SRAM的工作原理图解

sram六管结构的工作原理
注:其实cmos静态反相器等价于一个非门!sram cell 6t等价于sr锁存器(也就是rs触发器)
6t:指的是由六个晶体管组成,如图中的m1、m2、m3、m4、m5、m6.
sram中的每一bit存储在由4个场效应管(m1, m2, m3, m4)构成两个交叉耦合的反相器中。另外两个场效应管(m5, m6)是存储基本单元到用于读写的位线(bit line)的控制开关。
sram的设计
一个sram基本单元有0 and 1两个电平稳定状态。
sram基本单元由两个cmos反相器组成。两个反相器的输入、输出交叉连接,即第一个反相器的输出连接第二个反相器的输入,第二个反相器的输出连接第一个反相器的输入。这实现了两个反相器的输出状态的锁定、保存,即存储了1个位元的状态。
除了6管的sram,其他sram还有8管、10管甚至每个位元使用更多的晶体管的实现。 这可用于实现多端口(port)的读写访问,如显存或者寄存器堆的多口sram电路的实现。
一般说来,每个基本单元用的晶体管数量越少,其占用面积就越小。由于硅芯片(silicon wafer)的生产成本是相对固定的,因此sram基本单元的面积越小,在硅芯片上就可以制造更多的位元存储,每位元存储的成本就越低。
内存基本单元使用少于6个晶体管是可能的— 如3管[5][6] 甚至单管,但单管存储单元是dram,不是sram。
访问sram时,字线(word line)加高电平,使得每个基本单元的两个控制开关用的晶体管m5与m6开通,把基本单元与位线(bit line)连通。位线用于读或写基本单元的保存的状态。虽然不是必须两条取反的位线,但是这种取反的位线有助于改善噪声容限。
sram的操作
sram的基本单元有3种状态:standby (电路处于空闲), reading (读)与writing (修改内容)。
sram的读或写模式必须分别具有“readability”(可读)与“write stability”(写稳定)。
standby
如果字线(word line)没有被选为高电平, 那么作为控制用的m5与m6两个晶体管处于断路,把基本单元与位线隔离。由m1 – m4组成的两个反相器继续保持其状态,只要保持与高、低电平的连接。
reading
假定存储的内容为1, 即在q处的电平为高。 读周期之初,两根位线预充值为逻辑1, 随后字线wl充高电平,使得两个访问控制晶体管m5与m6通路。第二步是保存在q的值传递给位线bl在它预充的电位,而泻掉(bl非)预充的值,这是通过m1与m5的通路直接连到低电平使其值为逻辑0 (即q的高电平使得晶体管m1通路)。 在位线bl一侧,晶体管m4与m6通路,把位线连接到vdd所代表的逻辑1 (m4作为p沟道场效应管,由于栅极加了(q非)的低电平而m4通路)。 如果存储的内容为0, 相反的电路状态将会使(bl非)为1而bl为0. 只需要(bl非)与bl有一个很小的电位差,读取的放大电路将会辨识出哪根位线是1哪根是0. 敏感度越高,读取速度越快。
writing
写周期之初,把要写入的状态加载到位线。如果要写入0,则设置(bl非)为1且bl为0。随后字线wl加载为高电平,位线的状态被载入sram的基本单元。这是通过位线输入驱动(的晶体管)被设计为比基本单元(的晶体管)更为强壮,使得位线状态可以覆盖基本单元交叉耦合的反相器的以前的状态!

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