用于三态内容可寻址存储器(tcam)的静态nand单元的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开一般设及S态内容可寻址存储器（TCAM)。更具体地，本公开设及用于TCAM 的静态NAND架构。
【背景技术】
[0002] TCAM通常在路由器和W太网交换机中用于网际协议（I巧地址转发。存储元件通 常使用动态NOR/NAND(或非/与非）类型单元来设计。
[0003] 内容可寻址存储器（CAM)支持读操作、写操作、W及比较操作。与CAM中的条目宽 度（例如，位每字）相同的比较总线是在时钟边沿处输入的。比较总线的数据与CAM中的 每个条目同时进行比较。也就是说，比较并行发生，因此总线可在一个时钟循环期间与CAM 中的每个条目进行比较。当条目中的每个位与比较总线中的对应位相匹配时，条目即是匹 配。替换地，当条目中有任何位与比较总线中的对应位不相匹配时，条目即是失配。CAM中 的条目的位或为0,或为1。
[0004] TCAM类似于CAM,外加可存储于单元中的掩码值。该掩码值可被称为本地掩码。掩 码值不与比较位进行比较，由此比较结果将总是匹配。
[0005] 图1解说常规TCAM100的架构。如图1中所解说的，捜索字（诸如，"1101")被输 入到TCAM100的寄存器150。该捜索字与各TCAM单元110中所存储的值进行比较。TCAM 通常每级具有16个TCAM单元。捜索跨各TCAM单元110同时进行。TCAM单元110的内容 可W是高位（1)、低位（0)、或掩码值狂）。在捜索之前，每组TCAM单元120-126的匹配线 130-136被设置为高。匹配线130-136被输入到优先级编码器140。TCAM100输出（MLout) 与捜索字线相匹配的那组TCAM单元的地址。由于该捜索是并行捜索，所W该捜索可在一个 时钟循环中完成。应注意，掩码值可W是0或1，但在本公开中，掩码值仍可被称为X。
[0006] 作为示例，如图1中所解说的，第一组TCAM单元120被设置成"1X0 1"，第二组 TCAM单元122被设置成"1 0X1"，第S组TCAM单元124被设置成"1 1XX"，并且第四 组TCAM单元126被设置成"1X1X"。在将各TCAM单元的内容与捜索位进行比较时，当 TCAM单元的内容为掩码值X时，该比较将产生匹配。因此，根据图1中所解说的示例，第一 组TCAM单元120和第S组TCAM单元124与寄存器150中的捜索字相匹配。相应地，第一 组TCAM单元120和第S组TCAM单元124的匹配线130、134将指示匹配，并且优先级编码 器140输出第一组TCAM单元120和第S组TCAM单元124的地址。
[0007] 常规TCAM架构是动态电路并且具有高动态功率耗散。在一些情形中，TCAM可具 有动态NAND架构。在其他情形中，TCAM可具有动态NOR架构。
[000引在动态NORTCAM架构中，匹配线被预充电为高并求值为低W指示失配。大多数比 较产生失配，因此动态NOR由于从高向低切换W指示失配而具有增加的功耗。此外，动态 NOR具有复杂的定时控制，该是因为预充电信号在每个时钟循环中被每条匹配线使用。
[0009] 图2解说常规动态NORTCAM200。如图2中所解说的，动态NORTCAM200包括键 单元Keya-Key"_i和掩码单元Maska-Maskw。通常，NORTCAM(诸如图 2 的NORTCAM200)可 具有16个键单元和掩码单元。数据是经由捜索线（SU-SLw和化。#-SL"_i#)输入的。数据 与键单元Keyc-Key"_i和掩码单元Maskc-Mask"_i中所存储的值进行比较。匹配线ML胃经由 预充电线PRE#从上拉晶体管202被预充电为高。当经由捜索线（SLa-SLw和化。#-SL"_i#) 之一输入的数据与单元1^7。-1(67。_1、]\&131^。-]\&131^。_1之一中所存储的数据之间存在失配时，匹 配线MLnok将求值为低。当所有单元Ifeyn-Keyn-i、Maskn-Maskn_i的值匹配于输入数据时，匹 配线保持为高。
[0010] 键单元Key〇-Keyn-i的结构在展开的键单元220中解说，而掩码单元Mask〇-Maskn_i 的结构在展开的掩码单元222中解说。如展开的键单元220中所解说的，键单元Keyu-Key"_i 是通过SRAM单元来实现的。在比较操作期间，键逆化ar)K#与捜索线化求与。键单元 Ifeya-Keyw包括位线BLK、位线逆BLK#、W及字线WLK。
[0011] 如展开的掩码单元222中所解说的，掩码单元Masku-Maskw是通过SRAM单元来实 现的。在比较操作期间，掩码逆腳与捜索线逆SL#求与。掩码单元Masku-Maskw包括位线 BLM、位线逆BLM#、W及字线WLM。
[001引表1是动态NORTCAM的真值表。表1基于掩码单元（M)、键单元化)、W及捜索线 (化和化#)的值示出匹配线的值。应注意，状态是指存储元件（键单元和掩码单元）的状 态。当键位具有值0时状态为0,当键位具有值1时状态为1，并且当掩码位和键位均为1 时状态为X。状态X是指既不存在匹配又不存在失配的掩码状态，更确切地，即在捜索线的 值与掩码单元及键单元的值之间不存在比较的掩码状态。因此，匹配线总是指示匹配。
[001引
[0014] 如表1中所示，当键位与捜索线具有不同值时，匹配线将为0(低）并指示失配。 类似地，当掩码位与捜索线逆两者具有不同值时，匹配线将为0并指示失配。目P，当键位为 〇(例如，键位逆化#)为1)并且捜索线为1时、或者当掩码位为〇(例如，掩码位逆（M#)为 1)并且捜索线逆为1时，则下拉晶体管将被激活W将匹配线拉向低。此外，当键位与捜索线 具有相同值时，匹配线将为1(高）并指示匹配。类似地，当掩码位与捜索线逆两者具有相 同值时，匹配线将为1并指示匹配。此外，当掩码位和键位均为1时，状态为X。目P，匹配线 将保持为高并指示匹配而不论捜索线的值如何。
[0015] 如W上所讨论的，在动态NOR TCAM中，匹配线和捜索线在每个循环的开始被预充 电为高，并且匹配线求值为低W指示失配。TCAM中各单元的大多数比较产生失配。因此，动 态NOR TCAM的功耗由于指示失配时从高向低的切换而增加。在一些情形中，匹配线可被预 放电为低W减小功耗。但是，即使在匹配线被预放电时，预充电操作仍在每个循环的开始对 匹配线充电。因此，匹配线的预充电导致功耗W及还有控制电路系统的增加。
[0016] 在动态NANDTCAM架构中，匹配线被预充电为高并求值为低w指示匹配。目P，预充 电信号在每个循环期间被用于每条匹配线W将该些匹配线设置为高。取决于掩码单元或键 单元的状态，匹配线可被拉低或保持为高。每条中间匹配线与掩码单元及键单元相关联。此 夕F，每个键单元进一步包括XNOR逻辑。动态NANDTCAM使用串行操作。因此，当先前中间 匹配线（n-2)被拉低W指示匹配时，中间匹配线（n-1)可放电（例如，与捜索线的值进行比 较）。也就是说，当存在匹配时操作从一条中间匹配线（n-2)继续到后续中间匹配线（n-1)， 而当存在失配时，则停止经中间匹配线前进。
[0017] 常规动态NANDTCAM在匹配线求值期间的功耗由于串行操作的原因可能小于常规 动态NORTCAM的功耗。但是，常规动态NANDTCAM由于充电共享导致的误差而仍可能是不 合意的。
[001引 图3解说了常规动态NANDTCAM300。如图3中所解说的，动态NAND架构300包 括通过预充电线PRE#从上拉晶体管310充电的匹配线输出MLwand。匹配线输出MLwmd被连 接至一连串中间匹配线MU-MLw。中间匹配线MU-MLw中的每一中间匹配线经由并行连接 的晶体管（例如，传输口）被禪合至掩码单元Maska-Mask"_i和键单元Keya-Key"_i。该些并 行连接的晶体管包括禪合至键单元Keyu-Key"_i的键NM0S晶体管303W及禪合至掩码单元