一種rram電壓產生系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及存儲器領域，具體為一種RRAM電壓產生系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]阻變型隨機存儲器(RRAM)是一種新型的非易失性信息存儲技術，具有結構簡單、兼容標準CMOS工藝、低操作電壓、低功耗及高速讀寫等特點。其存儲信息單元是由表現出高阻態(tài)(例如:10Kohm)和低阻態(tài)(例如:1Kohm)的雙極記憶特性的可變電阻實現。
[0003]為了使可變電阻在低阻態(tài)和高阻態(tài)之間轉化，則需要將可變電阻配置在不同的電壓或電流工作條件下。
[0004]圖1所示為一組典型的1T1R(1個晶體管和I個可變電阻)存儲單元電壓配置圖，其中將ITlR配置在SET條件下，可變電阻將從高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，即實現寫“I”功能；與之相反，配置在RESET條件下，可變電阻將從低阻態(tài)變?yōu)楦咦钁B(tài)，即實現寫“O”功能。
[0005]圖2所示為一種典型的存儲單元SET過程時序圖(RESET過程類似)，SET過程采取對存儲單元多次SET (最多16次)的操作方式，即位線BL的電壓從最低開始，SET 一次后讀一次，如果本次SET成功，則切換到下一個存儲單元的操作；如果本次SET失敗，則位線BL上的電壓增加100mV，再進行第二次SET，以此類推，直到SET成功；如果第16次SET操作失敗，即位線BL上的電壓達到最高，則認為此存儲單元失效，然后切換到下一個存儲單元以相同的方式操作。
[0006]從以上相關背景介紹可知，為了改變ITlR存儲單元的存儲狀態(tài)，必須為其提供輸出正確、具有足夠驅動能力且時序滿足要求的驅動電壓:提供給字線WL上的電壓恒定不變，而提供給位線BL和源線SL上的電壓每個脈沖電平升高100mV，但當地址切換時，提供給BL/SL上的電壓迅速下降(例如10nS)至最低電壓(最大下降幅度1.5V);同時，也要給輔助電路如行列譯碼器、靈敏放大器提供外部系統(tǒng)所不能提供的電源及參考電壓，而所有這些電壓產生器則組成了 RRAM電壓產生系統(tǒng)，輔助RRAM正常工作。
[0007]現有的一種RRAM電壓解決方案，如學術論文:《新型阻變存儲器內的電壓解決方案》;廖啟宏等；集成電路設計與應用(半導體技術)，2011年6月，第36卷，第6期，如圖3為其電壓產生系統(tǒng)原理圖，包括帶隙基準源、低壓輸出LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器)和Dickson電荷泵，其中Dickson電荷泵由壓控振蕩器、時鐘分頻和電荷泵核組成。
[0008]帶隙基準源為其他電路提供與工藝和溫度無關的參考電壓，包括壓控信號，電荷泵輸出參考電壓和低壓LDO輸出參考電壓；
[0009]低壓LDO提供低于外部電源的輸出電壓，為存儲單元讀寫提供足夠驅動能力的驅動電壓；
[0010]Dickson電荷泵產生外部系統(tǒng)所不能提供的且高于外部電源的電壓，為存儲單元寫O或寫I提供足夠驅動能力的驅動電壓；
[0011]雖然上述現有方案能夠為RRAM提供所需的所有電壓，但是還存在以下缺點:1)此方案不支持多字節(jié)Bytes存儲單元同時操作；原文中提到:電荷泵采用Dickson電荷泵，其負載最大為ImA ;由此可以推測，此方案僅用來支持驅動小于I個字節(jié)(Sbits)存儲單元同時進行SET/RESET操作；若要支持多個字節(jié)(例16Bytes = 128bits)存儲單元同時進行SET/RESET操作，即電荷泵的負載電流便會很大(>16mA) ；2)采用3級Dickson電荷泵，電壓損失大，負載驅動能力低，功率效能低；若要達到足夠的驅動能力和輸出電壓，此方案的版圖面積變大，芯片的成本提高；3)存儲單元切換或SET/RESET模式切換(即提供給存儲單元的電壓迅速下降)采用“漏電路徑”的方式:需要額外的脈寬信號控制漏電路徑，同時切換后的電壓不能快速準確穩(wěn)定到目標值(即切換后的實際值與目標值存在一定的偏差)，影響后續(xù)存儲單元的正常操作；4)此方案并沒有對字線WL、位線BL和源線SL的LDO類型做出詳細闡述，不利于高效方案的實現。
【實用新型內容】
[0012]針對現有技術中存在的問題，本實用新型提供一種能夠支持多字節(jié)同時操作，數據讀寫速度快，輸出快速準確的RRAM電壓產生系統(tǒng)。
[0013]本實用新型是通過以下技術方案來實現:
[0014]一種RRAM電壓產生系統(tǒng)，包括用于將外部電源電壓升高并為其他子電路提供電源的電荷泵；用于提供時鐘信號的方波振蕩器；方波振蕩器的輸出端連接電荷泵的時鐘信號輸入端；用于為存儲單元的操作提供驅動電壓的線性穩(wěn)壓器，線性穩(wěn)壓器的輸出端依次連接行列譯碼器和存儲單元陣列；線性穩(wěn)壓器同時連接外部電源VCC和電荷泵輸出電源VPP供電；用于為系統(tǒng)提供上電復位信號，同時控制電荷泵、方波振蕩器和線性穩(wěn)壓器有序開啟的上電控制電路；用于為電荷泵、方波振蕩器、線性穩(wěn)壓器和上電控制電路提供參考電壓和參考電流的電壓電流基準源。
[0015]優(yōu)選的，電壓電流基準源由帶隙基準電壓源和溫度補償電流源組成，其輸出電壓VREF接至電荷泵、方波振蕩器和線性穩(wěn)壓器的參考電壓輸入端；輸出電流IREF分別接至電荷泵、方波振蕩器和線性穩(wěn)壓器的偏置電流輸入端。
[0016]優(yōu)選的，電荷泵采用雙分支結構，電荷泵輸入電壓源接外部電源VCC，輸出升壓后電壓VPP接至線性穩(wěn)壓器；參考電壓VREF輸入端和偏置電流IREF輸入端接至電壓電流基準源的輸出端；使能信號EN_CP輸入端接至上電控制電路的輸出端；時鐘信號CLK輸入端接至方波振蕩器的輸出時鐘端。
[0017]優(yōu)選的，方波振蕩器的參考電壓VREF輸入端和偏置電流IREF輸入端接至電壓電流基準源的輸出端；使能信號EN_0SC輸入端接至上電控制電路的輸出端。
[0018]優(yōu)選的，上電控制電路由邏輯及延時電路組成，按時序輸出邏輯控制信號EN_0SC、EN_CP、EN_GEN分別接至方波振蕩器、電荷泵及線性穩(wěn)壓器的使能輸入端。
[0019]優(yōu)選的，線性穩(wěn)壓器參考電壓輸入端VREF和偏置電流輸入端IREF接至電壓電流基準源，使能信號EN_GEN輸入端接至上電控制電路，輸出信號VWL_SET、VWL_RESET、VBL_SET、VSL_RESET和VCLAMP分別接至行列譯碼器。
[0020]進一步，線性穩(wěn)壓器由參考電壓穩(wěn)壓器、SET模式字線WL穩(wěn)壓器、RESET模式字線WL穩(wěn)壓器和SET模式位線BL/RESET模式源線SL穩(wěn)壓器及第一、二、三多路選擇器、、組成；
[0021]參考電壓穩(wěn)壓器、RESET模式字線WL穩(wěn)壓器和SET模式位線BL/RESET模式源線SL穩(wěn)壓器的電源由電荷泵輸出升壓后電壓VPP供電，SET模式字線WL穩(wěn)壓器連接外部電源VCC供電；
[0022]參考電壓穩(wěn)壓器輸出一系列參考電壓總線信號VREF_BUS分別通過第一、二、三多路選擇器、、連接到SET模式字線WL穩(wěn)壓器、RESET模式字線WL穩(wěn)壓器和SET模式位線BL/RESET模式源線SL穩(wěn)壓器的同相輸入端。
[0023]優(yōu)選的，參考電壓穩(wěn)壓器由第一放大器和串聯的第一、二電阻串、組成；串聯的第一、二電阻串、接于第一放大器的輸出端和地之間，用于對第一放大器的輸出分壓，產生一系列參考電壓總線信號VREF_BUS ;第一放大器反相輸入端接第一電阻串和第二電阻串的串聯公共端。
[0024]進一步，SET模式字線WL穩(wěn)壓器由第二放大器、第一電阻和第二電阻組成；串聯的第一、二電阻、接于放大器輸出VWL_SET和地端之間；第二放大器的反相輸入端接第一電阻和第二的串聯公共端。
[0025]進一步，RESET模式字線WL穩(wěn)壓器和SET模式位線BL/RESET模式源線SL穩(wěn)壓器分別由輸出端與反相輸入端相連的放大器組成。
[0026]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益的技術效果:
[0027]本實用新型所述RRAM電壓產生