طراحی حافظه استاتیکی با ولتاژ خیلی کم و مقاوم در برابر خطای نرم
چکیده
با پیشرفت تکنولوژی و به وجود آمدن سلول های حافظه ایستای جاسازی شده (sram)، این سلول ها به دلیل سرعت بسیار بالا و هزینه ی ساختِ کم، تبدیل به رایج ترین حافظه های مورد استفاده در بازار گردیدند. از طرف دیگر با افزایش تعداد ترانزیستورها در آرایه های sram و نیز افزایش جریان نشتی ترانزیستورها در تکنولوژی های با ابعاد کوچک ، توان مصرفی نیز افزایش می یابد. به علاوه فرایند کاهش ولتاژ منبع تغذیه برای جبرانِ کاهش مصرف توان، پایداری داده ی سلولِ sram را به خطر می اندازد؛ کاهش ابعاد قطعات نیز اثر تغییرات فرآیند بر روی سلول را افزایش می یابد. موضوع دیگری که باید به آن اشاره کرد اثرِ خطاهای مخربی چون خطای نرم می باشد که با کوچکتر شدن ابعاد قطعات، افزایش چشمگیری می یابد و در نتیجه طراحی مدارات مقاوم و کم توان یکی از مسائل مهم در عرصه الکترونیک دیجیتال به شمار می رود. در این پایان نامه ابتدا به بیان مفاهیم کلی خطای نرم پرداخته می شود، سپس اثرات آن و نیز روش های پایه کاهش توان مصرفی در سلول های sram مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت با در نظر گرفتن این موارد یک سلول sram با 13 ترانزیستور پیشنهاد می گردد. این سلول شامل هسته ی 10 ترانزیستوری با مسیر خواندن و نوشتن جداگانه به منظور افزایش پایداری سلول و نیز کاهش توان دینامیکی می باشد. به علاوه برای افزایش قدرت جمع آوری بار و افزایش مقاومت سلول در برابر خطای نرم، 2 ترانزیستور به هسته اصلی الحاق شده است. همچنین به منظور کاهش توان نشتی در مقایسه با سلول sram 6 ترانزیستوری، از یک ترانزیستور با یک سیگنال کنترلی استفاده شده است. در حقیقت توان مصرفی سلول پیشنهادی در دمای 27 درجه سانتیگراد، نسبت سلول 3/1 و ولتاژ تغذیه 8/0 ولت، برابر با 71/3 میکروووات است؛ درحالیکه در شرایط آزمایشگاهی یکسان توان مصرفی سلول sram 6 ترانزیستوری استاندارد برابر با 28/5 میکرووات، توان مصرفی سلول sram 18 ترانزیستوری برابر با 41/9 میکرووات و توان مصرفی سلول sram kim برابر با 19/5 میکرووات است که نسبت به سلول های گفته شده به ترتیب 25/31%، 42/61%، و 01/30% کاهش نشان می دهد. علاوه بر بهبود در توانِ مصرفی، مقاومت سلول پیشنهادی نیز در مقابل خطای نرم در مقایسه با سلول های sram t6 و kim و verma به ترتیب 1/47%، 6/30%، و 2/25% بهبود می یابد. همچنین می توان بار بحرانی سلول پیشنهادی را با افزودن خازن به آن به منظور افزایش ظرفیت خازنی، افزایش داد. در نتیجه با توجه به مقادیر بدست آمده واضح است که سلول 13 ترانزیستوری پیشنهاد شده در مقایسه با دیگر سلول ها برتری محسوسی دارد.