Mram字线功率控制方案的制作方法
【专利说明】MRAM字线功率控制方案
[0001]公开领域
[0002]本公开一般涉及用于电子电路的功率控制技术。更具体地，本公开涉及用于控制提供给磁阻随机存取存储器(MRAM)的字线功率的系统、电路和方法。
【背景技术】
[0003]计算设备(例如，台式和便携式计算机、移动电话、PDA、平板设备等)已变得越来越强大，同时对存储器能力的需求也在增加。存储器可被分类为易失性的或非易失性的。易失性存储器需要恒定的功率来维持所存储的信息。在计算机中发现的最常见的存储器类型是易失性随机存取存储器(RAM)。易失性RAM的重要特征包括快速读/写速度和易重写能力。要将信息存储在常规易失性RAM上要求电流经RAM。在系统电源关闭时，没有复制到硬盘驱动器的任何信息会丢失。
[0004]相反，非易失性存储器不需要恒定供电。由此，即使在系统电源关闭时，非易失性存储器中所存储的信息也被保留。非易失性存储器的示例包括非易失性RAM和非易失性只读存储器(ROM)。闪存是在U盘和MP3播放器中常用的常见类型的ROM。尽管非易失性存储器具有在不施加功率的情况下维持内容的优点，但它们与易失性存储器相比一般具有较低读/写速度和相对有限的寿命。
[0005]一种新兴类型的非易失性存储器是磁阻随机存取存储器(MRAM)。MRAM将磁性器件与标准的基于硅的微电子器件相组合以获得非易失性、高速读/写操作、不受限的读/写耐久性和数据保持力、以及低单元泄漏等组合属性。不同于其他类型的RAM，MRAM中的数据被存储为磁性存储元件而非电荷。每个MRAM单元包括晶体管、用于数据存储的磁隧道结(MTJ)器件、位线、数字线和字线。数据是作为MTJ隧道结的电阻来读取的。使用磁状态来进行存储具有两种主要益处。首先，磁极化不会像电荷那样随时间而泄漏掉，因此信息即使在系统电源关闭时也被存储。其次，在两种状态之间切换磁极化没有已知的磨损机制。
[0006]常规MRAM的MTJ包括固定磁性层、薄介电隧道势皇和自由磁性层。MTJ在自由层的磁矩与固定层平行时具有低电阻，而在自由层磁矩与固定层磁矩反平行地取向时具有高电阻。这种随器件磁性状态的电阻变化是被称为磁阻的效应，于是名为“磁阻” RAM。MRAM可通过测量MTJ的电阻来被读取。例如，特定MTJ可通过激活其相关联的字线晶体管(这将来自位线的电流切换成通过该MTJ)而被选择以进行读取操作。由于隧道磁阻效应，MTJ的电阻基于两个磁性层中的极性取向而变化。任何特定MTJ内的电阻可根据因自由层的极性导致的电流来确定。常规地，如果固定层和自由层具有相同的极性，则电阻为低且“O”被读取。如果固定层和自由层具有相反的极性，则电阻较高且“I”被读取。常规MRAM的写操作是磁性操作。相应地，字线晶体管在写操作期间关断。电流传播通过位线和数字线以建立磁场，该磁场可影响MTJ的自由层的极性并因此影响MRAM的逻辑状态。
[0007]不同于常规MRAM，自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)使用当穿过薄膜(自旋过滤器)时变为自旋极化的电子。STT-MRAM也被称为自旋转移力矩RAM(STT-RAM)、自旋力矩转移磁化切换RAM(Spin-RAM)、和自旋动量转移(SMT-RAM)。在写操作期间，自旋极化的电子对自由层施加力矩，这可切换自由层的极化。读操作与常规MRAM的相似之处在于，电流被用来检测MTJ存储元件的电阻/逻辑状态，如先前所描述的。对于典型的STT-MRAM，该单元包括MTJ、晶体管、位线和字线。字线耦合至晶体管栅极以针对读和写操作两者将晶体管导通，由此允许电流流经MTJ，从而逻辑状态可被读取或写入。读/写电路系统在位线与源线之间生成写电压。取决于位线与源线之间的电压极性，MTJ的自由层的极性可改变，并且相应地，逻辑状态可被写入MRAM单元。同样，在读操作期间，生成读电流，该读电流在位线与源线之间流经MTJ。当字线晶体管被激活以准许电流流过时，MTJ的电阻(逻辑状态)可基于位线与源线之间的电压差来确定。
[0008]STT-MRAM的电子写操作消除了由于MRAM中的磁性写操作所造成的缩放问题。此外，STT-MRAM的电路设计复杂性较低。然而，核心工作电压Vdd的波动可能导致单元读电流逼近或高于写电流阈值，并由此导致无效写操作和/或对系统组件的潜在损坏。相反，Vdd的波动可驱动工作电压降到不期望的低电平，这可降低系统性能并潜在地阻碍系统恰当地起作用或使系统完全不起作用。这些以及其他问题通过本公开受让人所拥有的下列已授权美国专利和公布专利申请来解决:美国专利N0.7，742，329、美国专利N0.8，107, 280、美国专利N0.8，004，880、美国专利N0.8，027，206、美国专利N0.8，159，864、和公布美国专利申请N0.2009-0103354-Alo上述专利和公布专利申请通过引用全部纳入于此。
[0009]具体而言，美国专利N0.7，742，329 (’ 329专利)解决了由于混淆施加于字线的读电压与施加于字线的写电压而造成的无效读/写操作的问题。’ 329专利通过针对写操作将第一电压供应给字线晶体管、以及在读操作期间将小于第一电压的第二电压供应给字线晶体管来解决了此问题。
[0010]集成电路的重要设计目标包括减少用于执行给定任务的元件的数量、大小和成本。用较少和较便宜的元件来执行任务降低了成本并且减小了集成电路的管芯大小。相应地，期望提供向MRAM的字线提供不同功率电平且同时还优化MRAM单元的大小和成本的电路、系统和方法。
[0011]概述
[0012]本发明的示例性实施例涉及用于控制施加于磁阻随机存取存储器(MRAM)中的字线晶体管的字线功率的系统、电路和方法。
[0013]本发明的一实施例可包括存储器模块连同功率生成模块，该存储器模块包括磁阻随机存取存储器(MRAM)，该功率生成模块包括选择器，该选择器被配置成响应于写命令或读命令中的至少一者向该MRAM的字线提供不同功率电平。
[0014]在本发明的另一实施例中，写命令致使该选择器向MRAM提供第一功率电平，而读命令致使该选择器向MRAM提供第二功率电平。第一功率电平可高于第二功率电平。
[0015]在本发明的另一实施例中，该功率生成模块可被实现为低压差(LDO)调节器，并且该选择器可被实现为复用器，其中该复用器响应于写命令而选择第一功率电平，并且其中该复用器响应于读命令而选择第二功率电平。
[0016]本发明的另一实施例可包括一种控制至MRAM的字线功率的方法，包括以下步骤:将读命令和写命令耦合至功率生成模块；以及控制功率生成模块的选择器响应于读命令或写命令中的至少一者向MRAM的字线提供不同功率电平。
[0017]在本发明的进一步实施例中，写命令致使该选择器向MRAM提供第一功率电平，而读命令致使该选择器向MRAM提供第二功率电平。第一功率电平可高于第二功率电平。
[0018]在本发明的进一步实施例中，该功率生成模块可被实现为低压差(LDO)调节器，并且该选择器可被实现为复用器，其中该复用器响应于写命令而选择第一功率电平，并且其中该复用器响应于读命令而选择第二功率电平。
[0019]本发明的另一实施例可包括一种设备，该设备具有用于存储数据的装置、用于生成功率的装置、以及用于响应于写命令或读命令中的至少一者向该用于存储数据的装置的字线提供不同功率电平的装置。
[0020]在本发明的进一步实施例中，写命令致使该用于提供不同功率电平的装置向该字线提供第一功率电平，而读命令致使该用于提供不同功率电平的装置向该字线提供第二功率电平。第一功率电平可高于第二功率电平。
[0021]在本发明的另一实施例中，该用于存储数据的装置可被实现为MRAM，该用于生成功率的装置可被实现为低压差(LDO)调节器，并且该用于提供不同功率电平的装置可被实现为用于选择第一功率电平的装置和用于选择第二功率电平的装置。该用于选择第一功率电平的装置和用于选择第二功率电平的装置可被实现为复用器，其中该复用器响应于写命令而选择第一功率电平，并且其中该复用器响应于读命令而选择第二功率电平。
[0022]本发明的另一实施例可包括一种方法，该方法具有用于存储数据的步骤、用于生成功率的步骤、以及用于响应于写命令或读命令中的至少一者向该用于存储数据的步骤的字线提供不同功率电平的步骤。
[0023]在本发明的进一步实施例中，写