专利名称：一种不含温度传感器的多级温度控制自刷新存储设备及其方法
技术领域：
本发明涉及存储器技术领域，尤其涉及一种不含温度传感器的多级温度控制自刷新方法。
背景技术：
DRAM会由于漏电流而造成数据破坏，因此，应当在单元数据丢失之前将数据读出之后再充电到初始的电荷水平。这个再充电的过程就称为刷新。另外，自刷新指的DRAM自身以固定的周期进行刷新，以维持standby状态的存储单元中的数据。另一方面，温度每上升10度，漏电流增加一倍。换句话说，当温度上升10度，存储单元数据的维持时间降低 1/2，当上升50度时，维持时间降低到1/32。如上所描述，漏电流与温度密切相关，因此，温度是影响刷新周期的重要因素。即，自刷新周期在相对较高温度时应该更短。
现有技术按照温度多级控制刷新频率的技术，参考附图1，按照温度多级控制刷新频率的存储设备包括，振荡器101，分频器102，温度传感器103和选择器104。温度传感器 103具有感知温度并分级处理的功能，给出不同阶段温度对应的电压信号，输出到选择器 104的输入端。分频器102产生多种刷新频率。根据不同温度对应电压信号，选择器104选择一种刷新频率输出refrq。参考附图2，附图2为现有技术阈值电压和多级刷新频率、温度变化的曲线图。现有技术中，阈值电压Vth随着温度升高而下降，刷新周期在不同的温度阶段对应不同的周期。此时各阶段刷新周期应当满足该温度阶段内最坏情况下的刷新需求， 其中刷新周期的倒数为刷新频率。
现有技术的不足之处在于，通常情况下，如果不加控制，每隔12度，刷新频率就需要提高一倍。那么必须分段设置刷新频率。每级的频率对应的温度范围大，阈值电压变化范围大，可能出现低效率或者不可靠问题。同时，还需要专门的温度传感器单元，来根据各个温度阶段产生不同的电压信号，结构复杂。发明内容
为了达到上述目的，本发明提出一种多级温度控制自刷新存储设备，包括振荡器 101、分频器102以及DRAM阵列，该设备还包括扩展模式寄存器设置(EMRS)模块、选择电路、多个衬底电压稳定模块，分频器(102)将输入频率frq分频成多个输出频率Refrql， Refreq2,…Refrqn，衬底电压稳定模块(201、202、……20η)产生DRAM保持期间的衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn，扩展模式寄存器设置(EMRS)模块(500)通过写入编码信号Code， 即外部设置码，生成选择信号Refsel，提供给选择电路(300)，选择电路模块300在扩展模式寄存器设置(EMRS)模块(500)的设置控制下从(VBB I, Refrql)、(VBB2, Refrq2)、…… (VBBn, Refrqn)中选择一组输出到DRAM阵列的刷新频率Refrq和晶体管衬底电压VBB上。
优选的，扩展模式 寄存器设置模块(EMRS) (500)包括一组寄存器和对应的译码电路。
优选的，寄存器的位数取决于刷新频率、阈值电压对的数量。
优选的，η位寄存器的信息可以从最多2η个刷新频率、阈值电压对中选择，译码电路将寄存器中的数值译码为Refsel信号，该Refsel信号中每次只有一根信号线有效，输入到选择电路300中作为选择信号。
优选的，当刷新频率为4组时，用两位寄存器配合一个2-4译码器，生成4位 Refsel 信号。
优选的，衬底电压稳定模块包括三个定值电阻、一个三极管Tl、比较器和电荷泵。
优选的，三极管为跟DRAM阵列中晶体管完全相同的晶体管，取自冗余单元。
优选的，通过调整三个定值电阻得到衬底电压VBBn。
优选的，选择电路(300)包括一系列传输门，其中每组刷新频率、阈值电压对的两个传输门由选择信号Refsel的一位来控制选通。
优选的，在Refsel信号选择控制下，从VBB1、VBB2直到VBBn中选择一个电压输出 VBB,从Refrql、Refrq2直到Refrqn中选择一个刷新频率输出到Refrq。
优选的，传输门可以是三态传输门。
为了达到上述目的，本发明还提出一种多级温度控制自刷新方法，其特征在于包括以下步骤分频器(102)将输入频率frq分频成多个输出频率Refrql，Refreq2,… Refrqn，衬底电压稳定模块(201,202,……20η)产生DRAM保持期间的衬底电压VBB1、 VBB2、……VBBn，扩展模式寄存器设置(EMRS)模块(500)通过写入编码信号Code，即外部设置码，生成选择信号Refsel，选择电路模块300在扩展模式寄存器设置(EMRS)模块(500) 的设置控制下从(VBBl7Refrql)、(VBB2, Refrq2)、……(VBBn, Refrqn)中选择一组输出到 DRAM阵列的刷新频率Refrq和晶体管衬底电压VBB上。
附图
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附图1为现有技术按照温度多级控制刷新频率的存储设备；2为现有技术阈值电压和多级刷新频率、温度变化的曲线图；3为根据本发明实施例不含温度传感器的多级温度控制自刷新电路图 4为根据本发明实施例衬底电压稳定模块的电路图；5为根据本发明实施例衬底电压稳定模块的电路图；6为根据本发明实施例阈值电压和多级刷新频率、温度变化的曲线图； 7为根据本发明实施例扩展模式寄存器设置模块(EMRS)的电路图；8为根据本发明实施例选择电路。
具体实施方式
附图3为根据本发明实施例不含温度传感器的多级温度控制自刷新存储设备，相同的元件采用和附图1中相同的附图标记。该存储设备包括振荡器101，分频器102。还包括扩展模式寄存器设置(extended mode register set, EMRS)模块500、选择电路300、 多个衬底电压稳定模块201-20n以及DRAM阵列。分频器102和选择电路连接，扩展模式寄存器设置(EMRS)模块500和选择电路连接，同时，多个衬底电压稳定模块201-20n和选择电路连接。分频器102将输入频率frq分频成多个输出频率Refrql，Refreq2，…Refrqn。衬底电压稳定模块201、202、……20η产生DRAM保持期间的衬底电压VBBl、VBB2、…… VBBn。扩展模式寄存器设置(EMRS)模块500通过写入编码信号Code即外部设置码，生成选择信号Refsel，提供给选择电路300。选择电路模块300在扩展模式寄存器设置(EMRS) 模块 500 的设置控制下从(VBBl7Refrql)、(VBB2, Refrq2)、. . · (VBBn, Refrqn)中选择一组输出到DRAM阵列的刷新频率Refrq和晶体管衬底电压VBB上。
附图4为根据本发明实施例衬底电压稳定模块的电路图(201，202，......，20η)。作为其中的一个示例，附图4示出了衬底电压稳定模块201的电路图。该衬底电压稳定模块 201包括定值电阻R11、R12、R13，一个三极管Tl，一个比较器和一个电荷泵。Tl为跟DRAM 阵列中晶体管完全相同的晶体管，可取自冗余单元。电阻R12和R13的一端连接，并连接到比较器的正输入端，R12的另外一端接电源电压VDD或者某一个参考电压Vref，R13的另外一端接地。Rll的一端接电源电压VDD或者某一个参考电压Vref，而另外一端接三极管Tl 的漏极和栅极，并接到比较器的负输入端，比较器的输出端和电荷泵连接，电荷泵的输出即为VBB，同时反馈给三极管。通过调整R11、R12、R13得到VBBl ;202中，通过调整R21、R22、 R23得到VBB2。以此类推，在20η中，通过调整对应的Rnl、Rn2、Rn3得到VBBn。这里的三极管Tl为跟DRAM阵列中晶体管完全相同的晶体管，可取自冗余单元。同理，附图5为根据本发明实施例衬底电压稳定模块202的电路图，由于是同 样的结构，所以在此不介绍。
附图6为根据本发明实施例阈值电压和多级刷新频率、温度变化的曲线图。采用本发明后，阈值电压在一定温度范围内保持不变，那么刷新频率可以采用该范围内较低的频率，因而降低刷新功耗。本发明不采用温度传感器，采用外部寄存器设置码的方式从各组阈值电压、刷新频率值中选择。
附图7为根据本发明实施例扩展模式寄存器设置模块(EMRS)500的电路图。扩展模式寄存器设置模块(EMRS) 500可以是一组寄存器加上对应的译码电路，寄存器的位数取决于刷新频率、阈值电压对的数量，即η位寄存器的信息可以从最多2η个刷新频率、阈值电 压对中选择，译码电路将寄存器中的数值译码为Refsel信号，该Refsel信号中每次只有一根信号线有效，输入到选择电路300中作为选择信号。例如，当刷新频率为4组时，可以用两位寄存器，配合一个2-4译码器，生成4位Refsel信号。
附图8为根据本发明实施例选择电路300。选择电路300包括一系列传输门，其中每组刷新频率、阈值电压对的两个传输门由选择信号Refsel的一位来控制选通。不同阈值电压的传输门可以用不同的晶体管来实现，也可以都用工作电压最高的晶体管来实现。 在Refsel信号选择控制下，从VBBl、VBB2直到VBBn中选择一个电压输出VBB，从Refrql、Refrq2 直到 Refrqn 中选择一个刷新频率输出到 Refrq。311，312，......3In，321，322，......，32η可以是三态传输门。
尽管示出和描述了本发明的优选实施例，对本领域技术人员显而易见的是在其更宽的方面不脱离本发明的情况下可以作出很多变化和修改。
权利要求
1.一种多级温度控制自刷新存储设备，包括振荡器(101)、分频器(102)以及DRAM阵列，其特征在于，该设备还包括扩展模式寄存器设置(EMRS)模块(500)、选择电路(300)、多个衬底电压稳定模块(201、202、……20η) 分频器(102)将输入频率frq分频成多个输出频率Refrql, Refreq2,…Refrqn, 衬底电压稳定模块(201、202、……20η)产生DRAM保持期间的衬底电压VBB1、VBB2、......VBBn， 扩展模式寄存器设置(EMRS)模块(500)通过写入编码信号Code，S卩外部设置码，生成选择信号Refsel，提供给选择电路(300)， 选择电路模块300在扩展模式寄存器设置(EMRS)模块(500)的设置控制下从(VBB1，Refrql)、(VBB2, Refrq2)、......(VBBn, Refrqn)中选择一组输出到DRAM阵列的刷新频率Refrq和晶体管衬底电压VBB上。
2.根据权利要求1所述的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，扩展模式寄存器设置模块(EMRS) (500)包括一组寄存器和对应的译码电路。
3.根据权利要求2所述的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，寄存器的位数取决于刷新频率、阈值电压对的数量。
4.根据权利要求3所述的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，η位寄存器的信息可以从最多2η个刷新频率、阈值电压对中选择，译码电路将寄存器中的数值译码为Refsel信号,该Refsel信号中每次只有一根信号线有效,输入到选择电路300中作为选择信号。
5.根据权利要求3所述的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，当刷新频率为4组时，用两位寄存器配合一个2-4译码器，生成4位Refsel信号。
6.根据权利要求1所述的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，衬底电压稳定模块包括三个定值电阻、一个三极管T1、比较器和电荷泵。
7.根据权利要求6所述的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，三极管为跟DRAM阵列中晶体管完全相同的晶体管，取自冗余单元。
8.根据权利要求7所述的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，通过调整三个定值电阻得到衬底电压VBBn。
9.根据权利要求1所述的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，选择电路(300)包括一系列传输门，其中每组刷新频率、阈值电压对的两个传输门由选择信号Refsel的一位来控制选通。
10.根据权利要求9所述的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，在Refsel信号选择控制下，从VBB1、VBB2直到VBBn中选择一个电压输出VBB，从Refrql、Refrq2直到Refrqn中选择一个刷新频率输出到Refrq。
11.根据权利要求9所述的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，传输门可以是三态传输门。
12.—种多级温度控制自刷新方法，其特征在于包括以下步骤 分频器(102)将输入频率frq分频成多个输出频率Refrql，Refreq2，…Refrqn，衬底电压稳定模块(201、202、......20η)产生DRAM保持期间的衬底电压VBB1、VBB2、......VBBn，扩展模式寄存器设置(EMRS)模块(500)通过写入编码信号Code，S卩外部设置码，生成选择信号Refsel，选择电路模块300在扩展模式寄存器设置(EMRS)模块(500)的设置控制下从(VBBI, Refrql)、(VBB2 , Refrq2)、......(VBBn, Refrqn)中选择一组输出到 DRAM 阵列的刷新频率Refrq和晶体管衬底电压VBB上。
全文摘要
一种多级温度控制自刷新存储设备，包括振荡器(101)、分频器(102)以及DRAM阵列，该设备还包括扩展模式寄存器设置(EMRS)模块(500)、选择电路(300)、多个衬底电压稳定模块(201、202、……20n)，分频器(102)将输入频率frq分频成多个输出频率Refrq1，Refreq2，…Refrqn，衬底电压稳定模块(201、202、……20n)产生DRAM保持期间的衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn，扩展模式寄存器设置(EMRS)模块(500)通过写入编码信号Code，即外部设置码，生成选择信号Refsel，提供给选择电路(300)，选择电路模块300在扩展模式寄存器设置(EMRS)模块(500)的设置控制下从(VBB1，Refrq1)、(VBB2，Refrq2)、……(VBBn，Refrqn)中选择一组输出到DRAM阵列的刷新频率Refrq和晶体管衬底电压VBB上。
文档编号G11C11/4063GK103035283SQ201110295340
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者解玉凤, 林殷茵, 孟超, 程宽 申请人:复旦大学