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一种工作在亚阈值条件下的低功耗九管SRAM单元的设计

作　者: 陈愿
导　师: 吴秀龙
学　校: 安徽大学
专　业: 电路与系统
关键词: 静态随机存储器低功耗亚阈值设计基本单元
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 3次
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内容摘要

随着集成电路产业的迅猛发展,器件的尺寸正朝着纳米级阶段进一步缩小,芯片单位面积上的功耗密度也越来越大,这使得功耗已从速度、面积、成本等众多集成电路瓶颈中脱颖而出成为影响SOC芯片设计的关键因素。存储器占据了SOC系统芯片面积的90%以上,而静态随机存取存储器SRAM又以其良好的特性占据片上存储器的绝大部分。近年来,将系统供电电压降低到近阈值或亚阈值区域能极大地降低芯片的功耗,这是亚阈值设计的中心思想。所以设计一款能工作在近阈值或亚阈值区域的低功耗SRAM存储单元对于降低SOC芯片功耗具有重大的意义。本论文在调研了近年来国内外对低功耗SRAM研究现状的基础上,从减小SRAM存储阵列基本单元的功耗入手,着力于解决当今SOC系统芯片对低功耗的迫切需求。在对SRAM发展至今包括传统六管单元在内的几款比较成熟的基本存储单元做了详细的介绍和分析之后,提出了本论文设计的亚阈值低功耗九管存储单元。SRAM的功耗可分为静态功耗和动态功耗,工作在亚阈值区域的SRAM存储单元功耗很低但其稳定性也更容易受到工艺、电源电压及温度(PVT)的影响。在文章最后部分,对本论文设计的九管存储单元稳定性、读写速度及功耗等进行仿真与验证,并与传统六管单元做比较,说明本论文设计的九管SRAM存储单元的优越性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题来源、研究背景及意义  8-9
  1.2 SRAM简介  9-11
  1.3 国内外研究现状  11-13
    1.3.1 国外研究现状  11-13
    1.3.2 国内研究现状  13
  1.4 本论文的主要研究工作  13-14
  1.5 本论文的组织结构  14
  1.6 本章小结  14-16
第2章 SRAM基本单元架构及分析  16-26
  2.1 传统六管SRAM存储单元  16-20
  2.2 单管SRAM存储单元  20-22
  2.3 八管SRAM存储单元  22-24
  2.4 本论文提出的九管SRAM存储单元  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章低功耗亚阈值SRAM的设计方法及关键技术  26-33
  3.1 SRAM功耗简介  26-28
  3.2 工作在亚阈值条件下的SRAM单元稳定性问题  28-31
    3.2.1 工艺偏差对稳定性的影响分析  28-29
    3.2.2 电源电压对稳定性的影响分析  29-30
    3.2.3 温度变化对稳定性的影响分析  30-31
  3.3 降低SRAM功耗所采用的关键技术  31-32
  3.4 本章小结  32-33
第4章本论文设计的亚阈值低功耗SRAM基本单元  33-60
  4.1 基本结构与工作原理  33-37
    4.1.1 基本结构  34
    4.1.2 工作原理  34-36
    4.1.3 优缺点  36-37
  4.2 稳定性仿真  37-41
    4.2.1 保持噪声容限仿真  38-39
    4.2.2 读噪声容限仿真  39-40
    4.2.3 写噪声容限仿真  40-41
  4.3 读写速度仿真  41-45
    4.3.1 读操作速度仿真  42-43
    4.3.2 写操作速度仿真  43-45
  4.4 静态功耗仿真  45-46
  4.5 动态功耗仿真  46-50
  4.6 本论文设计的9管单元与传统6管单元的比较  50-59
    4.6.1 保持操作仿真  50-52
    4.6.2 读操作仿真  52-55
    4.6.3 写操作仿真  55-59
  4.7 本章小结  59-60
第5章总结与展望  60-62
  5.1 设计总结  60-61
  5.2 工作展望  61-62
参考文献  62-66
附图表  66-69
致谢  69-71
攻读硕士学位期间发表的论文及专利情况  71

一种工作在亚阈值条件下的低功耗九管SRAM单元的设计

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