用于检测对电阻式存储器的写入完成的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本公开内容总体上涉及电子电路。更具体地但非排他性地，本公开内容涉及用于 电阻式存储器的写入完成检测电路。
【背景技术】
[0002] 具有非易失性的片上嵌入式存储器可以实现能量和计算效率。几种新型固态高密 度非易失性存储器使用具有可变电阻的存储器元件来存储信息。自旋转移矩-磁性随机存 取存储器（STT-MRAM)的电阻取决于两个磁层的相对磁化极性。其它可变电阻存储器包括 电阻式随机存取存储器（ReRAM)和导电桥接随机存取存储器（CbRAM)，它们的电阻取决于 穿过电介质或电解液的导电路径的形成和消除。还存在相变存储器（PCM)，其单元的电阻率 取决于硫族化物的结晶状态或非晶状态。
[0003] 对于这些电阻式存储器，读出操作通常比写入操作更快并且写入电流通常大于 读出电流。与消耗瞬态写入功率的静态随机存取存储器（SRAM)和动态随机存取存储器 (DRAM)不同，无论单元在写入操作期间是否翻转，电阻式存储器仍然会消耗静态写入功率。 根据读出传感器的实施方式，这些电阻式存储器的读出功率也可以是静态的。降低读出和 写入功率以满足高性能和低功率应用的目标对于电阻式存储器而言存在挑战。
【附图说明】
[0004] 根据下文给出的【具体实施方式】并且根据本公开内容的各种实施例的附图，本公开 内容的实施例将得到更加充分的理解，然而，【具体实施方式】和附图不应被看作将本公开内 容限制为具体实施例，而是仅用于解释和理解。
[0005] 图1是根据各种实施例的结合本公开内容的方面的一条写入路径的示意图。
[0006] 图2是根据各种实施例的结合本公开内容的方面的另一条写入路径的示意图。
[0007] 图3是根据各种实施例的结合本公开内容的方面的另一条写入路径的示意图。
[0008] 图4是根据各种实施例的结合本公开内容的方面的另一条写入路径的示意图。
[0009] 图5是根据各种实施例的结合本公开内容的方面的另一条写入路径的示意图。
[0010] 图6是根据各种实施例的结合本公开内容的方面的用于检测存储器单元中的写 入完成的一种不意性架构。
[0011] 图7是根据各种实施例的结合本公开内容的方面的用于检测存储器单元中的写 入完成的另一种不意性架构。
[0012] 图8是根据各种实施例的结合本公开内容的方面的用于检测存储器单元中的写 入完成的另一种不意性架构。
[0013] 图9是根据各种实施例的可以由结合本公开内容的方面的示例性装置执行的示 例性写入完成检测过程的流程图。
[0014] 图10是根据各种实施例的结合本公开内容的方面的示出检测写入操作中的写入 完成的操作的一组曲线图。
[0015] 图11是根据各种实施例的示出适合于实践所公开的实施例的示例性计算机系统 的方框图。
【具体实施方式】
[0016] 各种实施例描述了用于使电阻式存储器降低功率消耗的写入操作和设计技术。在 一个实施例中，装置可以包括耦合到导电线路的电阻式存储器单元。装置还可以包括驱动 器，其耦合到导电线路以在写入操作期间驱动用于电阻式存储器单元的电流。在这种实施 例中，在写入操作期间可以在两个或更多时间段内选择性地增大驱动器的电阻，以检测导 电线路上的电压变化。在电压变化指示检测到写入完成时，可以关断用于写入操作的电流 以提高电阻式存储器的能量效率。
[0017] 尽管用于电阻式存储器技术的基础存储器元件不同，但是用于读出和写入的方法 在电气上相似并且被包含在实施例中。可以组合实施例以实现电阻式存储器的最佳节能。
[0018] 在以下描述中，论述了很多细节，以提供对本公开内容的实施例的更加透彻的解 释。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践 本公开内容的实施例。在其它实例中，通过方框图的形式而不是以具体细节的形式示出了 公知的结构和设备，以避免使本公开内容的实施例难以理解。
[0019] 注意，在实施例的相对应的附图中，用线表示信号。一些线可以较粗，以指示更多 成分的信号路径，和/或一些线可以在一端或者多端上具有箭头，以指示主要信息流动方 向。这种指示并不是要进行限制。事实上，结合一个或多个示例性实施例来使用这些线有 助于更容易理解电路或逻辑单元。由设计需要或偏好决定的任何所表示的信号实际上可以 包括可以在任一方向上行进并且可以利用任何适合类型的信号方案来实施的一个或多个 信号。
[0020] 贯穿整个说明书以及在权利要求书中，术语"连接"表示连接的物体之间的直接电 连接，而不存在任何中间设备。术语"耦合"表示连接的物体之间的直接电连接或者通过一 个或多个无源或有源中间设备进行的间接连接。术语"电路"表示被布置为彼此协作以提 供期望的功能的一个或多个无源和/或有源部件。术语"信号"表示至少一个电流信号、电 压信号或数据/时钟信号。术语"一"和"所述"包括复数引用。"在……中"的意思包括 "在……内"和"在……上"。
[0021] 术语"大体上"、"接近"、"近似"、"附近"、和"大约"通常指的是在目标值的+/-20% 内。术语"缩放"通常指的是将设计（方案和布局）从一种工艺技术转换为另一种工艺技 术。术语"缩放"通常还指的是在同一个工艺节点内缩小布局和设备的尺寸。术语"缩放" 还可以指的是相对于另一个参数（例如，电源电平）来调整（例如，减慢）信号频率。
[0022] 除非另外规定，否则使用序数词"第一"、"第二"和"第三"等来描述共同的对象， 仅指示指代相同对象的不同实例，并且不是要暗示所描述的对象必须采用时间上、空间上 的给定顺序、排名或任何其它方式。
[0023] 出于实施例的目的，晶体管是金属氧化物半导体（MOS)晶体管，其包括漏极、源 极、栅极和体端子。晶体管还包括三栅极和鳍式场效应晶体管、栅极全包围圆柱体晶体管或 实施晶体管功能的其它器件，例如碳纳米管或自旋电子器件等。源极端子和漏极端子可以 是同一个端子并且在本文中可以互换地使用。本领域中的技术人员将领会，在不脱离本公 开内容的范围的情况下，可以使用其它晶体管，例如双极结型晶体管（BJT)。术语"丽"指示 η型晶体管（例如，NMOS、NPN BJT等），并且术语"MP"指示p型晶体管（例如，PMOS、PNP BJT 等）。
[0024] 图1是根据各种实施例的结合本公开内容的方面的一条写入路径的示意图。写 入路径100可以用于电阻式存储器中。写入路径100可以包括字线110、位线120和源线 130。写入路径100还可以包括位线驱动器122、位线寄生电阻器124、单元142、存取晶体管 144、源线寄生电阻器134和源线驱动器132。在实施例中，位线驱动器122、位线寄生电阻 器124、单元142、存取晶体管144、源线寄生电阻器134和/或源线驱动器132可以包括在 电阻式存储器的存储器元件中。电阻式存储器可以包括多个存储器元件。
[0025] 在实施例中，字线110可以由多个存储器元件接收。例如，字线110可以耦合到存 取晶体管144的栅极端子。单元142的一个端子可以耦合到位线120,并且单元142的另一 个端子可以耦合到存取晶体管144。存取晶体管144还可以耦合到源线130。在实施例中， 在字线110的电压升高并且存取晶体管144被接通时，写入电流可以流过位线驱动器122、 位线寄生电阻器124、单元142、存取晶体管144、源线寄生电阻器134和源线驱动器132。可 以基于电源电压（V rc)和与写入路径100中存在的各种部件相关联的电阻（例如由 _bCT表示）来测量位线120处的位线电压（Vbl)和源线130处的源线电压（Vs上如方程1中 所示。
[0027] 对于需要电流来在存储器状态之间切换位的一般存储器技术，写入操作可能消耗 大量功率。由于存储器位之间的由工艺诱发的随机变化，每个位的切换时间不同。然而，为 了使存储器阵列的写入错误率保持在一定水平以下，写入操作的持续时间需要足够长，以 涵盖切换时间的整体分布。作为结果，在已经被切换成其期望的状态但却继续为写入操作 的剩余部分接收不必要的电流的那些位上浪费了功率。
[0028] 作为示例，在STT-MRAM阵列中，写入错误率在写入操作的中点处可以是103。换 言之，在写入操作的中点，99. 9%的位已经被切换。因此，如果外围电路可以在写入操作期 间检测被写入的每个位是否已经切换到期望的状态并且自适应地减小或关断已经切换的 位上的写入电流，则可以节省很大比例的功率。在前面的示例中，如果可以在写入操作的中 点关断这些已切换的位上的写入电流，则在写入操作中可以节省大约50%的写入功率。
[0029] 从方程1可以看出，在单元142切换到期望的状态时，作为可变电阻的单元142的 电阻（R 142)可以变成不同的值。单元142的电阻的变化可以导致位线120上的写入电流的 变化，但是Vi可以大体上保持相同。然而，在实施例中，当驱动器（位线驱动器122或源线 驱动器132)在短时间内被削弱时，可以在削弱写入驱动器的同时对VJi行采样。所测量 的两个样本中的AV的差是感测裕量。
[0030] 在实施例中，可以调整位线驱动器122的电阻（R122)。因此，可以暂时增大R 122以 削弱位线驱动器122。在实施例中，可以通过削弱驱动器，例如通过在方程1中增大R122来 放大感测裕量。在驱动器被削弱时，驱动器的有效电阻变高。作为结果，与驱动器连接的线 路上的电压可能在位切换前后显示出比具有较低电阻的驱动器更大的差异。考虑写入完成 检测方案监测Vi的变化的示例。如果位线驱动器122在写入操作的整个持续时间期间保 持其完全驱动强度，则小的R122会使V1始终接近V 。在这种情况下，如方程1所揭示的，位 切换前后的Vi的变化可能非常小并且因此不能被检测。然而，在实施例中，在位线驱动器 122被削弱时，例如，暂时使R122较大，可以在削弱位线驱动器122的同时放大位切换前后的 V%的变化，如方程1所示。
[0031] 在实施例中，可以监测Va以检测单元142中的写入完成。在任一种情况下， 需要被削弱的写入驱动器是直接连接到电压被监测的线路的驱动器。作为示例，