CN103021451B - 一种基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及存储器技术领域，尤其涉及一种基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新方法，本存储设备，包括振荡器、分频器、温度传感器，第一选择器，所述的温度传感器和第一选择器连接，振荡器连接到分频器，分频器和第一选择器连接，第一选择器和DRAM阵列相连接，该存储设备还包括n个衬底电压稳定模块和第二选择器，所述n个衬底电压稳定模块产生DRAM保持期间的衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn，第二选择器在温度传感器产生的温度电压信号Vtemp控制下从衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn中选择一个输出到DRAM阵列的晶体管衬底电压上。本发明克服了现有技术存在的，如每级的频率对应的温度范围大，阈值电压变化范围大，可能出现低效率或者不可靠问题。
Description
技术领域
本发明涉及存储器技术领域，尤其涉及一种基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新方法。
背景技术
DRAM会由于漏电流而造成数据破坏，因此，应当在单元数据丢失之前将数据读出之后再充电到初始的电荷水平。这个再充电的过程就称为刷新。另外，自刷新指的DRAM自身以固定的周期进行刷新，以维持standby状态的存储单元中的数据。另一方面，温度每上升10度，漏电流增加一倍。换句话说，当温度上升10度，存储单元数据的维持时间降低1/2，当上升50度时，维持时间降低到1/32。如上所描述，漏电流与温度密切相关，因此，温度是影响刷新周期的重要因素。即，自刷新周期在相对较高温度时应该更短。
现有技术按照温度多级控制刷新频率的技术，参考附图1，按照温度多级控制刷新频率的存储设备包括，振荡器101，分频器102，温度传感器103和选择器104。温度传感器103具有感知温度并分级处理的功能，给出不同阶段温度对应的电压信号，输出到选择器104的输入端。分频器102产生多种刷新频率。根据不同温度对应电压信号，选择器104选择一种刷新频率输出refrq。参考附图2，附图2为现有技术阈值电压和多级刷新频率、温度变化的曲线图。现有技术中，阈值电压Vth随着温度升高而下降，刷新周期在不同的温度阶段对应不同的周期。此时各阶段刷新周期应当满足该温度阶段内最坏情况下的刷新需求，其中刷新周期的倒数为刷新频率。
现有技术CN1734667A就公开了一种刷新周期产生电路。该刷新周期产生电路，产生刷新DRAM单元时的刷新周期，其构成具有：以对环境温度具有温度依赖性的频率进行振荡的振荡电路部；对所述振荡电路部的振荡输出进行分频的分频电路；检测所述环境温度的温度检测器；以及根据所述温度检测器的输出，可切换地选择输出来自所述分频电路的多个频率的分频输出，输出作为所述刷新周期的基准的信号的选择电路，所述振荡电路部的所述温度依赖性在规定的温度范围内具有正的温度系数，而在所述规定的温度范围外不具有正的温度系数，所述选择电路在所述规定的温度范围外进行所述分频输出的切换。
现有技术的不足之处在于，通常情况下，如果不加控制，每隔12度，刷新频率就需要提高一倍。那么必须分段设置刷新频率。每级的频率对应的温度范围大，阈值电压变化范围大，可能出现低效率或者不可靠问题。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提出一种基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备，包括振荡器、分频器、温度传感器，第一选择器，所述的温度传感器和第一选择器连接，振荡器连接到分频器，分频器和第一选择器连接，第一选择器和DRAM阵列相连接，该存储设备还包括n个衬底电压稳定模块和第二选择器，所述n个衬底电压稳定模块产生DRAM保持期间的衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn，第二选择器在温度传感器产生的温度电压信号Vtemp控制下从衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn中选择一个输出到DRAM阵列的晶体管衬底电压上，其中，n为自然数。
优选的，振荡器产生刷新信号frq，然后输出到分频器。
优选的，分频器对振荡器产生的刷新信号frq进行分频，产生分频后的刷新频率frqs。
优选的，在Vtemp控制下，第一选择器从多个刷新频率frqs中选择给出最终刷新频率Refrq，输出到DRAM阵列。
优选的，衬底电压稳定模块包括三个定值电阻、一个三极管T1、比较器和电荷泵。
优选的，三极管为跟DRAM阵列中晶体管完全相同的晶体管，取自冗余单元。
优选的，通过调整三个定值电阻得到衬底电压VBBn。
优选的，第二选择器为三态传输门。
为了达到上述目的，本发明还提出一种方法，包括以下步骤：n个衬底电压稳定模块产生DRAM保持期间的衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn，第二选择器在温度传感器产生的温度电压信号Vtemp控制下从衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn中选择一个输出到DRAM阵列的晶体管衬底电压上，其中，n为自然数。
本发明克服了现有技术存在的，如每级的频率对应的温度范围大，阈值电压变化范围大，可能出现低效率或者不可靠问题。
附图说明
附图1为现有技术按照温度多级控制刷新频率的存储设备；
附图2为现有技术阈值电压和多级刷新频率、温度变化的曲线图；
附图3为根据本发明实施例基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备；
附图4为根据本发明实施例衬底电压稳定模块201的电路图；
附图5为根据本发明实施例衬底电压稳定模块202的电路图；
附图6为根据本发明实施例阈值电压和多级刷新频率、温度变化的曲线图；
附图7为根据本发明实施例选择器300的电路图；
具体实施方式
附图3为根据本发明实施例基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备，相同的元件采用和附图1中相同的附图标记。基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备包括，振荡器101、分频器102、温度传感器103。根据本发明实施例基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备设置两个选择器选择器104和选择器300，400为DRAM阵列。所述存储设备设置多个衬底电压稳定模块201、202、……20n，n为自然数。衬底电压稳定模块201、202、……20n每一个连接到选择器300，衬底电压稳定模块201、202、……20n产生DRAM保持期间的衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn，输出到选择器300中。温度传感器101用于生成依赖于温度波动的电压Vtemp，温度传感器103同时和选择器104以及选择器300连接。选择器300在温度电压信号Vtemp控制下从VBB1、VBB2直到VBBn中选择一个输出到DRAM阵列的晶体管衬底电压VBB上。振荡器101产生刷新信号frq，然后输出到分频器，对其进行分频，产生分频后的刷新频率frqs。刷新频率Reffq，也是在Vtemp控制下，由选择器1模块104从多个频率frqs中选择给出。也即，温度传感器103分别和选择器104、选择器300连接，温度传感器输出的依赖于温度波动的电压Vtemp输出到选择器104和选择器300，选择器300在温度电压信号Vtemp控制下从VBB1、VBB2直到VBBn中选择一个输出到DRAM阵列的晶体管衬底电压VBB上；同时，在Vtemp控制下，由选择器1模块104从多个频率ffqs中选择给出。
附图4为根据本发明实施例衬底电压稳定模块的电路图(201，202，……，20n)。作为其中的一个示例，附图4示出了衬底电压稳定模块201的电路图。该衬底电压稳定模块201包括定值电阻R11、R12、R13，一个三极管T1，一个比较器和一个电荷泵。T1为跟DRAM阵列中晶体管完全相同的晶体管，可取自冗余单元。电阻R12和R13的一端连接，并连接到比较器的正输入端，R12的另外一端接电源电压VDD或者某一个参考电压Vref，R13的另外一端接地。R11的一端接电源电压VDD或者某一个参考电压Vref，而另外一端接三极管T1的漏极和栅极，并接到比较器的负输入端，比较器的输出端和电荷泵连接，电荷泵的输出即为VBB，同时反馈给三极管。通过调整R11、R12、R13得到VBB1；202中，通过调整R21、R22、R23得到VBB2。以此类推，在20n中，通过调整对应的Rn1、Rn2、Rn3得到VBBn。这里的三极管T1为跟DRAM阵列中晶体管完全相同的晶体管，可取自冗余单元。同理，附图5为根据本发明实施例衬底电压稳定模块202的电路图，由于是同样的结构，所以在此不一一介绍。
附图6为根据本发明实施例阈值电压和多级刷新频率、温度变化的曲线图。采用本发明后，阈值电压在一定温度范围内保持不变，那么刷新频率可以采用该范围内较低的频率，因而降低刷新功耗。
附图7为根据本发明实施例选择器300的电路图。301、302、……30n可以是三态传输门电路。衬底电压稳定模块201、202、……20n产生的DRAM保持期间的衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn依次输出到三态传输门电路301、302、……30n。在温度电压信号Vtemp控制下，从VBB1、VBB2直到VBBn中选择一个电压输出VBB。
根据本发明一个实施例，还提出了一种基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备的刷新方法，所述存储设备包括振荡器、分频器、温度传感器，第一选择器，所述的温度传感器和第一选择器连接，振荡器连接到分频器，分频器和第一选择器连接，第一选择器和DRAM阵列相连接。所述方法包括n个衬底电压稳定模块产生DRAM保持期间的衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn，第二选择器在温度传感器产生的温度电压信号Vtemp控制下从衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn中选择一个输出到DRAM阵列的晶体管衬底电压上，其中，n为自然数。
尽管示出和描述了本发明的优选实施例，对本领域技术人员显而易见的是在其更宽的方面不脱离本发明的情况下可以作出很多变化和修改。
Claims (9)
1.一种基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备，包括振荡器，分频器，温度传感器和第一选择器，所述的温度传感器和第一选择器连接，振荡器连接到分频器，分频器和第一选择器连接，第一选择器和DRAM阵列相连接，其特征在于：
该存储设备还包括n个衬底电压稳定模块和第二选择器，所述n个衬底电压稳定模块产生DRAM保持期间的衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn，第二选择器在温度传感器产生的温度电压信号Vtemp控制下从衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn中选择一个输出到DRAM阵列的晶体管衬底电压上，
其中，n为自然数。
2.根据权利要求1所述的基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，振荡器产生刷新信号frq，然后输出到分频器。
3.根据权利要求2所述的基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，分频器对振荡器产生的刷新信号frq进行分频，产生分频后的刷新频率frqs。
4.根据权利要求3所述的基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，在Vtemp控制下，第一选择器从多个刷新频率frqs中选择给出最终刷新频率Refrq，输出到DRAM阵列。
5.根据权利要求1所述的基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，衬底电压稳定模块包括三个定值电阻、一个三极管T1、比较器和电荷泵。
6.根据权利要求5所述的基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，三极管为跟DRAM阵列中晶体管完全相同的晶体管，取自冗余单元。
7.根据权利要求6所述的基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，通过调整三个定值电阻得到衬底电压VBBn。
8.根据权利要求1所述的基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备，其特征在于，第二选择器为三态传输门。
9.一种基于阈值电压调节的多级温度控制自刷新存储设备的刷新方法，所述存储设备包括振荡器，分频器，温度传感器和第一选择器，所述的温度传感器和第一选择器连接，振荡器连接到分频器，分频器和第一选择器连接，第一选择器和DRAM阵列相连接，其特征在于：
n个衬底电压稳定模块产生DRAM保持期间的衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn，第二选择器在温度传感器产生的温度电压信号Vtemp控制下从衬底电压VBB1、VBB2、……VBBn中选择一个输出到DRAM阵列的晶体管衬底电压上，其中，n为自然数。
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