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静态随机存取储器设计与实现关键技术研究

作　者: 杨亚兰
导　师: 罗玉香
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 静态随机存取存储器集成电路仿真验证抗辐照加固 ESD
分类号: TP333.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着芯片集成度越来越高,容量要求越来越大,使得存储器在集成电路中所占面积比例越来越大,存储器对于系统性能的影响也越来越大,以至于存储器性能的提高成为一个极大的挑战。近年来,静态随机存取存储器(SRAM)的低功耗和快速数据存取的特点使其发展迅猛,如今SRAM尤其是高速SRAM在通讯领域的各项基础设施和通讯终端设备中被广泛应用。静态随机存取存储器(SRAM)促进了当今的高端便携消费电子产品热潮,但同时这也对SRAM的性能提出了更高的要求。所以对于大容量、高密度、高速度、低电压、低功耗和高可靠性的静态随机存取存储器(SRAM)的研究和设计具有重要的意义和价值。本文通过分析静态随机存取存储器(SRAM)在当今集成电路设计中现状及发展,基于VLSI实验室的多个SRAM设计项目,研究了SRAM设计和实现过程中的关键技术。本文首先分析了各种不同结构的SRAM基本存储单元的原理及特点,以及不同种类的SRAM电路结构及其特征,提出了它们的应用对于SRAM电路性能的影响。细化地研究了在SRAM电路设计过程中为提高芯片性能,需要特别设计的电路关键组成部分。提出SRAM全定制设计和实现的方法,并且研究了SRAM芯片设计过程中电路及版图的各种不同的仿真验证方法。最后研究了为提高SRAM芯片的可靠性和性能,在版图物理实现过程中可采用的方法和工艺。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-14
  1.1 论文背景及意义  8
  1.2 半导体存储器及其发展概况  8-10
  1.3 静态随机存取存储器（SRAM）研究现状及发展方向  10-14
    1.3.1 静态随机存取存储器（SRAM）的发展历史及趋势  11
    1.3.2 国内外概况及相关研究  11-13
    1.3.3 论文主要工作与结构  13-14
第二章静态随机存取存储器结构与工作原理  14-29
  2.1 存储器的总体结构  14-16
  2.2 SRAM 存储单元结构  16-20
    2.2.1 标准CMOS 6T 存储单元  16-18
    2.2.2 电阻负载的4T2R 存储单元  18-19
    2.2.3 DICE 存储单元  19-20
  2.3 SRAM 存储器结构  20-26
    2.3.1 异步SRAM  20-21
    2.3.2 同步SRAM  21
    2.3.3 单端口SRAM  21-22
    2.3.4 双端口SRAM  22-24
    2.3.5 先入先出（FIFO）SRAM  24-26
  2.4 SRAM 存储器工作原理  26-29
    2.4.1 SRAM 的写过程  26-27
    2.4.2 SRAM 的读过程  27-29
第三章静态随机存取存储器关键模块结构研究与电路设计  29-44
  3.1 SRAM 存储阵列的设计  30-36
    3.1.1 SRAM 基本存储单元设计  30-33
    3.1.2 存储阵列分块设计  33-36
  3.2 分级地址译码器设计  36-39
  3.3 灵敏放大器设计  39-40
  3.4 预充电电路设计  40-44
    3.4.1 预充电电路结构设计及原理  40-41
    3.4.2 位线复位预充电电路设计  41-44
第四章静态随机存取存储器项目设计与仿真验证技术  44-64
  4.1 SRAM 全定制设计  44-48
  4.2 SRAM 仿真验证技术  48-64
    4.2.1 模拟仿真方法及仿真实例  48-57
    4.2.2 基于逻辑等效模型的快速功能仿真验证  57-60
    4.2.3 IP 行为级仿真  60-62
    4.2.4 版图后仿真  62-64
第五章静态随机存取存储器提高性能与可靠性设计的物理实现  64-80
  5.1 电源网络的设计与实现  64-71
    5.1.1 单电源电压结构  64-65
    5.1.2 多电源结构及电平转换  65-70
    5.1.3 不同电源域间的物理版图设计  70-71
  5.2 ESD 保护电路  71-74
  5.3 静态随机存取存储器（SRAM）抗辐照物理实现方法  74-80
    5.3.1 先进工艺SOI SRAM  75-76
    5.3.2 HBD 抗辐照版图加固方法  76-80
第六章结论  80-81
致谢  81-82
参考文献  82-85
攻硕期间取得的研究成果  85-86

静态随机存取储器设计与实现关键技术研究

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