进行采样。然后，通过分别相对采样参考电流和采样单元电流工作的单元电流和参考电流来确定输出电平。在另一实施例中，所述方法包括以下步骤:提供可以被耦合至存储单元或者参考源的感测通路和逆感测通路，提供经由所述感测通路的参考电流以及提供经由所述逆感测通路的单元电流，使所述存储单元与所述逆感测通路断开，使所述参考源与所述感测通路断开，提供经由所述感测通路的来自所述存储单元的单元电流，以及提供经由所述逆感测通路的参考电流。在一个实施例中，所述感测通路包括第一采样元件，以及所述逆感测通路包括第二采样元件。最初，通过电容上的跨越所述第一采样元件的栅极的电压来在参考电流流经所述感测通路时对所述参考电流进行采样，并且通过电容上的跨越所述第二采样元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于读取存储单元的方法，所述方法包括以下步骤：提供用于对参考电流进行采样的第一采样元件；提供用于对来自所述存储单元的单元电流进行采样的第二采样元件；使用所述第一采样元件测量来自所述存储单元的单元电流；以及使用所述第二采样元件测量所述参考电流。

【技术特征摘要】
2012.08.23 US 13/592,5971.一种用于读取存储单元的方法，所述方法包括以下步骤: 提供用于对参考电流进行采样的第一采样元件； 提供用于对来自所述存储单元的单元电流进行采样的第二采样元件； 使用所述第一采样元件测量来自所述存储单元的单元电流；以及 使用所述第二采样元件测量所述参考电流。2.根据权利要求1所述的方法，还包括提供参考源的步骤，所述参考源提供经由所述采样元件的参考电流。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一采样元件是连接二极管的MOS晶体管。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二采样元件是连接二极管的MOS晶体管。5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过电容上的跨越所述第一采样元件的栅极的电压来对所述参考电流进行采样，并且通过电容上的跨越所述第二采样元件的栅极的电压对所述单元电流进行采样。6.根据权利要求1所述的方法，还包括提供用于所述存储单元的逆感测通路的步骤，其中，用于所述存储单元的所述逆感测通路是不同于感测通路的通路。7.根据权利要求6所述的方法，其中，提供用于所述单元电流的经由所述第二采样元件的逆感测通路的步骤与提供用于所述参考电流的经由所述第一采样元件的感测通路的步骤大约同时发生。8.根据权利要求7所述的方法，还包括将所述存储单元从所述逆感测通路切换至经由所述第一采样元件的感测通路的步骤。9.根据权利要求8所述的方法，还包括使第一和第二电容与所述第一和第二采样元件的栅极断开的步骤。10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述感测系统的输出均以相反的符号承载差信号。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述存储单元是STTMRAM。12.一种用于读取存储单元的系统，其包括: 参考源，用于提供用于所述存储单元的参考电流； 第一采样单元，其被耦合至所述参考源，用于对所述参考电流进行采样和保持；以及第二采样元件，其被耦合至所述存储单元，用于对来自所述存储单元的单元电流进行米样和保持； 其中，相继切换所述参考电流和存储单元电流，使得所述参考电流流经所述第二采样元件，以及所述单元电流流经所述第一采样元件。13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述存储单元是STTMRAM。14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第一和第二采样元件是连接二极管的采样晶体管。15.根据权利要求12所述的系统，其中，通过电容上的跨越所述第一采样元件的电压来对所述参考电流进行采样。16.根据权利要求12所述的系统，其中，通过跨越所述第二采样元件的电压对所述单元电流进行采样。17.根据权利要求12所述的系统，其中，基本上在所述单元电流流经所述第二采样元件的同时，所述参考电流流经所述第一采样元件。18.根据权利要求17所述的系...

【专利技术属性】
技术研发人员：W阿勒斯，M杰弗雷莫夫，D米勒，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：