應用於次臨界電壓操作之9T靜態隨機存取記憶體

A 9T SRAM Cell for Subthreshold Voltage Applications

張適緯(Shi-Wei Chang)

指導教授 ： 張孟凡

國立清華大學/電機資訊學院/電機工程學系/碩士(2009年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2009.00813

摘要

低功耗的應用使得超低電壓的操作越來越受歡迎，像是分散式微感測網路，植入性醫療裝置或是行動式電子器材。次臨界區的操作對於最終要求能由環境獲取能量以延長電池壽命的目標是個可能的解決方式。先前的文獻使用次臨界邏輯電路設計已經成功的實現在量測結果上。然而，次臨界區的操作使得電晶體的導通電流呈現與閘集電壓以及臨界電壓為指數變化的關係，而降低了系統對製程，電壓，溫度漂移的免疫力。

操作在次臨界區下，傳統六個電晶體的靜態隨機存取記憶體無法達到設計目標因為較差的讀取穩定度以及微弱的寫入性，這使得在製程，電壓，溫度漂移因素下難以達到取捨。本篇論文中，我們提出了以九個電晶體當作靜態隨機存取記憶體的記憶單元，有著切斷回授路徑的寫入以及無干擾的讀取的特色而達到次臨界區的操作。除此之外，為了增強此靜態隨機存取記憶體的可靠度，一些架構上的技巧也同時被採用，像是分割字組線，複製字元線，負電壓的字組線。一個由三千兩百字元組成的九個電晶體陣列使用了九十奈米互補金氧半技術製造出來。量測結果展示了此九個電晶體的記憶單元正確地操作在一百零五毫伏特以四百六十一千赫茲的速度。受惠於操作在一百零五毫伏特，此靜態隨機存取記憶體的操作功耗為六點九三微瓦而能量消耗為十六點四微微焦耳。

關鍵字

次臨界操作

參考文獻

[1] H. Soeleman and K. Roy, “Ultra-low power digital subthreshold logic circuits,”

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coRadios for Wireless Sensor Networks: The Next Challenge in Ultra-Low-Power