Сравнительный анализ запоминающих ячеек статических оперативных запоминающих устройств
Электроника
Abstract
Анализированы динамические и статические составляющие потребляемой мощности запоминающих ячеек, а также приведены выражения для их определения. При проектировании сверхбольших интегральных схем важной задачей является снижение динамических токов, для чего в статических оперативных запоминающих устройствах (СОЗУ) при переключении запоминающих ячеек применяются стековые транзисторы, уменьшающие не только динамические токи, но и времена их переключения. Приведены электрические схемы запоминающих ячеек типа 6T и их модификации. Рассмотрены принципы работы и особенности этих запоминающих ячеек. Проведено моделирование токов и быстродействия для трех схем с помощью программного средства HSPICE с технологическими нормами SAED EDK 28 нм. По результатам моделирования активных и пассивных составляющих тока от напряжения питания построены соответствующие зависимости. Сравнительный анализ показал, что типовая запоминающая ячейка имеет наибольший динамический ток, а стековая характеризуется меньшими значениями токов, причем наименьший ток имеет асимметричная ячейка. При этом типовая запоминающая ячейка имеет наименьший статический ток, а стековая характеризуется большими значениями токов, причем наибольший ток имеет асимметричная ячейка. По полученным результатам моделирования построены зависимости времен нарастания и спада фронтов сигнала от напряжения питания. Сравнительный анализ показал, что типовая запоминающая ячейка имеет наибольшее время нарастания и спада фронта, а стековая характеризуется меньшими значениями времени нарастания и спада фронта, причем наименьшее время нарастания и спада фронта характерно для асимметричной стековой запоминающей ячейки. В работе установлено, что применение стековых транзисторов обеспечивает уменьшение динамической составляющей тока, приводящее к увеличению статической составляющей. Показано, что по сравнению с типовой запоминающей ячейкой, стековая и асимметричная ячейки обеспечивают уменьшение динамической составляющей тока на 25 и 65% при увеличении статической составляющей тока на 69 и 280%. Так как динамическая составляющая тока на два порядка превышает статическую составляющую, обеспечивается уменьшение мощности СОЗУ. По сравнению с типовой запоминающей ячейкой, стековая и асимметричная ячейки обеспечивают уменьшение времени нарастания и спада фронта на 34 и 53% и 51 и 58% соответственно.
