高密度三态内容可寻址存储器单元结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高密度三态内容可寻址存储器单元结构，包括预充放大电路，预充放大电路连接有包含在TCAM单元内的比较电路，所述TCAM单元还包括连接在比较电路上的一对RAM单元。传统TCAM的单元面积很大，在大容量TCAM芯片中，整体芯片面积也很大，严重影响到产品的良率以及成本，本技术提出了一种新型的TCAM单元，单元的晶体管数量由16个降低到了10个，预计面积可以比原先降低30%到40%，大大降低了产品成本。
【专利说明】高密度三态内容可寻址存储器单元结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及存储器领域，具体而言，涉及一种高密度三态内容可寻址存储器单元结构。
【背景技术】
[0002]随着网络应用对网络带宽需求的不断增加，特别是在线音频、视频节目的普及，IPV6的步步推广，网络安全的需求，导致各种数据查找不断增加，高速查找搜索芯片三态内容可寻址内存(Ternary Content Addressable Memory,以下文内简称为TCAM)广泛地使用在网络通信系统中。
[0003]TCAM的原理是表项中的每个比特有三种逻辑态(0，l，x)。在一个表项写入到TCAM中时，通过关键字与掩码组成的序偶(关键字，掩码)确定表项中写入的信息。比如序偶(11000101,11110000)写入到TCAM芯片中为ΙΙΟΟχχχχ。当输入的索引关键字进行匹配比较时，只要输入的信息满足Iiooxxxx的结构，而不管X比特为O或1，都表示关键字与该表项匹配。另外，当有多个匹配的表项时，返回地址最低的一个表项。传统TCAM单元结构如图1所示。
[0004]由于TCAM具有很高的查找速度，因此TCAM可以满足骨干路由器的高速查找要求。但是由于传统TCAM的一个单元需要16个晶体管，TCAM单元面积很大，TCAM产品的成本很高。而且，传统TCAM单元中包含了两个传统的6T SRAM，在先进工艺中读写稳定性问题变得
相当严重。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种高密度三态内容可寻址存储器单元结构，将传统16T TCAM单元中的标准6T SRAM单元替换为3T的动态RAM结构，降低了产品面积，提高了产品的稳定性。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现:
一种高密度三态内容可寻址存储器单元结构，包括预充放大电路，预充放大电路连接有包含在TCAM单元内的比较电路，所述TCAM单元还包括连接在比较电路上的一对RAM单
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[0007]进一步的，所述RAM单元由核心存储管、读取管和写入管构成。
[0008]本发明的有益效果是:
传统TCAM的单元面积很大，在大容量TCAM芯片中，整体芯片面积也很大，严重影响到产品的良率以及成本，本技术提出了一种新型的TCAM单元，单元的晶体管数量由16个降低到了 10个，预计面积可以比原先降低30%到40%，大大降低了产品成本。
[0009]传统TCAM单元中包含了两个传统的6T SRAM模块，它们在先进工艺中的读写稳定性不太好，而本发明中的代替技术RAM的读写是分开控制的，所以互不干扰，有效解决了这一问题。[0010]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为传统的16T TCAM单元结构图；
图2为本发明的IOT TCAM单元结构图。
[0012]图中标号说明:1、预充放大电路，2、TCAM单元，3、比较电路，4、RAM单元，Tl、核心存储管，T2、读取管，T3、写入管。
【具体实施方式】
[0013]下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
[0014]参照图2所示，一种高密度三态内容可寻址存储器单元结构，包括预充放大电路I，预充放大电路I连接有包含在TCAM单元2内的比较电路3，所述TCAM单元2还包括连接在比较电路3上的一对RAM单元4。所述RAM单元4由三个晶体管构成。对RAM存储单元而言，三个晶体管分别为核心存储管Tl，读取管T2和写入管T3，其中读取管T2源端和核心存储管Tl的漏极相连，实现读取功能。写入管T3的漏极和核心存储管Tl的栅极相连，实现电荷写入功能。当WWLl打开时，可以从WBLl写入数据，而RWLl打开时，可以从RBLl读出数据。对于左边的存储单元工作原理相同。因为“读”和“写”分别有自身的字线和位线，所以二者完全不会互相干扰，有效提高了存储单元的稳定性。
[0015]对于整体的TCAM单元而言，当左右两边的存储单元都为“O”时，由于ML不受SL1，SL2控制，始终输出“1”，这就是TCAM单元的“X”态。而当左右两边存储的值和SLl，SL2，不匹配时ML也为“O”。当左右两边存储的值和SL1，SL2匹配时ML也为“1”，这就实现了TCAM单元“ I ”，“0”，“X”三种状态的存储和比较判断。
[0016]将传统16T TCAM单元中的标准6T SRAM单元替换为3T的动态RAM结构。这样，原先6T SRAM存储单元的功能被3T的动态RAM单元代替，从而有效降低了单元面积，而实现的功能和原先则完全一致。而且本方案所采用3T动态RAM单元，将读写的字线和位线完全分开，从而避免了读写互相干扰的问题。这一问题在先进半导体工艺(40nm以上)中已经成为影响存储操作稳定性的重要问题。
[0017]这种单元结构减少了晶体管的使用数目。从传统的16个晶体管减少到10个晶体管。这种IOT的TCAM比传统的16T TCAM少了 6个晶体管，而实现的功能却是完全一致的，所以利用这种IOT TCAM单元所设计的产品面积就会小很多，从而有效地降低了大容量TCAM的成本。同时，芯片面积的减少也对提高产品良率有很大作用。另外，由于传统TCAM单元中包含了两个传统的6T SRAM，在先进工艺中读写稳定性会有一些问题。而本发明所用的存储单元，读写是完全分开的，从而避免了读写稳定性的问题。
[0018]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高密度三态内容可寻址存储器单元结构，包括预充放大电路(I)，预充放大电路(I)连接有包含在TCAM单元(2)内的比较电路(3)，其特征在于:所述TCAM单元(2)还包括连接在比较电路(3)上的一对RAM单元(4)。
2.根据权利要求1所述的高密度三态内容可寻址存储器单元结构，其特征在于:所述RAM单元(4)由核心存储管(Tl)、读取管(T2)和写入管(T3)构成。
【文档编号】G11C15/04GK103915114SQ201410127888
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】张建杰, 张泳培 申请人:苏州无离信息技术有限公司