專利名稱：由鐵電電容器控制的可變阻抗電路的制作方法
由鐵電電容器控制的可變阻抗電路
背景技術(shù)：
存在其中在電力不總是可用于將存儲器編程或維持存儲器的環(huán)境中需要小數(shù)目位的非易失性存儲器的數(shù)個應(yīng)用?？紤]監(jiān)控一條線路并如果事件在該線路發(fā)生則記錄該事件發(fā)生的存儲器。電力僅在事件發(fā)生的時間期間可用。即，唯一電力是在事件信號中的電力。另外，在信號中的電力會是非常小的。在原理上，存儲器可以配備有其自己的電源例如電池，以便向該存儲器供電并將電路維持在監(jiān)控狀態(tài)。然而，這種安排需要改變電池并顯著提高了存儲器的成本。理想地，存儲器應(yīng)能在延長時期監(jiān)控該線路，并在不使用獨(dú)立電源的情況下記錄在該線路上的事件。在一些隨后時間電力施加到存儲器時，該存儲器應(yīng)采取反映在沒有向存儲器供電的時期期間事件是否已發(fā)生的狀態(tài)。發(fā)明概沭本發(fā)明是一種存儲器單元，包括特征在于第一和第二極化狀態(tài)的一個鐵電電容器；一個可變阻抗元件，該可變阻抗元件在第一和第二開關(guān)端子之間具有由在控制端子上的信號確定的阻抗；以及一個導(dǎo)電負(fù)載，該導(dǎo)電負(fù)載在第一電力端子和該第一開關(guān)端子之間連接。該鐵電電容器在該控制端子和該第一開關(guān)端子之間連接，并且該第二開關(guān)端子連接到第二電力端子。在該第一和第二電力端子之間施加電位差時，在該第一開關(guān)端子上的電位以由該鐵電電容器的極化的狀態(tài)確定的方式變化。在本發(fā)明的一個方面中，響應(yīng)于在該第一和第二電力端子之間正在施加的電位差，該極化狀態(tài)從該第一狀態(tài)切換到該第二狀態(tài)。該存儲器單元包括一個反饋電路，如果該極化狀態(tài)響應(yīng)于該已施加電位差從該第一狀態(tài)切換到該第二狀態(tài)，則該反饋電路將該極化狀態(tài)復(fù)位到該第一極化狀態(tài)。該反饋電路包括一個反饋元件，當(dāng)該電位差施加在該第一和第二電力端子之間時，該反饋元件測量在該第一開關(guān)端子和該第一電力端子之間的起動電位。該反饋電路基于該起動電位將該極化狀態(tài)設(shè)定成該第一極化狀態(tài)。
_7]附圖簡要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的自主存儲器電路的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個編碼器的另一個實(shí)施方案的示意圖。圖3展示了具有基極電阻43的NPN晶體管46作為開關(guān)。圖4是利用了鐵電FET51作為開關(guān)元件的自主存儲器電路的示意圖。圖5A和5B展示了自主存儲器電路系統(tǒng)。圖6是利用了基于本發(fā)明的一個方面的反饋路徑的非易失性鎖存器的框圖。圖7展示了當(dāng)根據(jù)一個實(shí)施方案的存儲器電路加電時，在電源軌上和在圖3中所示出的節(jié)點(diǎn)49’上的電位。圖8是根據(jù)本發(fā)明的非易失性鎖存器的一個實(shí)施方案的示意圖。圖9展示了根據(jù)本發(fā)明的鎖存器的另一實(shí)施方案。圖10展示了根據(jù)本發(fā)明的鎖存器的另一實(shí)施方案。圖11展示了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案的單極鎖存器。
圖12展示了根據(jù)本發(fā)明的鎖存器的另一實(shí)施方案。圖13展示了可以在圖12中所示出的實(shí)施方案中利用的鐵電繼電器的一個實(shí)施方案。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述可以參見圖1更容易理解本發(fā)明提供其優(yōu)點(diǎn)的方式，該圖是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的自主存儲器電路的示意圖。自主存儲器電路20包括鐵電電容器21和具有電流致動控制輸入端25的開關(guān)23。導(dǎo)電負(fù)載22在電源軌和開關(guān)23之間連接。鐵電電容器21具有可以通過跨鐵電電容器21施加電壓來切換的剩余極化強(qiáng)度。即，在缺少跨電容器的電壓的情況下，該電容器的電介質(zhì)被電氣地極化。該電介質(zhì)具有對應(yīng)于正在向上或向下極化的電介質(zhì)的兩個狀態(tài)。如果電壓跨鐵電電容器施加，則在該鐵電電容器中產(chǎn)生了電場。如果場方向與剩余極化強(qiáng)度的方向相同，則小電流在連接鐵電電容器的兩塊極板的電路中流動。另一方面，如果已施加電場在與剩余極化強(qiáng)度相反的方向上，則剩余極化強(qiáng)度將改變方向以便符合新的場方向，并且大電流將在外部電路中流動?？梢酝ㄟ^調(diào)整鐵電電容器的組成、面積和厚度來調(diào)整電流和電流在其流動的電壓的量值。當(dāng)電流進(jìn)入控制輸入端25時，開關(guān)23從高阻抗?fàn)顟B(tài)改變成低阻抗?fàn)顟B(tài)。在電路20中，假設(shè)輸入線到開關(guān)23的電位獨(dú)立于開關(guān)的狀態(tài)保持在接地或接近接地。為簡化以下討論，將假設(shè)電源軌是正極的，并且當(dāng)跨鐵電電容器21的極板施加正軌電位時設(shè)定“向上”剩余極化強(qiáng)度狀態(tài)。然而，可以利用其中輸入端指代電力并且輸出端指代接地的其他實(shí)施方案。第一，假設(shè)鐵電電容器21以向上狀態(tài)極化。當(dāng)電力接通時，開關(guān)23初始地在關(guān)斷狀態(tài)中；因此，在節(jié)點(diǎn)26的電位將提高到V。因此，施加到鐵電電容器21的場將也在向上方向上，并且鐵電電容器21將不倒轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此，極小電流將流入開關(guān)23的輸入端，開關(guān)23將保持?jǐn)嚅_，并且自主存儲器電路20的輸出端將迅速達(dá)到V的電位。接下來，假設(shè)鐵電電容器21以向下狀態(tài)極化。當(dāng)電力接通時，跨鐵電電容器21的已施加電場將與鐵電電容器21的剩余極化強(qiáng)度的方向相反，并且鐵電電容器21將倒轉(zhuǎn)狀態(tài)以便匹配已施加電場。在此情況下，大電流將流入開關(guān)23的控制輸入端，并且開關(guān)23將進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)。節(jié)點(diǎn)26將降至小于V的中間狀態(tài)。具體電位將取決于開關(guān)的詳情。該中間狀態(tài)將保持直到鐵電電容器21結(jié)束切換到其向上狀態(tài)。在這點(diǎn)上將不再有電荷流出鐵電電容器21，并且開關(guān)23將再次進(jìn)入非導(dǎo)電狀態(tài)。因此，在節(jié)點(diǎn)26上的電位將回增到V。因此，在電力接通之后，自主存儲器電路20將在鐵電電容器21切換狀態(tài)所需要的時期具有取決于鐵電電容器21的極化狀態(tài)的暫時輸出。如果當(dāng)電力接通并且不切換時鐵電電容器21向上，則輸出端將幾乎立即達(dá)到高。如果當(dāng)電力接通并且切換時鐵電電容器21向下，則輸出端將在暫時時期達(dá)到中間狀態(tài)并然后將達(dá)到高。在該暫時時期之后，輸出端將一直為高，并且鐵電電容器21將在向上極化狀態(tài)?，F(xiàn)在參見圖2，該圖是根據(jù)本發(fā)明的自主存儲器電路的另一實(shí)施方案的示意圖。因?yàn)殚_關(guān)33在電壓信號上而不是在電流信號上切換，并且已添加電容器34以便提供電荷到電流轉(zhuǎn)換，所以自主存儲器電路30不同于自主存儲器電路20。如果當(dāng)施加電力時鐵電電容器21在向上狀態(tài)，則因?yàn)闃O少電流由電容器34接收，因此鐵電電容器21將保持在向上狀態(tài)，并且開關(guān)33將不變得導(dǎo)電。
如果當(dāng)施加電力時鐵電電容器21在向下狀態(tài)，則鐵電電容器21將開始隨著電力增加倒轉(zhuǎn)其極化。極化的改變導(dǎo)致在電容器34上釋放并存儲的電荷，由此將在輸入端的電位上升到開關(guān)33。如果正確挑選電容器34，則在線路25上電位的提高將足以導(dǎo)致開關(guān)33導(dǎo)電，由此降低在節(jié)點(diǎn)26上的電位。只要鐵電電容器21正在改變狀態(tài)，則節(jié)點(diǎn)26將保持在接地和V之間的中間電位。一旦鐵電電容器21完全改變狀態(tài)，則將沒有額外電荷在電容器34上存儲。在電容器34上的電荷然后將以由在開關(guān)33中的漏泄電流確定的速率漏泄。在這點(diǎn)上，開關(guān)33將再次變得非導(dǎo)電，并且節(jié)點(diǎn)26將升高到V。因此，自主存儲器電路30以類似于以上討論的自主存儲器電路20的方式表現(xiàn)。即，在加電期間，可以監(jiān)控輸出信號以便確定加電之前鐵電電容器21的狀態(tài)。在加電已完成之后，輸出將變高，并且鐵電電容器21將在向上狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的自主存儲器電路的上述實(shí)施方案利用開關(guān)在加電更改鐵電電容器的狀態(tài)。然而，可以利用放大器或其他可變電阻裝置?，F(xiàn)在參見圖3和4，圖3和4是其中模擬裝置代替以上所討論的開關(guān)使用的根據(jù)本發(fā)明的一個方面的自主存儲器電路的兩個實(shí)施方案的示意圖。在圖3中所示出的自主存儲器電路40利用了具有基極電阻43的NPN晶體管46作為開關(guān)。導(dǎo)電負(fù)載是電阻器44。在加電時，電容器42將從鐵電電容器41轉(zhuǎn)移的任意電荷轉(zhuǎn)換成控制晶體管46的集電極到發(fā)射極電阻的電壓。電容器42的放電時間受電阻器43控制，并如果鐵電電容器41的初始狀態(tài)是向下極化，則確定起動期間在節(jié)點(diǎn)49’的電位保持低于總線45上的電位的時間。在加電之后，鐵電電容器41的狀態(tài)將在向上極化狀態(tài)，如由箭頭47所表示。在一些情況下，電阻器44、鐵電電容器41和電阻器43的值的適當(dāng)選擇將允許電路在沒有電容器42的情況下適當(dāng)工作?，F(xiàn)在參見圖4，該圖是利用了鐵電FET51作為開關(guān)元件的自主存儲器電路的示意圖。自主存儲器電路50以類似于以上關(guān)于圖3所討論的自主存儲器電路40的方式操作。鐵電FET51在節(jié)點(diǎn)49和接地之間提供受輸入節(jié)點(diǎn)上的電位控制的可變電阻。鐵電FET是本領(lǐng)域已知的，并因此將不在這里詳細(xì)討論。對于這些裝置的更詳細(xì)描述，將讀者引導(dǎo)到美國專利5，070，385。鐵電FET可以在與鐵電電容器41相同的制造系統(tǒng)中制造，允許它們以降低的成本同時制造。還應(yīng)注意鐵電裝置不需要結(jié)晶襯底例如硅晶圓。可以在可以經(jīng)受制造溫度的任意襯底上制造該裝置，并因此可以在非結(jié)晶襯底上制造整個電路，這充分降低制造成本。以上所討論的自主存儲器電路的操作可以分成程序模式和讀出模式。在程序模式中，在總線45上不需要外部電力，并且電容器42不是必需的。再次參見圖3，并假設(shè)鐵電電容器41已在進(jìn)入程序模式之前由自主存儲器電路40的先前讀出復(fù)位到向上狀態(tài)。如果在輸入端施加具有充足電壓以便復(fù)位鐵電電容器41的正脈沖，則鐵電電容器41的狀態(tài)將改變成向下狀態(tài)并保持，直到該狀態(tài)改變。正輸入脈沖導(dǎo)致鐵電電容器41的極化倒轉(zhuǎn)，這導(dǎo)致電流從節(jié)點(diǎn)49流入晶體管46。正脈沖還通過電阻器43接通晶體管46，因此從鐵電電感器41的復(fù)位產(chǎn)生的電流通過晶體管46的集電極/發(fā)射極路徑分流到接地。在沒有任意外部電力或外部電路連接到自主存儲器電路40的情況下，新狀態(tài)將保持存儲在鐵電電容器41中，直到鐵電電容器41在讀出復(fù)位。如果正脈沖施加到節(jié)點(diǎn)49同時電路斷電，如果鐵電電容器41還沒有向上則其將切換到向上。因此，因?yàn)槌删幊淘刺峁┑碾娏χ庾灾鞔鎯ζ麟娐?0在記錄模式時不需要電力，所以自主存儲器電路40良好適合在現(xiàn)場為稍后讀出記錄事件。此外，由編程源需要的電力是非常小的。在編程期間流動的唯一電流是由當(dāng)鐵電電容器41倒轉(zhuǎn)狀態(tài)時從鐵電電容器41轉(zhuǎn)移的電荷表示的電流加上穿過晶體管46的基極的漏泄電流。通過晶體管的適當(dāng)挑選，從編程源抽取的電力可以小于一毫瓦。通過將自主存儲器電路40加電，自主存儲器電路40將自動復(fù)位到向上狀態(tài)。電阻器44和在編程期間晶體管接通的范圍確定了在加電階段抽取的電力。再次，電力需求可以是非常小的，并因此來自正在被監(jiān)控的裝置的信號足以復(fù)位該裝置。一旦復(fù)位，由于晶體管46截止，因此電力抽取為低?，F(xiàn)在參見展示了自主存儲器電路系統(tǒng)的圖5A和5B。圖5A是根據(jù)本發(fā)明的現(xiàn)場單元的一個實(shí)施方案的示意圖，并且圖5B是用于讀出現(xiàn)場單元例如在圖5A中所示出的現(xiàn)場單元60的狀態(tài)的讀出電路的示意圖?，F(xiàn)場單元60包括如以上所描述的鐵電電容器41和開關(guān)元件46。讀出單元65提供了電阻負(fù)載44、電荷電壓轉(zhuǎn)換器42和當(dāng)電力施加到總線45時測量在節(jié)點(diǎn)A’上的電位的控制器63。通過將現(xiàn)場單元60的端子A和B分別連接到讀出單元65的端子A’和B’，將現(xiàn)場單元60連接到讀出單元65。本發(fā)明的自主存儲器電路還可以用來構(gòu)造非易失性鎖存器。以上所討論的自主存儲器電路實(shí)施方案假設(shè)在加電之后的狀態(tài)是“向上”，無關(guān)于在電力施加到該自主存儲器電路之前鐵電電容器的狀態(tài)。為提供鎖存器功能因此數(shù)據(jù)不在加電期間被破壞，必須提供某種類型的反饋電路以便如果當(dāng)施加電力時鐵電電容器在向下狀態(tài)則將鐵電電容器的狀態(tài)復(fù)位到向下狀態(tài)。在本發(fā)明的一個方面中，提供了從自主存儲器電路的輸出端到開關(guān)/放大器的控制輸入端的反饋電路?，F(xiàn)在參見圖6，該圖是利用了基于本發(fā)明的該方面的反饋路徑的非易失性鎖存器70的框圖。當(dāng)自主存儲器電路加電時，在鎖存器70中的反饋電路77測量在節(jié)點(diǎn)76和電源軌78之間的電位差。如果跨負(fù)載71的電位差大于預(yù)定閾值，則反饋電路77在線路75上生成信號，該信號導(dǎo)致開關(guān)73進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)，并且鐵電電容器72設(shè)定成向下狀態(tài)。由于開關(guān)73接通，用于反饋電路77的控制輸入端永久保持接通并且電路鎖存?，F(xiàn)在參見圖7，該圖展示了在鐵電電容器41在向上和向下狀態(tài)的情況下自主存儲器電路40加電時，在電源軌和在圖3中所示出的節(jié)點(diǎn)49’上的電位作為時間的函數(shù)。如果當(dāng)電路40加電時鐵電電容器41在向下狀態(tài)，則在節(jié)點(diǎn)49’上的電位與電源軌電位一起初始地增加，直到在節(jié)點(diǎn)49’的電位達(dá)到導(dǎo)致鐵電電容器41開始改變極化狀態(tài)的值。當(dāng)鐵電電容器41開始倒轉(zhuǎn)極化時，釋放導(dǎo)致晶體管46開始導(dǎo)電的電荷。如果晶體管46開始過多地導(dǎo)電，則在節(jié)點(diǎn)49’上的電位開始下降并且鐵電電容器41停止切換。如果晶體管46不足夠?qū)щ?，則在節(jié)點(diǎn)49’上的電位更快升高，導(dǎo)致鐵電電容器41更快切換，強(qiáng)制更多電流流入晶體管46的控制輸入端，提到其電導(dǎo)率。因此，電路與節(jié)點(diǎn)49的定位一起以慢速的升高穩(wěn)定在具體中間值。這樣，晶體管46的電導(dǎo)率的改變限制在節(jié)點(diǎn)49’的電壓升高，直到鐵電電容器41的狀態(tài)的改變完成。在這點(diǎn)上，沒有進(jìn)一步的電荷將從鐵電電容器41釋放，并因此，晶體管46將再次變得非導(dǎo)電。在鐵電電容器41的轉(zhuǎn)換期間的電位將在以下討論中稱為“支架電壓”Vs。在節(jié)點(diǎn)49’或基于其他形式開關(guān)的自主存儲器電路中類似節(jié)點(diǎn)的電位的具體形狀將通常取決于具體的開關(guān)實(shí)現(xiàn)方式。再次參見圖7，并且特別地參見虛曲線，在電源軌和在圖3中所示出的節(jié)點(diǎn)49’上的電位示作當(dāng)自主存儲器電路40在鐵電電容器41在向上狀態(tài)的情況下加電時的時間的函數(shù)。由于鐵電電容器41不在加電時接通，因此極小電流流入晶體管46的控制輸入端，并且晶體管46不再導(dǎo)電。在節(jié)點(diǎn)49上的電位立即升高到在電源軌45上的電壓。重要的是注意如果在加電順序期間另一電路在節(jié)點(diǎn)49附裝到輸出端，則施加到電源軌45的電源電壓必須足夠高，從而使得由于向鐵電電容器41的讀取端供電并向附裝到節(jié)點(diǎn)49的外部電路的輸入端供電的電流的組合抽取，因此跨導(dǎo)電負(fù)載44的壓降將允許節(jié)點(diǎn)49升高到足夠高，以便完成鐵電電容器41的其讀操作。再次參見圖6。如以上所提到，如果鐵電電容器72在加電時在向下狀態(tài)，則在鐵電電容器72的狀態(tài)切換到向上狀態(tài)所需要的時期期間在節(jié)點(diǎn)76上的電位將小于在電源軌78上的電位。支架電壓的具體值和中間狀態(tài)的持續(xù)時間將取決于開關(guān)73、鐵電電容器72和電荷電壓轉(zhuǎn)換器74的性質(zhì)。反饋電路必須檢測在Ns和電源軌78之間的差。如果在78和節(jié)點(diǎn)76之間的電位差大于閾值，則反饋電路77接通開關(guān)73，但如果該電位差小于該閾值則不接通開關(guān)73。反饋裝置的閾值電壓必須如此從而使得反饋電路77直到鐵電電容器72開始切換時才做出自己的決定，?，F(xiàn)在參見圖8，該圖是根據(jù)本發(fā)明的非易失性鎖存器80的一個實(shí)施方案的示意圖。晶體管82在鎖存器80中充當(dāng)導(dǎo)電負(fù)載。在加電期間，在晶體管81的柵極上的電位將是V或Vs，支架電壓。如果電位是V，則晶體管81完全地停留在0FF，并因此晶體管81提供高阻抗。在此情況下，晶體管81不再轉(zhuǎn)為0N，并且晶體管83停留在OFF。OUTPUT升高，并且鐵電電容器84保持預(yù)編程在UP狀態(tài)。如果Vs在節(jié)點(diǎn)87生成，則晶體管81在漏極和柵極之間受到將晶體管81接通的負(fù)電位，并因此如果支架電壓在節(jié)點(diǎn)87生成，則晶體管81提供非常低的阻抗。如果晶體管81接通、晶體管83接通，則將節(jié)點(diǎn)86拉到V并將節(jié)點(diǎn)87拉到接地，并因此向鐵電電容器84施加所有V，以便將鐵電電容器84切換回到DOWN狀態(tài)。通過設(shè)計電路因此在支架電壓Vs和V之間的差大于晶體管81的閾值電壓，符合以上所描述的閾值標(biāo)準(zhǔn)。電荷電壓轉(zhuǎn)換功能由電容器85提供。如果節(jié)點(diǎn)的寄生電容和晶體管83的柵極電容不足，則這里可以利用常規(guī)電容器。鐵電電容器還可以在其中需要感測電容器的任意實(shí)施方案中用于感測電容器。可以在通過拉動節(jié)點(diǎn)87到接地以便接通電阻器81來向鎖存器80供電，或在通過拉動節(jié)點(diǎn)86到接地以便斷開晶體管81來向鎖存器80供電時將鎖存器80預(yù)編程。當(dāng)電力是OFF時，仍可以通過將電位施加到節(jié)點(diǎn)86或87來將鐵電電容器84編程。如果強(qiáng)制節(jié)點(diǎn)87為高，則當(dāng)鎖存器加電時OUTPUT將為高。如果強(qiáng)制節(jié)點(diǎn)86為高，則當(dāng)鎖存器加電時OUTPUT將為低?，F(xiàn)在參見圖9，該圖展示了根據(jù)本發(fā)明的鎖存器的另一實(shí)施方案。鎖存器90從雙極晶體管構(gòu)造，并以與關(guān)于鎖存器80所描述類似的方式操作。鎖存器90的狀態(tài)存儲在鐵電電容器93中，并且電容器94將離開鐵電電容器93的電荷轉(zhuǎn)換成操作NPN晶體管92的電壓。反饋路徑由PNP晶體管91提供。導(dǎo)電負(fù)載95可以是電阻器或其他負(fù)載。應(yīng)注意在鎖存器90中的晶體管91或在鎖存器80中的晶體管81的斷路阻抗會如此高，從而使得如果鎖存器輸出端為高則節(jié)點(diǎn)96和在鎖存器80中的對應(yīng)節(jié)點(diǎn)會浮動，使得當(dāng)電路接通時節(jié)點(diǎn)96易受靜電荷影響。可以通過包括下拉裝置例如電阻器99以便當(dāng)晶體管91在非導(dǎo)電狀態(tài)時將電容器94放電來彌補(bǔ)該狀況。下拉裝置必須是非常高值的電阻器、反偏二極管(其容易內(nèi)建在MOS中)、或由在高于將晶體管91接通的電壓的輸出端接通的下拉開關(guān)。在下拉開關(guān)的情況下，該開關(guān)應(yīng)僅在輸出端達(dá)到V的情況下接通。在以上所描述實(shí)施方案中，從單個晶體管或開關(guān)裝置構(gòu)造反饋路徑。因?yàn)榫w管技術(shù)提供了雙極裝置，所以使得這是可能的。例如，鎖存器90可以利用NPN和PNP晶體管。如果用來提供開關(guān)的技術(shù)是單極的，則反饋路徑需要額外的開關(guān)或晶體管。例如以上關(guān)于圖4所討論的鐵電FET類似于N溝道增強(qiáng)型FET或N溝道耗盡型FET。帶有負(fù)柵電壓的增強(qiáng)的鐵電FET尚不存在。因此，必須利用反饋路徑的不同形式?，F(xiàn)在參見圖10，其展示了根據(jù)本發(fā)明的鎖存器的另一實(shí)施方案。鎖存器100從單極開關(guān)裝置構(gòu)造。導(dǎo)電負(fù)載105、開關(guān)104、鐵電電容器72形成鎖存器100的自主存儲器單元部分。兩個鉗位開關(guān)102和103將V與輸出比較，以便確定支架電壓是否在鎖存器100的加電期間發(fā)生，并因此設(shè)定存儲器開關(guān)的狀態(tài)。上鉗位開關(guān)102和下鉗位開關(guān)103都具有閾值，并是相同類型的開關(guān)(單極的)。例如，兩個鉗位開關(guān)可以從當(dāng)沒有電壓施加到它們的控制輸入端時斷開的增強(qiáng)開關(guān)來構(gòu)造。這是N溝道FET、NPN雙極晶體管或鐵電FET的功能性。下鉗位開關(guān)103具有高于支架電壓但低于上鉗位開關(guān)102的閾值。如果支架電壓發(fā)生，則下鉗位開關(guān)103的接通被延遲，但由V觸發(fā)的上鉗位開關(guān)102接通，以便將開關(guān)104接通，并向下拉動輸出以及確保下鉗位開關(guān)103不再接通。如果支架電壓不發(fā)生，即鐵電電容器72在施加電力之前以向上狀態(tài)極化，則下鉗位開關(guān)103在上鉗位開關(guān)102之前接通，并因此保持開關(guān)104斷開以及輸出端在高狀態(tài)。在此狀況下上鉗位開關(guān)102最終在下鉗位開關(guān)103之后接通；然而，柵極負(fù)載101確保上鉗位開關(guān)102不會將下鉗位開關(guān)103過負(fù)荷。柵極負(fù)載101還限制鉗位開關(guān)的功耗?，F(xiàn)在參見圖11，其展示了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案的單極鎖存器。鎖存器110從NPN晶體管單獨(dú)地構(gòu)造。上鉗位開關(guān)從NPN晶體管112構(gòu)造，該NPN晶體管112經(jīng)電阻器123和124偏壓，并具有由電阻器121提供的柵極負(fù)載。上鉗位開關(guān)從NPN晶體管113構(gòu)造，該NPN晶體管113具有由從電阻器115和116構(gòu)造的電阻分壓器設(shè)定的閾值。電阻器117提供了有限漏泄路徑以便當(dāng)晶體管112和113截止時防止節(jié)點(diǎn)125浮動。電荷電壓轉(zhuǎn)換由電容器118執(zhí)行，該電容器118接收當(dāng)鐵電電容器119改變狀態(tài)時從鐵電電容器119流動的電荷。在圖10中所示出的開關(guān)104由NPN晶體管111實(shí)施。上述實(shí)施方案利用了從晶體管構(gòu)造的開關(guān)。然而，開關(guān)還可以從繼電器或機(jī)電裝置構(gòu)造?，F(xiàn)在參見圖12，其展示了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案的鎖存器。鎖存器150利用了由在圖6中的開關(guān)73表示的用于切換功能的鐵電繼電器152，以及用于在圖6中所描述的反饋電路77的鐵電繼電器153。鐵電繼電器在本領(lǐng)域中眾所周知，并因此這里將不詳細(xì)討論這些繼電器。為了本討論，在圖13中示出了示例性鐵電繼電器；然而，可以在本發(fā)明中利用這種繼電器的許多其他實(shí)施方案。鐵電繼電器160從夾在兩個電極162和163之間的鐵電材料161的層構(gòu)成。為了該實(shí)例，將假設(shè)電極162不能響應(yīng)于層161的長度改變來顯著改變其長度，并因此，當(dāng)層161長度改變時，電極162彎曲從而使得觸點(diǎn)164根據(jù)層161是否長度增加或減少向電極165或遠(yuǎn)離電極165移動。層161極化,從而使得由于層161的長度響應(yīng)于所施加電場變短因此在電極162和163之間施加電位時，觸點(diǎn)164將接觸電極165。在電極之間沒有施加電位時，觸點(diǎn)164和電極165之間的接觸被破壞。鐵電繼電器160可以通過將引線166連接到INPUT、將引線168連接到OUTPUT并將引線167連接到電源軌154，用于在圖12中所示出的繼電器153。相似地，鐵電繼電器160可以通過將引線167連接到接地、將引線168連接到INPUT并將引線166連接到OUTPUT，用于繼電器152。當(dāng)鐵電電容器151的極化正在切換時，切換電位由從鐵電電容器151轉(zhuǎn)移的電荷提供。應(yīng)注意層161與電極162和163還形成鐵電電容器。因此，通過鐵電電容器151與鐵電繼電器152和153中電容器的相對電容的適當(dāng)選擇，當(dāng)鐵電電容器151改變狀態(tài)時從鐵電電容器151切換的電荷將足以切換鐵電繼電器152和153的狀態(tài)。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，通過控制電容器的相對面積來控制相對電容。還應(yīng)注意在鐵電繼電器152中的鐵電電容器還服務(wù)于以上所討論的電荷電壓轉(zhuǎn)換器的功能，并因此不需要額外的電荷電壓轉(zhuǎn)換器。應(yīng)注意具有從電源軌154通過與元件151-153相關(guān)聯(lián)的三個鐵電電容器直到接地的電容電路。通過三個電容器的大小的適當(dāng)選擇，可以去除導(dǎo)電負(fù)載155。已經(jīng)提供了本發(fā)明的上述實(shí)施方案以展示本發(fā)明的不同方面。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，不同具體實(shí)施方案中展示的本發(fā)明的不同方面可以進(jìn)行組合以提供本發(fā)明的其他實(shí)施方案。另外，本發(fā)明的各種修改形式從前述描述和附圖中將變得對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員明顯。因此，不應(yīng)當(dāng)僅通過以下權(quán)利要求的范圍來限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種電路,包括 特征在于第一和第二極化狀態(tài)的一個鐵電電容器； 一個可變阻抗元件，所述可變阻抗元件在第一和第二開關(guān)端子之間具有由在控制端子上的信號確定的開關(guān)阻抗，所述鐵電電容器在所述控制端子和所述第一開關(guān)端子之間連接， 其中在所述第一和第二開關(guān)端子之間施加電位差時，以由所述鐵電電容器的所述極化狀態(tài)確定的方式變化的電流在所述第一開關(guān)端子和所述第二開關(guān)端子之間流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，進(jìn)一步包括在所述控制端子和所述第二開關(guān)端子之間的一個電荷電壓轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，進(jìn)一步包括在一個第一電力端子和所述第一開關(guān)端子之間連接的一個導(dǎo)電負(fù)載，所述第二開關(guān)端子連接到一個第二電力端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中所述導(dǎo)電負(fù)載具有由所述控制端子上的所述信號確定的阻抗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述可變阻抗元件選自下組，該組的構(gòu)成為雙極晶體管、鐵電FET、FET、放大器、鐵電繼電器、鐵磁繼電器和靜電MEM開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述開關(guān)阻抗作為在所述控制端子上的電位的函數(shù)而改變，并且其中所述電路包括連接到所述控制端子的一個電荷電壓轉(zhuǎn)換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路,其中所述電荷電壓轉(zhuǎn)換器包括具有鐵電介電材料的一個電容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中所述極化狀態(tài)響應(yīng)于所述第一和第二電力端子之間正在施加的電位差從所述第一狀態(tài)切換到所述第二狀態(tài)，并且其中所述電路進(jìn)一步包括一個反饋電路，如果所述極化狀態(tài)響應(yīng)于所述已施加電位差從所述第一狀態(tài)切換到所述第二狀態(tài)，則所述反饋電路將所述極化狀態(tài)復(fù)位到所述第一極化狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述反饋電路包括一個反饋元件，當(dāng)所述電位差施加在所述第一和第二電力端子之間時，所述反饋元件測量在所述第一開關(guān)端子和所述第一電力端子之間的起動電位，并基于所述起動電位將所述極化狀態(tài)設(shè)定成所述第一極化狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述可變阻抗元件包括一個第一類型的雙極裝置，并且所述反饋元件包括一個相反類型的阻抗裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，其中所述雙極裝置包括一個雙極晶體管。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，其中所述雙極裝置包括一個MOSFET。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述反饋電路包括特征在于第一電容的一個第一鐵電繼電器。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述反饋電路包括一個器件，該器件選擇下組，該組的構(gòu)成為雙極晶體管、鐵電FET、FET、放大器、鐵電繼電器、鐵磁繼電器和靜電MEM開關(guān)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中所述可變阻抗元件包括一個第二鐵電繼電器，所述第二鐵電繼電器具有取決于所述第一電容的電容。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述反饋電路包括一個反饋負(fù)載和第一及第二反饋開關(guān)，所述反饋負(fù)載由所述第一反饋開關(guān)響應(yīng)于所述已施加電位差連接到所述控制端子，并且所述第二反饋開關(guān)響應(yīng)于在所述可變阻抗元件的所述第一開關(guān)端子上的所述電位在大于預(yù)定閾值的電位將所述控制端子連接到所述第二電力端子。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路，其中當(dāng)施加所述電位差并且其中所述預(yù)定閾值小于一個第一電力電位時，所述第一電力端子在所述第一電力電位。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路，其中所述可變阻抗元件與所述第一和第二反饋開關(guān)包括相同類型的開關(guān)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，其中所述開關(guān)選自下組，該組的構(gòu)成為N溝道FET、NPN雙極晶體管或鐵電FET。
20.—種電路,包括 一個第一鐵電電容器；以及 一個鐵電繼電器，所述鐵電繼電器具有由一個第二鐵電電容器控制的開關(guān)，所述開關(guān)具有第一和第二開關(guān)端子，當(dāng)所述第二鐵電電容器具有第一極化狀態(tài)時所述第一開關(guān)端子連接到所述第二開關(guān)端子，并且當(dāng)所述鐵電電容器具有第二極化狀態(tài)時所述第一開關(guān)端子從所述第二開關(guān)端子斷開，其中 所述第一鐵電電容器與所述第二鐵電電容器串聯(lián)連接； 所述第一鐵電電容器連接到所述第一開關(guān)端子；以及 所述第二鐵電電容器連接到所述第二開關(guān)端子。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電路，其中所述第一鐵電電容器具有電容，所述電容被挑選從而使得當(dāng)所述第一鐵電電容器改變極化狀態(tài)時從所述第一鐵電電容器釋放的電荷足以導(dǎo)致所述第二鐵電電容器改變極化狀態(tài)。
22.—種用于確定特征在于第一和第二極化狀態(tài)的鐵電電容器的狀態(tài)的方法,所述方法包括 提供一個可變阻抗元件，所述可變阻抗元件在第一和第二開關(guān)端子之間具有由在控制端子上的信號確定的開關(guān)阻抗，所述鐵電電容器在所述控制端子和所述第一開關(guān)端子之間連接， 在所述第一和第二開關(guān)端子之間施加電位差；以及 測量在所述第一開關(guān)端子和所述第二開關(guān)端子之間流動的電流，以便確定所述鐵電電容器的所述極化狀態(tài)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括將離開所述鐵電電容器的電荷轉(zhuǎn)換成施加到所述控制端子的電壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述極化狀態(tài)響應(yīng)于所述第一和第二電力端子之間正在施加的電位差從所述第一狀態(tài)切換到所述第二狀態(tài)，并且其中所述方法進(jìn)一步包括如果所述極化狀態(tài)響應(yīng)于所述已施加電位差從所述第一狀態(tài)切換到所述第二狀態(tài)，則將所述極化狀態(tài)復(fù)位到所述第一極化狀態(tài)。
全文摘要
在此披露了一種包括鐵電電容器、可變阻抗元件和導(dǎo)電負(fù)載的存儲器單元。特征在于第一和第二極化狀態(tài)的該鐵電電容器在控制端子和第一開關(guān)端子之間連接。該可變阻抗元件在該第一和第二開關(guān)端子之間具有由在控制端子上的信號確定的阻抗。該導(dǎo)電負(fù)載在第一電力端子和該第一開關(guān)端子之間連接。該第二開關(guān)端子連接到第二電力端子。在該第一和第二電力端子之間施加電位差時，在該第一開關(guān)端子上的電位以由該鐵電電容器的極化的狀態(tài)確定的方式變化。
文檔編號G11C11/24GK103026414SQ201080068179
公開日2013年4月3日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者約瑟夫·塔特·埃文斯 申請人:拉迪安特技術(shù)公司